创新实施海水综合利用

高爱军，张兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

创新实施海水综合利用

高爱军，张兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

随着公司产量的增加，日趋紧张的淡水资源成为制约生产的关键因素，为了加强企业节能降耗，保证公司生产稳产、高产的用水要求，公司大胆创新，将海水淡化工程副产浓海水引入纯碱生产系统进行综合利用，替代循环冷却水吸收生产系统化工废热再浓缩，并将高浓盐水用于生产化盐。本项目实施后节约了大量化盐淡水，也大大降低了水系统循环过程淡水补充量，缓解了纯碱公司淡水资源紧张局面，同时大量回收利用海水淡化副产高浓海水盐分，减少了海水淡化处理废水排放，创新性地开创了一条化工产业链资源综合利用的循环经济道路。

海水淡化；氨碱法；综合利用；必要性；原理；创新

唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司是国家“七五”期间建立的以纯碱为主的大型国有企业，设计纯碱年产量60万t，由于公司技改项目的成功实施,生产装置的扩大，近年来我公司纯碱产量已远超设计能力，2014年纯碱产量突破220万t，2015年纯碱产量达到231万t。随着公司生产能力的扩大，日趋紧张的淡水资源成为制约生产的关键因素，为了加强企业节能创新措施，保证公司生产稳产、高产的用水要求，经过多年的探讨和论证，公司大胆创新对海水资源进行了技术改造，取得了显著的效益，达到了缓解淡水资源紧张，创新利用海水资源的目的。

1 海水资源综合利用的必要性

1.1 公司取水受限状况

1)设备状况及水量供给

公司淡水资源共有两部分：深井水和陡河水。

公司所属深井38眼，分散在距离厂区31 km的范围内，通过输水管线输送到厂区，随着生产用水的增加，深井水用量逐渐增多，部分深井由于运行年深日久，经常出现滤网破损、滤水管堵塞、深井泵淤砂、深井电机烧毁等现象，洗井费用增加；而新增深井征地费用昂贵，井孔钻进深度越来越深，而与之相关的人工、机械、材料费用也水涨船高，地下水液位呈漏斗下降趋势日渐明显，地下水的开采难度越来越大，深井运行新增设施成本投入越来越高。

陡河水经取水泵站加压，通过60多公里的远距离输水管线，输送至厂区内的沉砂池、储水池，再经厂区加压泵站设备加压后供给厂区生产用水。近年由于陡河水位下降和用水量的增多，加之运行管线的老化，周边施工造成的损坏次数增多，且陡河水作为生产用冷却水有较强的季节性。随着生产能力提高，陡河水需求量大为增加，但是新增设备及管线或进行老管线的增容替代，将付出高额的工程费用，因此，生产用陡河水的量也仅仅维持在10年前的水平。

2)公司用水情况

我公司的淡水消耗主要由以下几部分构成：①化盐用水；②循环水系统凉水塔蒸发飘散损失；③热电锅炉产汽及其他公司直接用水；④生产系统冲洗用水(主要石灰窑气系统)及排放、泄漏；⑤生活必须用水。

生产系统化盐工序最初使用淡水，以目前纯碱产量230万t/年计算，每小时使用淡水量将达到1 100 m3/h以上；循环水系统水循环量夏季最高将达到25 000 m3/h以上，全部淡水循环，凉水塔全年平均蒸发及飘散损失将达到600 m3/h以上；石灰窑系统洗涤塔及电除尘冲灰用水消耗淡水700 m3/h以上。仅仅以上三项损失将达到2 400 m3/h以上。再加上热电产汽及其他分公司必要的直接用水，数额庞大，供需问题尖锐。

3)外部环境及国家政策限制公司取用淡水资源

全球性地淡水紧缺状况步步加剧，我公司处于北方沿海地区，不仅气候常年干旱少雨，同时大量的淡水开采引发淡水水位严重下降，海水向内陆土壤渗透的危机也越来越。国家对水资源保护意识及法律限制越来越严，不仅逐渐提高企业用水价格，淡水成本越来越高，同时制定淡水开采限额，公司产量将严重受限，这已经日益成为企业生存的关键。

1.2 公司初期节水改造措施的主要项目

为节约水资源，公司加大节能降耗技改开发，增大淡水重复利用率，回收净化利用排放污水，降低水资源浪费。主要项目包括：

1)将循环水系统分为开、闭路循环水2个系统。闭路循环水基本是封闭系统，循环水在钛板换热器、螺旋板换热器等换热设备与凉水塔之间循环运行，水中加入阻垢缓蚀剂、杀菌灭藻剂以长期维持水质。开路循环水是部分循环系统，补充淡水(陡河水或井水)汇合开路循环上水通过碳化塔、吸收塔等生产换热装置后，部分循环回到凉水塔，另一部分自开路循环回水管道引出外送供应热电生产用水，还有一部分就是纯碱生产系统直接使用，包括用于制备盐水过程一次化盐、石灰窑气系统设备以及其他生产系统冲洗、排放等，损失水量由淡水系统直接补充。开路循环水的使用，降低了淡水循环量，大大减少了水资源的蒸发浪费，加大循环水重复利用率，也有效的回收生产系统废热，降低了锅炉产汽燃煤能源消耗。

2)增设污水回收处理氧化塘。将厂区排放的生产(主要为石灰窑气系统冲灰水)、生活污水以及雨水等回收至氧化塘，污水经过澄清净化后再次输送回石灰工序，替代原来一次性使用的开路循环回水，作为窑气系统洗涤塔、电除尘冲洗水，石灰工序排出的污水重新返回氧化塘，污水重复使用，减少淡水资源的巨大浪费，同时给公司节省了高额的排污费用。

以上项目的实施，为公司节水800 m3/h以上。然而，随着公司产量有原设计60万t/年，升至目前230万t/年以上，淡水资源缺口仍然巨大。改进纯碱生产用水工艺方式，深度节约淡水是大势所趋。

1.3 探索海水替代淡水

面对全球淡水日益紧缺的状况，研究海水淡化及替代淡水综合利用技术越来越为世人所重视。作为地球上最为充足的水源，同时海水中溶存的化学矿物资源总量十分巨大，是巨大的资源宝库。海水淡化技术发展日新月异，海水淡化处理过程副产大量浓海水。寻求以淡化副产海水替代淡水进行化工系统循环冷却，不仅节省淡水蒸发损失，而且利用化工系统废热将淡化副产海水进一步浓缩成高浓海水，用于纯碱生产化盐，可以回收更多的盐分，大大降低纯碱生产溶盐消耗。这一整套淡化海水综合利用方案将不仅能够极大地缓解了公司淡水资源紧张的局面，而且创造极高的降耗经济效益，减少海水淡化副产海水排放，为此海水综合利用项目势在必行。

2 海水资源综合利用的原理

海水综合利用项目在曹妃甸设有一个取水泵站，在厂内设有东、西2个海水加压泵站，中途采用直径为800 mm的耐海水管线输送海水。海水的来源为两部分：一部分为阿科凌海水淡化厂排出的浓海水，另一部分为首钢淡化后的浓海水，这两部分浓海水由曹妃甸取水泵站加压泵加压后经过长输海水管线将浓海水输送到厂区盐水车间的新化盐系统的缓冲罐，经海水泵加压后一部分去二盐场晾晒提浓，返回后用于化盐、一部分用于盐水一次精制洗泥、一部分补充进入海水循环系统。循环海水作为碳化塔、吸收塔、钛板换热器的冷却水，吸收化工系统废热，返回海水凉水塔蒸发降温。随着循环海水的连续运行，含盐浓度得以上升，一定浓度的循环海水自吸收塔取出用于化盐。

3 海水资源综合利用项目实施内容

曹妃甸建设加压泵站1座，设有吸水池和其它设施，泵房内设四台NTP300-790-90A-TP双吸立式同步排吸泵及配套315 kW的10 kV电机。从曹妃甸至厂区长输管道全程长约49 km,由钢管、PE管、玻璃钢管三种管材组成。分为五大部分:曹妃甸泵站至盐场大桥排放口，盐场大桥至大支渠，大支渠至曹妃甸湿地出口，曹妃甸出口至南堡开发区变电所，南堡开发区变电所至厂区盐水澄清桶，全线设有排气检查井、阀门井，为加强管理杜绝海水泄漏带来的环保污染，公司还增设了GPS压力测量点，实现管线的在线监测。

厂内海水加压泵站建有两组海水冷却塔、泵房一座，也就是现在的西侧海水泵房，内设有三台28SA-10K的海水泵，配套710 kW，6 kV的高压电机及循环海水供、回水两条管线。

为加大循环海水综合利用，车间将原有两组开路冷却塔内壁进行防腐并对冷却塔内部所有布水管道系统、喷头、风机等更换为耐腐蚀材质，将其由原来的开路循环水改为海水冷却塔；将原2台开路循环水泵对其原有基础进行改造，对其叶轮、阀门、泵进出口进行改造使其符合输送海水性质，增加耐腐蚀性，使其作为海水泵使用，提高泵和阀门的使用周期，保证海水的输送量，并新敷设供、回水管线，也称其为东侧海水系统，与西侧海水供、回水管线联通。

碳化塔上段及吸收塔冷却由淡水循环冷却改为海水循环冷却，冷却设备上水及回水管道、调节阀门更换材质，回水增加测温点。首钢海水经循环系统蒸发后TCl浓度由13.5 tt升至19 tt以上，含盐浓度进一步提高，由循环系统取出用于一次化盐，从而降低原盐消耗。海水循环系统投用后，淡水循环系统负荷大为降低。

4 经济效果评价

1)项目投入使用后，实际使用海水量约1 500 m3/h，以海水中Na离子浓度12 tt计算，每年节省原盐量(100%折百)：

12/20×58.5×1 500×24×360/1 000=45.5万t

以目前产量230万t/年计算，吨碱盐耗降低：

45.5/230×1 000=168 kg/t碱

2)循环海水平均供量约为14 000 m3/h，单塔蒸发及飘散损失水量年均约60 m3/h，四台海水凉水塔共计蒸发水量年均约240 m3/h，每年节约淡水：

240×24×360/10 000=345 000 m3

化盐使用海水量1 200 m3/h,全年节约化盐淡水：

1 200×24×360/10 000=10 368 000 m3

吨碱淡水消耗降低：(34.5+1 036.8)/230=4.7 m3/t

项目投入使用后深井淡水的用量、循环淡水用量明显减少，吨碱耗淡水由2011年的7.7 m3降低到现在的3.0 m3；吨碱盐耗明显降低，创造了极大的经济效益和社会效益。

5 总 结

通过化工废热蒸发浓海水代替淡水、使用浓海水化盐节约化盐淡水和原盐等项目的实施，解决了海水淡化后浓海水的排放问题。使我们在享受到节约淡水和原盐给企业带来巨大的经济效益同时，也带来了巨大的社会效益。海水综合利用是解决水资源危机的重要措施之一，向大海要水、要资源是解决沿海地区淡水资源短缺的现实选择，也是实现水资源可持续利用，保障沿海地区经济社会可持续发展的重大举措，具有重大的现实意义和深远的战略意义。虽然海水综合利用事业正在高速发展，但是我们应该看到我国海水利用虽具备了基本的产业化发展条件、研究水平、装备的开发创造能力及创新能力，系统设计和集成等方面与国外仍有较大差距。有差距就有提升空间，海水综合利用一定具有良好的发展前景。

TQ085.2

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1005-8370(2017)01-32-03

2016-12-29

高爱军(1965—)，哈尔滨建工学院，给排水专业，工程师，现从事设计工作。