李晨光

(中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津300270)

“開源節(jié)流”并舉解決濱海新區(qū)發(fā)展水資源瓶頸問題

李晨光

(中國石油化工股份有限公司天津分公司 天津300270)

通過對天津石化推進實施的“近零新鮮水”工作進行闡述，分析了通過“開源(開發(fā)新鮮水替代水源)”和“節(jié)流(減少用水需求總量)”并舉的方式，解決濱海新區(qū)工業(yè)發(fā)展所遇到的水資源瓶頸問題的可行性，提出相關措施，為濱海新區(qū)規(guī)劃工業(yè)發(fā)展提供思路參考和技術(shù)借鑒。

近零新鮮水 節(jié)水減排 淡化海水 污水回用 高濃縮倍數(shù) 市政中水

0 引 言

水作為工業(yè)的“血液”，廣泛參與工業(yè)生產(chǎn)的各個方面。在石化生產(chǎn)中，水主要作為熱媒介和熱載體，以蒸汽和循環(huán)水的形式，參與工藝生產(chǎn)、設備驅(qū)動和熱量交換，由于需求量大，大型石化企業(yè)年用水量均在百萬或千萬噸以上，是用水和耗能大戶。

通過近年來持續(xù)開展節(jié)水減排，天津石化工業(yè)取水量已達到行業(yè)先進水平，但 2013年的 3,580萬噸外購工業(yè)取水如果全部采用新鮮水，按照《天津市城市居民生活用水定額》70～120,L/人×天計算，相當于 80～140萬人的年生活用水總量。如果將公司 12種集中工業(yè)水源5,037萬t/a水產(chǎn)品全部用新鮮水供應，則相當于要消耗超過 1/10的天津市城市居民用水，這是資源、環(huán)境及社會所無法承受的。因此，在國家啟動“最嚴格的水資源管理條例”、天津市開展“美麗天津”建設的形勢下，最大程度地降低新鮮水用量，已經(jīng)成為公司應對水資源費大幅上漲所帶來的成本和效益壓力，確保公司持續(xù)發(fā)展，解決用水瓶頸問題所必須面對的重大課題。此項工作也可為濱海新區(qū)工業(yè)發(fā)展解決水資源瓶頸問題，提供良好的參考和借鑒價值。

1 實施節(jié)水減排，推進“近零新鮮水”的主要思路及做法

石化企業(yè)用水主要涉及生產(chǎn)用水(包括冷卻水、化學水、工藝用水、高低壓消防水等)、生活飲用水以及綠化、沖廁、打掃衛(wèi)生等雜用水，一般情況下約80%～90%用水是作為循環(huán)水系統(tǒng)和化學水系統(tǒng)的原水。2013年天津石化循環(huán)水系統(tǒng)和化學水系統(tǒng)總耗水量 3,805,t/h，占工業(yè)取水總量的 95%，是工業(yè)用水的主要用戶。因此，降低循環(huán)水和化學水系統(tǒng)用水總量，減少新鮮水用水使用比例，是推進公司“近零新鮮水”工作的重點和關鍵。

1.1 “節(jié)水減排、節(jié)能降耗”，減少工業(yè)用水總量

循環(huán)水和化學水是工業(yè)用水大戶，降低循環(huán)水系統(tǒng)和化學水系統(tǒng)的運行水耗，是降低工業(yè)水消耗首要工作。其中，循環(huán)水系統(tǒng)和化學水系統(tǒng)分別通過提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)、降低化學水制水單耗2項指標作為水耗管理評價指標。

圖1 M/E比值和濃縮倍數(shù)N的關系Fig.1 Relation of M/E ratio to concentration multiple N

提高循環(huán)水系統(tǒng)的運行濃縮倍數(shù)，尤其對于原來濃縮倍數(shù)運行偏低的循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水效果明顯(見圖1)。按照天津石化近 25萬 t/h總循環(huán)量的循環(huán)水系統(tǒng)計算，濃縮倍數(shù)從3.0提高至5.0，年節(jié)水量可達到600～700 萬 t。

化學水制水單耗從設計1.1,t/t降至1.05,t/t，按照公司采用離子交換樹脂脫鹽工藝的實際制水1,000,t/h的制水量計算，年節(jié)水量也近 50萬 t。降低循環(huán)水和化學水運行水耗，是側(cè)重于從水務系統(tǒng)運行角度降低用水消耗。此外，由于絕大部分循環(huán)水和化學水是作為石化工藝的熱媒介和熱載體，因此，開展生產(chǎn)裝置的節(jié)能降耗工作，降低對循環(huán)水和蒸汽的需求，不僅能夠取得顯著的節(jié)能效益和經(jīng)濟效益，對降低用水總量的貢獻效果也十分顯著。

因此，在開展節(jié)水減排的初期，一般將降低水務系統(tǒng)的水耗作為工作重點；而在水務系統(tǒng)水耗指標提升到先進水平后，節(jié)水減排則需要結(jié)合裝置節(jié)能降耗工作，通過降低生產(chǎn)裝置對循環(huán)水、化學水的需求，進一步減少循環(huán)水和化學水系統(tǒng)的總用水量。

1.2 開源節(jié)流并舉，積極開發(fā)新鮮水替代水源

一般在循環(huán)水濃縮倍數(shù)提高到5.0以上、化學水制水單耗降至 1.05,t/t時，再降低水務系統(tǒng)運行水耗的空間有限，如果對應的裝置循環(huán)水和化學水單耗也已處于行業(yè)先進水平，此時總工業(yè)用水量基本穩(wěn)定，進一步降低新鮮水消耗則主要需通過采用工業(yè)水替代水源的方式，即通過采取“開源”措施，開發(fā)利用替代工業(yè)水源，減少新鮮水消耗，解決水資源瓶頸問題，已逐步成為石化企業(yè)的共識和努力方向。

近年來污水回用、廢水再生利用技術(shù)得到了快速發(fā)展，尤其隨著膜組合工藝日趨成熟、成本大幅降低，各種高品質(zhì)深度處理回用水已開始應用于循環(huán)水和化學水系統(tǒng)，具備大量替代新鮮水的可能。天津石化近年來通過積極開展自身達標污水回用、凝結(jié)水回收利用，自產(chǎn)的回用水源已達 8種，并首先在國內(nèi)大規(guī)模引入淡化海水、市政中水 2種外購工業(yè)水源，經(jīng)過前期技術(shù)準備和生產(chǎn)應用，已積累了寶貴的實踐經(jīng)驗，部分循環(huán)水和化學水系統(tǒng)的新鮮水使用比例已降至 20%以下，為后續(xù)推進“近零新鮮水”打下堅實基礎。

天津石化通過先后承擔“天津市科委節(jié)水減排科技創(chuàng)新重點項目”和中石化“十條龍”入龍攻關項目，并對百萬噸乙烯煉化一體化大項目中引入的淡化海水開展優(yōu)化應用，2013年公司5,757,t/h(13.8萬t/d)平均工業(yè)水水量中，新鮮水(寶坻水＋灤河水)占總用水比例的 42.63%，剔除專供生活區(qū)用寶坻水420,t/h，工業(yè)生產(chǎn)區(qū)用新鮮水 2,025,t/h，低于淡化海水 2,304,t/h，淡化海水已替代新鮮水成為公司第一大工業(yè)水源(見圖2)。

圖2 工業(yè)水源分布情況Fig.2 Distribution of industrial water

1.3 已實施的節(jié)水減排技術(shù)及措施

天津石化在實施節(jié)水減排的過程中，逐步總結(jié)積累了從管理、技術(shù)、運行及信息化配套開發(fā)等多方面經(jīng)驗，形成了以科技創(chuàng)新為推動力的運營模式，見圖 3。

1.4 下一階段“近零新鮮水”工作的奮斗目標及措施

通過前期大力開展節(jié)水減排工作，天津石化加工噸油耗水、噸乙烯耗水及發(fā)電取水等指標已處于集團公司先進行列，公司產(chǎn)值增加 3倍多，新鮮水量下降30%。針對公司領導提出的“近零新鮮水”工作目標，按照“化學水系統(tǒng)實現(xiàn)完全零新鮮水消耗，循環(huán)水系統(tǒng)達到“近零消耗”實施思路，對“近零新鮮水”的目標計算如圖4所示：

圖3 水務系統(tǒng)和水務用戶節(jié)水減排技術(shù)Fig.3 Water-saving and emission reduction technologies adopted by water affairs agencies and users

圖4 “近零新鮮水”措施到位后水量分布示意圖Fig.4 Pie graph of water volume distribution after the launching of “Barely No Fresh Water” initiative

“近零新鮮水”措施實施后，預計公司外購的寶坻水、灤河水將比從前減少 1,601萬 t，下降幅度達75%，并通過優(yōu)化實現(xiàn)關停灤河水場、化工/烯烴2個化學水站和 DMT/化纖南循 2個小循環(huán)水場，消化全部富余淡化海水，天津石化循環(huán)水、化學水系統(tǒng)工業(yè)用水實現(xiàn)“近零新鮮水”消耗。

2 需要引起重視的問題

隨著“近零新鮮水”工作的逐步推進，將會對水質(zhì)管理和控制造成較大的壓力，循環(huán)水高濃縮倍數(shù)運行使循環(huán)水水質(zhì)處于“亞穩(wěn)定”狀態(tài)，對循環(huán)水系統(tǒng)運行管理、水質(zhì)精確控制及藥劑穩(wěn)定性提出了更高要求。

對引入化學水系統(tǒng)的淡化海水、市政中水、回用凝液、工業(yè)中水 4種新鮮水替代水源，雖然建立了明確的水質(zhì)控制指標，但一些微量成分如 TOC等可能對后續(xù)生產(chǎn)和設備造成的影響，沒有完全成熟的經(jīng)驗可借鑒。在推進“近零新鮮水”工作中，很多水質(zhì)問題也將是行業(yè)內(nèi)首次面對，需要我們在今后的生產(chǎn)及使用過程中加強監(jiān)控、攻關、調(diào)整和總結(jié)，以確?！敖阈迈r水”工作效果。

3 結(jié) 論

通過天津石化推進實施工業(yè)用水“近零新鮮水”工作思路及措施可以看出，堅持科學發(fā)展觀，采取“開源節(jié)流”并舉的技術(shù)思路，積極采用新技術(shù)、新工藝、新成果，突破技術(shù)瓶頸，可以大幅降低工業(yè)用水總量，實現(xiàn)工業(yè)用水的“近零”消耗，解決缺水地區(qū)工業(yè)發(fā)展的用水問題，為濱海新區(qū)的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。

On Solving Tianjin Binhai New Area’s Water Resource Bottleneck：Broaden Resource Channels and Reduce Resource Consumption

Li Chen’guang
(SINOPEC Tianjin Company，Tianjin 300270，China)

This paper expatiated TPCC’s initiative of “Barely Fresh Water” and analyzed the way of both broadening resource channels(exploring supplemental water source for fresh water)and reducing resource consumption(reducing total demand for water source)，aiming to find a solution of solving Tianjin Binhai New Area’s water resource bottleneck and offer a reference of technical idea for the industrial development planning of the area.

Barely Fresh Water；water saving and emission reduction；seawater desalination；wastewater reuse；high concentration multiple；municipal recycled water

X37

A

1006-8945(2014)10-0056-03

2014-09-09