我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家，特別是北方沿海地區(qū)和廣大西部地區(qū)是我國最缺水地區(qū)之一?？紤]到北方沿海地區(qū)和西部人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水需求等因素，北方沿海地區(qū)和西部地區(qū)的供水形勢還將更加嚴(yán)峻。同時(shí)，南方沿海部分地區(qū)也存在著水質(zhì)性和資源性缺水狀況。

我國化學(xué)工業(yè)已成為最重要的工業(yè)門類之一，2005年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值42483億元，工業(yè)增加值10256億元，實(shí)現(xiàn)利稅2059億元，分別占全國總量的16.88%，14.21%和9.9%。化學(xué)工業(yè)擁有幾十個(gè)行業(yè)、數(shù)百萬種產(chǎn)品，技術(shù)先進(jìn)，裝備優(yōu)良，滲透到國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和人類生活各個(gè)領(lǐng)域。特別是，我國目前正逐步進(jìn)人能源重化工時(shí)代，化學(xué)工業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的地位將更加突出?；瘜W(xué)工業(yè)高速發(fā)展已成為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的必然要求，而水資源保障不夠已成為部分地區(qū)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的制約因素之一。

化學(xué)工業(yè)是用水大戶，萬元產(chǎn)值綜合耗水量20～100t，其中煉油企業(yè)耗水量最低，為3～5t，石油化工耗水量較低，約為20t左右。煤化工耗水量比石油化工要高得多，萬元產(chǎn)值綜合耗水量約100t左右。精細(xì)化工耗水量巨大，萬元產(chǎn)值耗水量最高可達(dá)400～500t。按我國化工行業(yè)萬元產(chǎn)值平均用水負(fù)荷75t計(jì)，2005年化學(xué)工業(yè)耗水量達(dá)到300億t左右，占全國耗水總量5573億t的5.3%(2005年全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào))，工業(yè)耗水量的20%以上，是我國工業(yè)中最大的用水產(chǎn)業(yè)之一。目前，化工行業(yè)用水狀況與國際先進(jìn)水平相比還存在著很大差距，尚有很大節(jié)水潛力。據(jù)報(bào)道，美國、加拿大和墨西哥三國化工單位產(chǎn)值耗水量為38m3／萬元，僅為我國的二分之一。單位產(chǎn)值用水量的加大，不僅浪費(fèi)了寶貴的水資源，更大的問題是將直接加大廢水的排放量，1t新鮮水將產(chǎn)生0.2～0.5t的廢水。由于人們對環(huán)境關(guān)注的日益加強(qiáng)和環(huán)境保**規(guī)的日益嚴(yán)格，節(jié)約用水將成為化工企業(yè)改善環(huán)境影響，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。

從我國化學(xué)工業(yè)的布局結(jié)構(gòu)看，我國現(xiàn)代石油和化學(xué)工業(yè)主要分布在發(fā)達(dá)地區(qū)，由于近年來經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，結(jié)構(gòu)性缺水日益嚴(yán)重，在華北地區(qū)，新鮮水價(jià)格最高已達(dá)5元／t以上，也就是說1t甲醇僅新鮮水費(fèi)用就達(dá)到100元左右。特別是近年來由于我國能源化工需求的不斷增長、國際原油價(jià)格居高不下，我國西部地區(qū)以豐富的煤炭資源為依托，迎來了煤化工發(fā)展的新時(shí)代。但由于我國煤炭資源與水資源的逆向分布，水資源已成為西部各省發(fā)展能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素。

從可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，近年來國家特別強(qiáng)調(diào)全面貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，在“十一五”“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”，要求“落實(shí)節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，建設(shè)低投入、高產(chǎn)出、低消耗、少排放、能循環(huán)可持續(xù)的國民經(jīng)濟(jì)體系和資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。”在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)落實(shí)“節(jié)約能源、節(jié)約用水、節(jié)約土地、節(jié)約材料、加強(qiáng)資源的綜合利用。”并提出了約束性指標(biāo)，即“單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%左右，單位工業(yè)增加值用水量降低30%，農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)提高到0.5，工業(yè)固體廢物綜合利用率提高到60%。”化學(xué)工業(yè)作為用水大戶，在這樣的政策背景下，大力提倡節(jié)水是大勢所趨，節(jié)約用水已成為化學(xué)工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1、化學(xué)工業(yè)節(jié)水的基本途徑

從化工行業(yè)自身特點(diǎn)來看，化工用水量最大的環(huán)節(jié)是冷卻用水、鍋爐給水和工藝用水。冷卻用水在總用水量中所占比重最大，一般占到裝置總用水量的60%～70%，特別是氮肥、基本化工原料等行業(yè)。而冷卻水使用后，除溫度稍高外，一般水質(zhì)清潔，無污染，只要進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定后即可循環(huán)回用。因此，減少冷卻水的使用是化工節(jié)水的根本途徑。蒸汽凝液回收是減少鍋爐用水的主要途徑。工藝水由于直接參與化學(xué)反應(yīng)，直接回收的可能性較小，選擇本質(zhì)節(jié)水型工藝是減少工藝用水的主要途徑。另外對廢水排放進(jìn)行深度處理，生產(chǎn)符合生產(chǎn)要求的回用水也是節(jié)水的主要途徑之一。因此化工行業(yè)節(jié)水的基本途徑為：節(jié)水型工藝；冷卻節(jié)水(高循環(huán)倍率技術(shù)、空冷技術(shù)、海水冷卻)；凝液回收；污水回用。

其中節(jié)水型工藝應(yīng)該是在項(xiàng)目前期工作中首先就要考慮的問題，并且不同化工產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)水工藝相差較大。本文重點(diǎn)討論冷卻節(jié)水、凝液回收和污水回用。

2、冷卻節(jié)水

2.1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水

化工企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)基本流程一般是：給水管網(wǎng)來的新鮮水經(jīng)循環(huán)水處理裝置緩蝕阻垢處理后進(jìn)入循環(huán)水給水管網(wǎng)，供全廠冷換熱設(shè)備使用，換熱后水溫達(dá)到設(shè)計(jì)值后，進(jìn)入循環(huán)回水管網(wǎng)，一部分經(jīng)冷卻塔換熱后溫度降低10cC左右，依靠重力沉降于塔下水池，另一部分約占總水量的3%進(jìn)入旁濾系統(tǒng)，過濾以降低循環(huán)水濁度，再進(jìn)入塔下水池，經(jīng)格柵進(jìn)人吸水池，再經(jīng)過緩蝕阻垢、殺菌滅藻藥劑處理，水質(zhì)穩(wěn)定后，經(jīng)循環(huán)水泵升壓送至循環(huán)水給水系統(tǒng)。循環(huán)水系統(tǒng)如圖1所示，2)。

 

要減少循環(huán)水系統(tǒng)用水量，最主要的措施是提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)。循環(huán)水濃縮倍數(shù)的定義如下所示：

濃縮倍率：循環(huán)冷卻水中某種鹽分的濃度／補(bǔ)給水中某種鹽分的濃度

以循環(huán)量為10000m3／h、冷熱水溫差10℃的循環(huán)水系統(tǒng)為例，不同濃縮倍數(shù)下的補(bǔ)充水率、排污率和節(jié)水率如表1所示。

 

從表1可以看出，使用循環(huán)水較使用直流水具有顯著的節(jié)水減排效果，濃縮倍數(shù)在1.5，補(bǔ)充水率為3.31%，折算成節(jié)水率為96.69%；污水排放率為2.23%，折算成減排率為97.77%。隨著濃縮倍數(shù)升高，節(jié)水減排效果提高，節(jié)水率和減排率提高，但提高的幅度逐漸下降。目前，由于水源緊張，水價(jià)上漲，排污收費(fèi)增加，個(gè)別企業(yè)循環(huán)水濃縮倍數(shù)已提升至6以上。目前我國化工企業(yè)循環(huán)水濃縮倍率一般在2左右，如果都提高到6，可減少循環(huán)水補(bǔ)充水40%，減少污水排放80%。要提高循環(huán)水濃縮倍率，主要通過以下幾種方法。

2.1.1、優(yōu)化水處理配方

提高循環(huán)水濃縮倍率，在補(bǔ)充水水質(zhì)不變的情況下，最顯著的結(jié)果就是循環(huán)水中的含鹽量提高，濁度增大，微生物增多等。如處理不當(dāng)，將加速設(shè)備管道的腐蝕，并導(dǎo)致裝置利用率的降低和循環(huán)水水質(zhì)的惡化。通過調(diào)整循環(huán)水處理配方，循環(huán)水濃縮倍率可以提高到3-4。

循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運(yùn)行情況下。加藥、加酸設(shè)施的安全可靠是水處理的基礎(chǔ)，因此要求循環(huán)水系統(tǒng)有較高水平的水質(zhì)在線監(jiān)測和自動(dòng)加藥系統(tǒng)，因此要以系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠，減少操作波動(dòng)為首要條件，選用與系統(tǒng)相適應(yīng)的自動(dòng)連續(xù)加藥(加酸)設(shè)備。

高濃縮倍數(shù)運(yùn)行時(shí)，循環(huán)水離子含量和污染物含量增加，濁度和微生物控制難度加大，需要加強(qiáng)旁流處理和殺菌。配備旁流過濾器，其流量為循環(huán)水量的3%-5%，以降低循環(huán)水中的懸浮物、膠體和部分微生物，有利于控制循環(huán)水腐蝕及結(jié)垢。

天津化工研究設(shè)計(jì)院開發(fā)了高濃縮倍率工業(yè)冷卻水處理及智能化在線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，該技術(shù)通過高效阻垢分散劑、緩蝕劑的開發(fā)并組成最佳配方，與智能化在線遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行有效集成。這一技術(shù)的使用可以將我國工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)目前普遍運(yùn)行的濃縮倍率由2倍左右提高到5倍以上，解決循環(huán)水水質(zhì)因提高濃縮倍率而引起的嚴(yán)重結(jié)垢及腐蝕問題，從而提高了工業(yè)用水的重復(fù)利用率并最大限度地減少了排污量。該技術(shù)目前已獲得多項(xiàng)國家專利，并已在天津石化公司乙烯廠建成了應(yīng)用示范工程，該工程年節(jié)水60萬t，直接經(jīng)濟(jì)效益300多萬元。

2.1.2、改善循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)

在循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)不變的前提下，要提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，最直接的方法就是提高循環(huán)水補(bǔ)充水的水質(zhì)。特別是對于補(bǔ)水水質(zhì)較差，或受客觀條件限制，無法大幅提高水處理劑的性能時(shí)，也可以采取對補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)處理的辦法，改善補(bǔ)水水質(zhì)，以利于循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的提高。這種措施在北方高堿、高硬水系尤其適用，而且綜合效益明顯，目前在一些企業(yè)已得到了成功應(yīng)用。

按《石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，石油化工敞開式循環(huán)水水質(zhì)要求Ca2+質(zhì)量濃度為30-500mR／L，而石為，石油化工企業(yè)給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為Ca2+質(zhì)量濃度≤175mg／L。假設(shè)循環(huán)水Ca2+質(zhì)量濃度為500mg／L，補(bǔ)充水Ca2+質(zhì)量濃度為175mg/L，則循環(huán)水濃縮數(shù)倍數(shù)為2.86。若采用順流再生固定床技術(shù)對循環(huán)水補(bǔ)充水進(jìn)行離子交換處理，生成的軟水中陽離子質(zhì)量濃度約為80mg/L。這樣，在不改變循環(huán)水水質(zhì)狀況的情況下，循環(huán)水濃縮倍數(shù)可達(dá)到6.25倍，補(bǔ)充水量由大約2%降低為1.4%，節(jié)水30%。

2.1.3、循環(huán)水分級濃縮串聯(lián)補(bǔ)水技術(shù)

近年來，我國電力系統(tǒng)開發(fā)了一種經(jīng)濟(jì)適用的循環(huán)水濃縮串聯(lián)補(bǔ)水技術(shù)。該技術(shù)由河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院開發(fā)，該技術(shù)已在西柏坡電廠(4×300MW機(jī)組)的廢水綜合治理工程成功應(yīng)用，該成果獲中國電力科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。循環(huán)水分級濃縮串聯(lián)補(bǔ)水技術(shù)工藝流程如圖2所示。

 

該工藝將循環(huán)水分成兩級進(jìn)行處理，補(bǔ)給水串聯(lián)運(yùn)行。第1級原水進(jìn)入第1級機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)低濃縮倍率運(yùn)行，(濃縮倍率小于等于2)，第1級循環(huán)排污水經(jīng)過濾、弱酸離子交換樹脂脫堿軟化處理后作為第2級機(jī)組循環(huán)補(bǔ)給水，第2級機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)采用高濃縮倍率運(yùn)行(濃縮倍率小于等于4.5，且循環(huán)水總濃縮倍率大于等于6.0)，其排污水經(jīng)澄清過濾和反滲透處理后可作為鍋爐補(bǔ)給水或循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)給水。

該技術(shù)已在西柏坡電廠成功運(yùn)行多年，與常規(guī)循環(huán)水單級濃縮處理系統(tǒng)比較，其優(yōu)點(diǎn)主要有：

(1)濃縮倍率高。綜合循環(huán)水濃縮倍率可達(dá)6～9，節(jié)水效果明顯、排污量較小、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠；

(2)解決了提高濃縮倍率與凝汽器管材結(jié)垢或腐蝕的矛盾；

(3)對循環(huán)水濃縮倍率2倍左右的循環(huán)水裝置，改造方便，適用性強(qiáng)；

(4)減少了廢水排放量；

(5)節(jié)約投資、占地面積小。

與空冷技術(shù)相比，分級濃縮串聯(lián)補(bǔ)水技術(shù)工程造價(jià)低(約是空冷的1／10)。缺點(diǎn)是冷卻水系統(tǒng)的蒸發(fā)、風(fēng)吹損失需另尋辦法解決。空冷技術(shù)耗水率低，缺點(diǎn)是工程造價(jià)高、運(yùn)行管理復(fù)雜。以1200MW規(guī)模電廠為例，采用分級濃縮串聯(lián)補(bǔ)水技術(shù)，需投資4000萬元左右，解決了約占1／2循環(huán)水水量的排污損失(1566萬t/a左右)，具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。按石家莊市工業(yè)企業(yè)用水價(jià)2.98元／m3計(jì)，節(jié)約水費(fèi)4666.68萬元／a。1年即可收回投資。采用空冷技術(shù)，投資約5億元左右，節(jié)水約3200萬t／a。水投資分別為：2.55元／t和15.6元／t。

2.2、海水冷卻

海水可替代淡水，直接作為工業(yè)冷卻水、城市生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)生產(chǎn)用水、環(huán)境用水及其它用水。利用海水做工業(yè)冷卻用水，直接成本低，只有淡水成本的5%-10%，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

海水用作工業(yè)冷卻水已有幾十年的歷史。日本早在20世紀(jì)30年代就使用海水作為工業(yè)冷卻水。1962年日本工業(yè)用水總量為313.5億m3，其中海水約占56.56%，1967年工業(yè)用水總量增至567.7億m3／a，海水約占60.81%。1965年到1975年，日本年工業(yè)冷卻用海水量由90億m3提高到167億m3，年增長率為6.4%。1980年工業(yè)用水的50%為海水，日本沿海的大多數(shù)火力發(fā)電、核電、冶金及石油化工等行業(yè)都在以不同形式利用海水，僅電力企業(yè)的海水利用量就達(dá)1000億m3／a。到1995年電廠海水利用量就約達(dá)1200億t。美國20世紀(jì)70年代末至80年代初，海水的直接利用量已達(dá)720億m3。2000年工業(yè)用海水達(dá)到30%。英、法、荷、意等西歐國家，1970年海水利用量為371億m3，2000年工業(yè)用海水達(dá)到2500億m3。

我國沿海城市，特別是東北部沿海地區(qū)淡水資源不能滿足電力、石化等耗水大戶的用水要求，很早就開展了直接利用海水作工業(yè)冷卻水的歷史較早，但發(fā)展緩慢。

目前，我國海水利用主要集中在以下幾個(gè)方面：一是火電廠和核電廠直接利用海水作為工業(yè)冷卻水已有一定規(guī)模。2003年我國利用海水作冷卻水用量達(dá)330億m3左右。二是我國海水淡化規(guī)模逐步增加。目前，我國已建成運(yùn)行的海水淡化水產(chǎn)量約為3.1萬m3／d(苦咸水淡化水產(chǎn)量為2.8萬m3／d)，在建和待建的工程規(guī)模為38.1萬m3／d。三是海水淡化成本迅速下降。海水淡化主體設(shè)備造價(jià)較10年前下降了近一半，成本已經(jīng)降到5元／t左右。四是海水制鹽作為我國傳統(tǒng)的海水化學(xué)資源綜合利用產(chǎn)業(yè)，海鹽產(chǎn)量已達(dá)到1800萬t。

目前使用海水冷卻的石化企業(yè)主要有青島堿廠、天津堿廠、上海石化總廠、大連化學(xué)工業(yè)公司、中石油大連石化分公司、大連油脂化學(xué)廠等，化學(xué)工業(yè)已成為僅次于電廠的海水冷卻的第二大行業(yè)。

使用海水冷卻的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1)水源穩(wěn)定。海水自凈能力強(qiáng)，水質(zhì)比較穩(wěn)定，采用量不受限制。

(2)水溫適宜。工業(yè)生產(chǎn)利用海水冷卻，帶走生產(chǎn)過程中多余的熱量。海水，尤其是深層海水的溫度較低，且水溫較穩(wěn)定，如大連海域全年海水溫度在0-25℃之間。

(3)動(dòng)力消耗低。一般多采取近海取水，不需遠(yuǎn)距離輸送。

(4)設(shè)備投資少，占地面積小。與淡水循環(huán)冷卻相比，可省去回水、涼水塔等裝備。

海水冷卻分海水直流冷卻和海水循環(huán)冷卻。直流冷卻指海水經(jīng)換熱設(shè)備進(jìn)行一次性冷卻后排放的過程；循環(huán)冷卻指海水經(jīng)換熱設(shè)備完成一次冷卻、再經(jīng)冷卻塔冷卻后，循環(huán)使用的過程。海水直流冷卻技術(shù)有近80年的發(fā)展歷史，有關(guān)防腐蝕、防海洋污損生物附著技術(shù)已基本成熟。如大亞灣核電站和天津大港電廠年用直流冷卻海水分別為35億t和17億t。海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)和相關(guān)的防腐、阻垢和防污損生物附著和防鹽霧飛濺等技術(shù)基本成熟，海水冷卻塔技術(shù)，國外有專門公司開發(fā)，技術(shù)也是成熟的。但是由于海水含鹽量高，石化企業(yè)利用海水冷卻存在一系列的技術(shù)問題，其中最關(guān)鍵是防腐和防海洋生物附著問題。

目前比較廣泛使用的抗腐材料主要是鋁黃銅和鈦合金，前者使用期超過5年，后者使用期一般在15年～30年。

防止海洋生物附著的技術(shù)主要有：涂防污涂料、加氯殺生、電解海水殺生及窒息法殺生等。海水作循環(huán)冷卻水的主要問題是腐蝕和結(jié)垢，通過添加緩蝕劑和阻垢劑可以解決系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢問題。

經(jīng)過10多年的科技攻關(guān)，國家海洋局海水淡化與綜合利用研究所承擔(dān)的“海水循環(huán)冷卻技術(shù)研究與工程示范”項(xiàng)目日前取得了突破性成果，首次在我國實(shí)現(xiàn)了以海水代替淡水做工業(yè)循環(huán)冷卻水。而且海水循環(huán)冷卻工程濃縮倍率比國際上現(xiàn)有水平提高了10%～20%，碳鋼腐蝕速率、飄水率(鹽霧飛濺量)均達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)技術(shù)突破了海水緩蝕劑、阻垢分散劑、菌藻殺生劑和海水冷卻塔等4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)解決了海水循環(huán)冷卻有關(guān)腐蝕、污垢和菌藻控制以及海水冷卻塔防鹽沉積、鹽霧飛濺等技術(shù)難題。該技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化后可以將系統(tǒng)運(yùn)行成本降低50%左右，取用水量比海水直流冷卻減少96.5%以上，排污減少98%以上，可以節(jié)省大量水資源。目前，淡化所已成功申報(bào)了國家重大科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“10萬t級海水循環(huán)冷卻技術(shù)裝備研究與示范”課題，將通過1000MW機(jī)組配套10萬m3／h海水循環(huán)冷卻工程的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)海水循環(huán)冷卻技術(shù)在應(yīng)用規(guī)模上與國際的接軌。預(yù)計(jì)該項(xiàng)技術(shù)的推廣后運(yùn)行費(fèi)用可降低到淡水循環(huán)冷卻費(fèi)用的25%～50%。但由于海水腐蝕性大，將不得不廣泛采用防腐蝕性能更加優(yōu)良的雙相不銹鋼、鋁黃銅和鈦材，將不可避免地導(dǎo)致化工裝置投資的增加。

由于海水的可獲得性和投資成本限制，海水冷卻適應(yīng)于沿海地區(qū)新建的大型石化裝置。

2.3、空冷

空氣冷卻方式和水冷卻方式的討論持續(xù)了相當(dāng)長的時(shí)間，到目前為止仍在進(jìn)行兩者之間的經(jīng)濟(jì)分析與討論。但是，空冷器的優(yōu)越性越來越得到人們的認(rèn)可，以空冷代替水冷的趨勢仍日益明顯?？绽浜退鋵Ρ葍?yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

 

目前，國內(nèi)化工企業(yè)只有個(gè)別單元采用了空冷技術(shù)，但在西部電力行業(yè)已廣泛推行。資料介紹在中東缺水地區(qū)已有裝置在設(shè)計(jì)中廣泛采用了空冷技術(shù)。其顯著效果是循環(huán)水用水量降低50%-70%左右，總用水量降低25%～35%，減少污水排放30%～40%。使用空冷技術(shù)不可避免帶來裝置占地面積的增大和電耗的增高。由于西部地區(qū)黃河流域水中氯離子含量高，采用高濃縮倍率循環(huán)水技術(shù)有困難，并且該地區(qū)缺水嚴(yán)重、土地資源和能源相對豐富，因此空冷技術(shù)在該地區(qū)特別適用。楊相益在《空冷凝汽器在石油化工裝置中的應(yīng)用》一文中對某濱海煉油廠新建柴油加氫精制裝置中汽輪機(jī)凝汽設(shè)備選擇空冷和水冷方案做了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終選擇了空冷方案。其比較數(shù)據(jù)如表3所示。

 

通過表3分析，空冷流程可顯著降低水耗量，但電耗明顯增加，蒸汽用量變化不大，但總能耗較水冷流程要低，系統(tǒng)排污量大幅度降低。投資增加是空冷流程推廣困難的主要原因。

3、凝液回收

化學(xué)反應(yīng)通常為吸熱和放熱反應(yīng)，為保證系統(tǒng)收率，通常采用蒸汽介質(zhì)吸收或提供熱量。化工生產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)復(fù)雜，常分為高、中、低、低低壓多個(gè)等級，同級別的蒸汽分別用于裝置驅(qū)動(dòng)透平、物料換熱、工藝、伴熱、采暖、火炬及其它單元等。各級別蒸汽管網(wǎng)間通過驅(qū)動(dòng)透平和減溫減壓器相連接。

蒸汽間接加熱系統(tǒng)中，蒸汽在加熱設(shè)備內(nèi)釋放出汽化潛熱后，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫凝液。剛產(chǎn)生的凝液具有以下特點(diǎn)：

(1)凝液有較高的溫度，生產(chǎn)工藝上一般高于100℃，熱焓占新蒸汽總熱焓的1／4左右；

(2)凝液的水質(zhì)良好，接近脫鹽水，且?guī)缀鯖]有溶解氧和二氧化碳等氣體；

(3)凝液的過冷度比較小，接近飽和。

因此凝液是一種非常寶貴的水和熱資源，凝液價(jià)值=原水成本+軟化(脫鹽)成本+除氧成本+熱量價(jià)值

充分利用凝液是提高蒸汽供熱系統(tǒng)效率必須面臨的一個(gè)課題，是企業(yè)節(jié)能、節(jié)水必須重視的環(huán)節(jié)。一般化工裝置均設(shè)計(jì)蒸汽凝液回收系統(tǒng)，用作鍋爐補(bǔ)給水、脫鹽水、循環(huán)水補(bǔ)充水等。但由于壓力不同，傳統(tǒng)的凝液系統(tǒng)不得不設(shè)計(jì)成開式結(jié)構(gòu)。這樣，不斷增加了水耗，同時(shí)也產(chǎn)生了廢水排放，并影響鍋爐及管道壽命。

目前，國內(nèi)已開發(fā)出了凝液閉式循環(huán)系統(tǒng)。該技術(shù)由北京君發(fā)節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司開發(fā)，并具有自主知識產(chǎn)權(quán)，獲得了多項(xiàng)國家專利。該技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了閉式回收蒸汽系統(tǒng)凝液，使蒸汽換熱后的冷凝液和余熱得到最大程度的回收再利用。閉式凝液回收系統(tǒng)有以下主要特點(diǎn)。

(1)無二次閃蒸汽及疏水閥漏汽的排放，使蒸汽凝液所包含的熱能、水量充分回收，系統(tǒng)熱效率比開式回水系統(tǒng)提高15%-30%，回水率提高5%-15%。

(2)徹底地消除了凝液加壓泵的汽蝕。該裝置應(yīng)用了一系列汽蝕消除技術(shù)，從流體力學(xué)、動(dòng)態(tài)兩相流和微過冷原理出發(fā)采取獨(dú)有措施消除汽蝕誘因，使水泵處于輸送單相高溫液體的最佳狀態(tài)。

(3)改善疏水工況，確保疏水暢通，延長疏水閥壽命，減少了故障頻率。

(4)避免了氧氣及二氧化碳等氣體對凝液的二次污染及引起的對下游設(shè)備的氧化腐蝕。回收的凝液質(zhì)量好，回水系統(tǒng)壽命長。

(5)專門針對乏氣設(shè)計(jì)了凝液回收裝置，根據(jù)乏氣的帶壓狀態(tài)、污染情況等均有針對性的回收流程。

齊魯石化塑料廠利用這一技術(shù)對苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等6套裝置的凝液系統(tǒng)進(jìn)行了改造，回收凝液用作脫鹽水供全廠使用。工程實(shí)施后，回收凝液16.38t／h。該系統(tǒng)能耗如表4所示。

 

由表4可知，蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)不僅節(jié)約了17t／h左右的新鮮水，冷凝液回收的能耗為57.24MJ／t，遠(yuǎn)低于脫鹽水的標(biāo)準(zhǔn)能耗96.30MJ／t。該技術(shù)的節(jié)水、節(jié)能降耗作用是非常明顯的。

回收的16.38t／h蒸汽冷凝液，15.08t／h用作脫鹽水，1.30t／h用作循環(huán)補(bǔ)充水。按脫鹽水價(jià)格11.7元／t，新鮮水價(jià)格2.0元／t，每年操作時(shí)間8000h計(jì)，每年可增經(jīng)濟(jì)效益為143.23萬元。扣除循環(huán)水及用電成本后，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益約110萬元／a。

4、污水凈化回用

化學(xué)工業(yè)是用水大戶，也就不可避免地成為污水排放大戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年化工行業(yè)污水排放量達(dá)到34億t，占全國工業(yè)廢水排放量的16.3%。但從另一個(gè)角度看，說明化工節(jié)水潛力大，若化工行業(yè)的污水凈化回用率達(dá)到50%左右，相當(dāng)于每年新增水資源17億t。

工業(yè)污水與城市污水明顯不同，工業(yè)污水受污染程度較大、水質(zhì)受工藝過程影響波動(dòng)大、多數(shù)工業(yè)污水處理較難。工業(yè)發(fā)達(dá)國家一般將工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢水在生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)過簡單處理，水質(zhì)達(dá)到進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)要求后，再進(jìn)入設(shè)施完善的城市污水處理系統(tǒng)與生活污水混合后進(jìn)行處理，一方面可以降低工業(yè)污水的處理難度，另一方面可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模處理以降低處理費(fèi)用。因而，工業(yè)污水單獨(dú)回用在工業(yè)發(fā)達(dá)國家并不多見。

我國與發(fā)達(dá)國家情況完全不同，一方面城市污水處理設(shè)施尚不完善，城市污水處理率一直較低(目前這種情況有所改變，2005年城市生活污水集中處理率達(dá)到37.4%)；另一方面大型工業(yè)企業(yè)一般都建有完備的工業(yè)廢水處理設(shè)施，對本企業(yè)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后外排。企業(yè)的污水處理?xiàng)l件，大大促進(jìn)了對工業(yè)外排污水回用技術(shù)的研究和開發(fā)，在外排工業(yè)污水進(jìn)一步處理提高水質(zhì)、達(dá)標(biāo)外排工業(yè)污水回用循環(huán)水和工業(yè)外排污水的再生水脫鹽技術(shù)方面進(jìn)行了積極探索，取得了不同程度的進(jìn)展。我國1997年開始提高煉油廠達(dá)標(biāo)外排污水水質(zhì)技術(shù)，1998年東北某煉油廠采用“混凝沉淀—精密過濾—臭氧氧化—石英砂過濾—活性炭過濾—中空超濾”組合工藝建成第一套處理能力200m3／h的工業(yè)裝置，該工藝對COD、濁度和懸浮物去除效果明顯，但對氨氮處理效果不理想。2002年天津石化采用“二級曝氣—絮凝氣浮—石英砂過濾—生物活性炭濾池—消毒”組合工藝，建設(shè)處理能力500m3／h的裝置對煉油廠外排污水進(jìn)行再處理，出水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。該裝置運(yùn)行結(jié)果是對COD、氨氮、濁度和懸浮物去除效果較好。同年燕山石化采用“生物濾池—混凝沉淀—加氯—纖維素過濾—活性炭過濾”組合工藝，建成一套處理能力450m3／h的煉油廠外排污水再處理裝置，出水主要用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和膜脫鹽裝置，投產(chǎn)后運(yùn)行基本正常，出水水質(zhì)基本滿足“超濾—反滲透”(UF-RO)雙膜處理工藝對進(jìn)水水質(zhì)的要求。近幾年又形成了以“BAF-混凝沉淀—加氯—過濾”組合工藝為主的工業(yè)外排污水再處理流程，建成并投入使用的10余套類似處理裝置的運(yùn)行情況總體良好。但到目前為止我國污水經(jīng)深度處理用作工業(yè)給水的項(xiàng)目不多。

目前，最為完整的污水深度處理用作高品質(zhì)工業(yè)給水的例子是新加坡裕廊島工業(yè)區(qū)一套產(chǎn)水能力3.3萬m3／d污水凈化回用裝置。新加坡是嚴(yán)重缺水國家，一半淡水依賴馬來西亞供給，因此，十分重視污水凈化回用。該裝置進(jìn)水為經(jīng)過三級處理的城市污水，其電導(dǎo)率為700～2200μS／cm，氯離子含量為150-500mg，采用“雙介質(zhì)過濾—反滲透”(DMF-RO)技術(shù)生產(chǎn)電導(dǎo)率小于250μS／cm的高級工業(yè)用水。該反滲透系統(tǒng)由美國A quatech國際公司提供，配備了2184只陶氏化學(xué)公司的抗污染膜元件。該系統(tǒng)由新加坡公用事業(yè)公司的子公司負(fù)責(zé)運(yùn)營管理。整個(gè)系統(tǒng)為單級反滲透，共6列，單列產(chǎn)水量5000m3/d，系統(tǒng)產(chǎn)水量3萬m3／d。利用反滲透技術(shù)及產(chǎn)水量3萬m3／d帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，其運(yùn)行的效果是其水質(zhì)條件好于新加坡飲用水(電導(dǎo)率為350-650μS／cm)，并且價(jià)格低于飲用給水。該裝置總投資為1700萬新加坡元，對進(jìn)水收率達(dá)到85%(通常為75%)，出水主要供應(yīng)裕廊島的石化生產(chǎn)。該裝置憑借規(guī)模優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，為新加坡石化企業(yè)提供了高質(zhì)量的具有競爭力的水資源保障。也成為世界污水凈化回用的范例。

5、討論與建議

(1)化學(xué)工業(yè)作為用水大戶，節(jié)約用水是保障生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境、增強(qiáng)競爭力的重要手段。節(jié)水應(yīng)該成為化學(xué)工業(yè)發(fā)展的必然選擇。

(2)建議在化工項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)中將節(jié)約用水作為重點(diǎn)因素加以考慮。首先應(yīng)選擇節(jié)水型工藝。同時(shí)綜合利用冷卻節(jié)水、污水凈化回用、凝液回收等技術(shù)，強(qiáng)化項(xiàng)目的節(jié)水能力。

(3)冷卻是化工生產(chǎn)中耗水量最大的環(huán)節(jié)，也是節(jié)水潛力最大的一環(huán)，并且投入少、節(jié)水量大?；どa(chǎn)中應(yīng)根據(jù)具體情況在確保系統(tǒng)安全的前提下使用循環(huán)水高濃縮倍率的節(jié)水技術(shù)。與此同時(shí)，在沿海地區(qū)積極推廣海水冷卻，在西部缺水地區(qū)推廣使用空氣冷卻技術(shù)。并可考慮多種技術(shù)的優(yōu)勢組合，節(jié)水的同時(shí)盡量減少產(chǎn)品成本的增加。

(4)凝液回收技術(shù)成熟，應(yīng)大力推廣。蒸汽凝液是高品質(zhì)的供水來源，加大凝液回收力度.在回用作為鍋爐給水的同時(shí)，還可作為循環(huán)水補(bǔ)充水或是用于生產(chǎn)脫鹽水。

(5)目前我國石化企業(yè)中污水回用作為循環(huán)水、綠化用水、沖洗水等，節(jié)水效果是十分明顯的，但與國外相比，污水深度處理回用技術(shù)和應(yīng)用實(shí)踐都相對落后，還有較大的潛力可挖，特別是大城市、大型化工園區(qū)可利用城市污水和區(qū)內(nèi)排污建設(shè)大型的污水深度處理回用，生產(chǎn)滿足化工工藝要求的高品質(zhì)回用水。

(6)綜合采用各種節(jié)水措施，能起到較好的節(jié)水效果。以甲醇為例，目前國內(nèi)煤制甲醇新鮮水耗量近20t／t。新建甲醇裝置，若空分裝置采用空冷方式，循環(huán)水濃縮率達(dá)到4，污水深度處理后用作循環(huán)水補(bǔ)充水，并配有凝液回收系統(tǒng)。同時(shí)采取以上4種措施，甲醇新鮮水耗量可降低到8—10t／t。

(7)建議政府有關(guān)部門在制訂相應(yīng)產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，應(yīng)從節(jié)水以及環(huán)境保護(hù)角度積極推進(jìn)節(jié)水，如提高水資源費(fèi)，加大排污收費(fèi)力度，使節(jié)約用水成為企業(yè)的自覺選擇。