海水淡化水在循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用分析

李 耀

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

隨著中國工業(yè)化的高速發(fā)展，對水資源的需求越來越大，中國淡水資源缺乏問題愈發(fā)嚴重。在化工企業(yè)中，工業(yè)用水70%以上用作循環(huán)冷卻水，因此，提高循環(huán)冷卻水利用率（提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)），開發(fā)利用非傳統(tǒng)水資源，是節(jié)約工業(yè)用水的有效途徑。

隨著膜技術(shù)與產(chǎn)品的進一步發(fā)展，海水經(jīng)過預(yù)處理、膜過濾、除鹽等工藝處理后所產(chǎn)的淡化水，已逐漸應(yīng)用于化工企業(yè)循環(huán)冷卻水中。

1 水質(zhì)指標及操作規(guī)范

某地市政水及海水淡化水水質(zhì)指標分別見表 1、表 2[1]。

上述水質(zhì)指標中，針對循環(huán)水補水，水質(zhì)中影響較大的為氯離子含量。市政水中氯離子含量雖然控制值為≤250 mg/L，但實際上一般在50 mg/L左右，而海水淡化水氯離子只能保證≤180 mg/L，且海水淡化水中硬度較低。

表1 市政水水質(zhì)

1.1 循環(huán)水標準規(guī)范及實際運行要求

根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》GB 50050-2007第3.1.12條“間冷開式系統(tǒng)的設(shè)計濃縮倍數(shù)不宜小于5.0倍，且不應(yīng)小于3.0倍”。同時，根據(jù)GB 50050-2007表3.1.8間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標的要求，水走管程的碳鋼、不銹鋼換熱設(shè)備要求Cl-≤1000 mg/L，水走殼程的不銹鋼換熱設(shè)備（傳熱面測壁溫≤70℃，冷卻水出水溫度＜45℃）要求 Cl-≤700 mg/L。

表2 海水淡化水水質(zhì)

化工企業(yè)各裝置中換熱器的形式、材質(zhì)多樣（一般存在板式換熱器、列管式換熱器、空氣換熱器等形式；材質(zhì)涉及不銹鋼、碳鋼、合金，以及部分換熱器中設(shè)置石墨材質(zhì)），循環(huán)水水質(zhì)應(yīng)按照Cl-≤700 mg/L的要求執(zhí)行（但實際操作時要求循環(huán)水中氯離子含量小于300 mg/L）。

2 海水淡化水應(yīng)用

2.1 實際使用情況

某石化公司公用工程配置2套循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水量分別為70000 m3/h和55000 m3/h，其中，70000 m3/h的循環(huán)水場設(shè)計使用海水淡化水（原水為電廠海水直冷水排水），現(xiàn)場部分實際運行數(shù)據(jù)如下。

（1）海水淡化水氯離子含量。海水淡化水氯離子含量設(shè)計值＜178 mg/L，循環(huán)水場運行初期海水淡化水中氯離子含量約為170 mg/L，后期供水中氯離子含量控制在120～130 mg/L。

（2）循環(huán)水濃縮倍率。循環(huán)水場濃縮倍率控制在4左右（最高不超過5倍），循環(huán)水補水由海水淡化水、市政水、RO產(chǎn)水按 2∶1∶1的比例配置（海淡水按氯離子含量130 mg/L計，市政水氯離子含量按50 mg/L計，循環(huán)水補水中實際氯離子含量約為 77.5 mg/L）。

（3）針對海淡水硬度的調(diào)整。海水淡化水中硬度較低，目前需人工補加NaHCO3和CaCl2，將硬度調(diào)整至25左右（循環(huán)水場設(shè)置水質(zhì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。

（4）腐蝕速率。裝置內(nèi)部換熱器監(jiān)測腐蝕速率為0.04～0.05 mm/a，約為市政水作為補水的循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕速率的2～2.5倍。

（5）藥劑使用。按照目前配置后的海水淡化水作為循環(huán)數(shù)補水，該循環(huán)水場的藥劑使用具有藥劑濃度高；藥劑使用量大；藥劑單價高等特點。

該循環(huán)水場藥劑使用單耗較市政水作為補水的循環(huán)水場提高約30%。

（6）pH值。循環(huán)水系統(tǒng)pH值控制在7.8～9.0，正常為8.5。

2.2 存在的問題

（1）現(xiàn)場換熱設(shè)備腐蝕。使用該循環(huán)水的化工裝置換熱設(shè)備腐蝕情況普遍。

（2）換熱器和管道材質(zhì)投資大幅增加。經(jīng)了解，該企業(yè)蓄水池至循環(huán)水場（距離為2 km，管徑DN500）輸送管線設(shè)計使用Q235B材質(zhì)，由于海水淡化水中氯離子含量較高，導(dǎo)致管道腐蝕嚴重，后更換為襯塑管線，投資約為2000萬元。生產(chǎn)水系統(tǒng)最初采用海水淡化水，由于管線腐蝕嚴重，后改為市政水。

（3）循環(huán)水補水量增加。氯離子對不銹鋼設(shè)備腐蝕影響較大，通常要求循環(huán)水中氯離子含量＜300mg/L?；て髽I(yè)中設(shè)置大量不銹鋼換熱器，因此不建議循環(huán)水補水采用海水淡化水，否則循環(huán)水濃縮倍率需控制在2倍以下（按海水淡化水水質(zhì)指標），這必然導(dǎo)致循環(huán)水補水量的大量增加。

3 海淡水應(yīng)用可行性分析

3.1 裝置安全性

通過對使用海淡水作為循環(huán)水補水裝置的了解，海水淡化水對裝置循環(huán)水換熱設(shè)備的腐蝕影響較大，尤其是對不銹鋼換熱設(shè)備的點腐蝕比較明顯。

化工企業(yè)各裝置設(shè)計有大量的不銹鋼換熱設(shè)備，在使用過程中，不銹鋼換熱器一旦泄漏，輕則會影響生產(chǎn)，重則造成安全事故。因此，使用氯離子含量較高的海淡水作為循環(huán)水補水導(dǎo)致不銹鋼換熱器泄漏的潛在風(fēng)險很大，甚至?xí)绊懷b置安全生產(chǎn)。

3.2 循環(huán)水系統(tǒng)運行費用

（1）循環(huán)水補水量

若循環(huán)水補水全部使用海水淡化水，為控制循環(huán)水中氯離子含量小于300 mg/L，需要降低循環(huán)水濃縮倍率，增加循環(huán)水補水量及排水量。不同濃縮倍率下循環(huán)水運行參數(shù)見表3。

為滿足氯離子＜300 mg/L，假設(shè)海水淡化水中氯離子含量控制≤120 mg/L，則循環(huán)水濃縮倍率需降至為2倍左右。參照表3可知，循環(huán)水補水由218 m3/h（濃縮倍率為5）調(diào)整至348.8 m3/h（濃縮倍率為2），補水量明顯增加。

表3 不同濃縮倍率下循環(huán)水運行參數(shù)（以循環(huán)水量10000 m3/h為例）

（2）循環(huán)水排污量

現(xiàn)循環(huán)水排污水擬定進入回用水裝置后回用，濃水排入總污水裝置繼續(xù)進行生化處理。循環(huán)水濃縮倍率由5調(diào)整至2時，循環(huán)水排污水由38.6 m3/h增加至169.4 m3/h，水量增加4倍；進而使得回用水裝置規(guī)模及投資要相應(yīng)增加；同時，回用水裝置濃水排水量影響總污水裝置規(guī)模，其循環(huán)水補水中的高氯離子含量及額外補加的NaHCO3和CaCl2均會影響總污水的TDS含量，亦會影響總污水工藝路線，增加項目投資及運行費用。

4 結(jié)論

（1）鑒于化工企業(yè)中設(shè)置大量使用循環(huán)水的換熱設(shè)備，若使用海淡水作為循環(huán)水補水，設(shè)計時需要考慮增大換熱設(shè)備和管道的腐蝕裕量，進而影響設(shè)備投資。

（2）消防水系統(tǒng)和生產(chǎn)水系統(tǒng)若采用海水淡化水，系統(tǒng)內(nèi)管線必須采用襯塑管線，這將導(dǎo)致投資費用大幅增加。

（3）由于循環(huán)水排污水量的增加，直接影響回用水裝置及總污水裝置的前期投資及運行費用。

（4）使用海水淡化水作為循環(huán)水系統(tǒng)的補水，可有效降低新鮮市政水用量；但同時需研究出有針對性的藥劑并通過現(xiàn)場應(yīng)用，保證循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行。

［1］于振記.海水淡化水在循環(huán)冷卻水中應(yīng)用.化工科技市場，2011，（12），33.