1 概述
我国是贫水国家，缺水超过千亿立方米。特别是北方、西部广大地区缺水特别严重，而我国东南地区由于地面水资源污染引起水质性缺水情况也很严重。在全国670座大中城市中，有400座城市不同程度的缺水。其中110座城市严重缺水。
节约用水已经成为我们国家的当务之急，缺水问题也将严重制约我国本世纪的经济可持续发展，并将引起生态环境退化、人居环境恶化、争水矛盾日益突出等社会和环境问题。石油化工企业是用水大户。用水量的多少、水污染物排放量的增减不仅对本企业的综合经济效益产生重大影响，而且对缓解石化企业所在地区缺水矛盾、改善地表水环境状况有举足轻重的作用。
工业循环冷却水又是石油化工企业生产的主要用水大项，因此石油化工企业的节水状况主要看它的循环水节水管理状况——浓缩倍数控制状况。以10000吨/小时（温差5℃）的循环冷却水为例，其在不同浓缩倍数下的补水、排污数据见表1、图1：
表1 不同浓缩倍数下的补水量、排污量
浓缩倍数 | 2 | 3 | 心脏麻痹4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
循环量（t/h） | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000 | 10000高压油管 | 10000 | 10000 |
温差（℃） | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
补水量（t/h） | 135 | 101 | 90 | 84 | 81 | 79 | 77 | 76 | 75 |
蒸发量（t/h） | 68 | 68 | 68 | 68 | 68 | 68 | 68 | 68 | 68 |
排污量（t/h） | 67 | 33 | 22 | 16 | 13 | 神经生长因子 11 | 9 | 8 | 7 |
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图1 不同浓缩倍数下的补水量、排污量
当系统浓缩倍数由2倍达到3倍后，节水效果明显，排污量减少为原来的1/2。浓缩倍速继续提高，补水量继续减少，达到5-6倍浓缩倍数后，出现边际效应，节水效果不明显。因此，对补水水质不理想（无法实现趋零排放）的循环水冷却系统，结合自身水质状况将浓缩倍数提高至3.5-5倍能达到比较理想的节水效果。 2.1 碳五循环水装置概述
宁波金海德旗化工有限公司15万吨/年碳五分离装置是镇海炼化百万吨乙烯的配套装置，其以炼化百万吨乙烯装置的副产碳五馏分为原料，通过二聚反应、精馏、减压精馏、萃取精馏、共沸精馏等化工操作分理出异戊二烯、间戊二烯、双环戊二烯等产品用于橡胶、树脂等深加工的合成原料。
装置配套建有6000吨/小时的循环冷却水系统，上水回水温差5℃，凉水塔采用水泥浇筑，旁滤器为抚顺育才中学重力式无阀过滤器，换热器（除冷冻机换热器为铜换热器）均为碳钢材质。
2.2 循环水补水水质
宁波金海德旗化工有限公司碳五循环水补水分两部分：外购工业水，购自宁波碧海水厂；装置内部回用的蒸汽凝液。
装置运行初期，装置有每小时40-50吨的凝液作为循环水补水，只需补入少量的工业水即可满足循环水补水需求（冬季甚至可以不补工业水）。2012年，公司与炼化进行了乙烯装置热水再利用的合作项目，购入炼化140℃热水作为蒸馏再沸器加热源，有效节约了装置蒸汽单耗，同时有效利用了炼化项目余热能源。此外，公司新建异戊烯、树脂装置以蒸汽凝
液作为工艺用水。以上项目使补入循环水的蒸汽凝液大量减少，现循环水系统补水80-85%为外购工业水，10-15%为蒸汽凝液。
宁波碧海水厂工业水，其以河道水为水源，由于其河道水接近入海口，因此水质状况不理想：
表2 碳五循环水补水水质
PH | 电导率(μs/cm) | 浊度 | 总硬度(ppm) | 钙硬度(ppm) | 总碱度(ppm) | SiO2 | Cl- | 总铁 |
(NTU) | (ppm) | (ppm) | (ppm) |
7.3 | 520 | 0.8 | 120 | 85 | 65 | 5.1 | 92 | 0.1 |
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1.水质稳定性差，季节不同、降雨多少对水质影响较大，主要体现在夏季七八月份。
2.氯离子含量高，且上下波动大。
3.硬度较高。
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由于回用凝液比例少，总体补水水质仍不理想，因此在实际循环水管理中遇到了许多困难，现将碳五装置循环水管理过程中遇到的困难与经验总结出来，与各位一同探讨。
3 循环水运行管理
3.1 补水以凝液为主的趋零排放运行管理
凝液补水离子含量极低，是理想的工艺用水，作为循环水补水甚至有点浪费。以凝液作为系统补水，由于补水带入的离子含量少，因此系统浓缩过程中离子浓度上升不明显。
2010年6月碳五装置开车后，循环水以全凝液作为补水，其硬度、碱度等指标低于控制下限，系统处于偏腐蚀侧控制。开车初期，纳尔科公司采用有机磷+锌盐控制腐蚀的方案，由于补水偏软，系统腐蚀速度大于药剂成膜速度，清洗预膜完成后系统成膜马上被消耗，系统铁离子居高不下，只能依靠排污、补新鲜工业水进行控制，浓缩倍数只能达到2.5倍。
经研究后将处理方案改为正磷方案，并通过人工补碳酸钠、氯化钙使系统满足钙硬和碱度的最低要求。改方案运行一段时间后，系统腐蚀明显得到控制，排污量逐渐减少，系统浓缩倍数保持在5倍以上，基本实现零排放。
表3 两种方案下的控制指标
项目 | PH值 | 电导率(μS/cm) | 浊度(NTU) | 钙硬度 (mg/L) | 氯离子 (mg/L) | 总铁(mg/L) |
控制指标 | 7.5～8.5 | ＜3000 | ＜15 | 40～500制氢 | ＜500 | ＜2.0 |
有机磷方案 | 7.8 | 920 | 5 | 47 | 254 | 2.8 |
正磷方案 | 8.1 | 546 | 9 | 44 | 149 | 0.4 |
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3.2 以工业水作为主要循环水补水的高浓缩倍数运行管理
2012年，公司上了一系列新装置、节能项目。这些项目或是需要用凝液作为工艺用水、或是大量节省了蒸汽用量，使循环水系统凝液补水减少至10t/h。系统补水比例改变，由全凝液补水改为以工业水补水为主。
补水水质改变给系统运行管理带来了一些列问题：
1.补水硬度、碱度上升导致系统硬度、碱度接近控制上限，运行控制方案由原来腐蚀侧控制变为结垢侧控制。
2.水质不稳定，导致系统指标不稳定，控制相同的排污及浓缩倍数情况下，各项离子浓度指标出现忽高忽低的情况。
3.水质恶劣时，由于离子含量太高，浓缩倍数最高只能做到3倍。
通过一段时间的调整与试验，现循环水水质趋于稳定，浓缩倍数也得到稳步提升，能达到3.5-5倍。具体调整方案如下：
3.2.1 系统加酸
通过系统加酸调节，有效降低系统的PH、碱度。从而稳定系统中的钙离子，防止其在较高浓度下结晶析出，在换热器、填料内结硬垢。
表4 水质变化前后的控制指标
项目 | PH值 | 电导率(μS/cm) | 浊度(NTU) | 钙硬度 (mg/L) | 氯离子 (mg/L) | 总铁(mg/L) |
控制指标 | 7.5～8.5 | ＜3000 | ＜15 | 40～500 | ＜600 | ＜2.0 |
变化前 | 8.1 | 546 | 9 | 44 | 149 | 0.4 |
变化后 | 8.5 | 2100 | 7 | 310 | 480 | 0.4 |
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上表为系统补水水质变化前后的系统控制指标数据，补水变化后，系统钙硬度、碱度均上升，结垢风险加剧。因此有必要通过加酸、加阻垢剂等调节方法缓解系统结垢。同时，适当排污控制系统离子浓度。
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