化工水平衡的探讨与研究

解振宇

(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030000)

1 化工园区的水平衡

水在化工生产中的任一用水单元(设备或装置)内都存在着水量的平衡关系，均被作为原料和载体，同样也可以依据质量守恒定律，进行质量平衡计算，这就是水平衡。所谓的水平衡测试，就是指通过对各用水单元的实际测试、统计、分析、得出水量平衡关系确定各用水单元的水量值，根据其平衡关系分析用水合理程度的过程，各用水单元或系统输入水量之和应等于输出水量之和[1-3]。

工业用水量和排水量的关系，如图1所示，水平衡式如式(1)。

Q+A=H+P+L

(1)

图1 工业用水量和排水量的关系

1)Q工业取水量，包括生产用水和生活用水，主要指建设项目取自用的新鲜水量，生产用水又分间接冷却水、工艺用水和锅炉给水。

工业取水量=间接冷却水量+工艺用水量+锅炉给水量+生活用水量。

2)C重复用水量：指项目内部循环使用和循序使用的总水量。

3)H耗水量：指整个项目消耗掉的新鲜水量总和。

2 化工项目用水点分析

化工项目水系统主要包括供水脱盐装置、化学水装置、污水处理装置、循环水系统、生产装置工艺用水及锅炉用水等。这几个部分相互衔接，相互作用，决定了水系统是否达到平衡。

以煤化工项目为例，循环水系统补充水、化学水装置取用新鲜水及工艺用新鲜水这三个部分为该类项目主要的用水点。结合化工园区用水特点，直接用于全园区的水平衡的新鲜水在总用水中所占比例较低，生活及工艺用水低于10%。新鲜水主要用于脱盐水系统，占总用水的60%～70%，为下游的用水大户锅炉供水，其次是30%左右用于补充循环冷却水。

2.1 脱盐水系统

化工项目工艺过程中，化学水处理系统占着重要的地位。新鲜水通过预处理、超滤、反渗透、EDI等环节，最终产出生产蒸汽的介质脱盐水即除氧水。锅炉及余热回收装置利用脱盐水产生园区装置所需的蒸汽，为透平设备提供动力，通过板换调节流体温度。在一定程度上，减少脱盐水用量也是化工项目节水的主要措施，因此，合理控制脱盐水的用量对水系统的平衡其很重要的作用。

2.2 循环水系统

在化工园区生产运行中，循环水系统是工艺生产过程中的重要辅助环节。工艺装置中流体的温度需要靠循环冷却水换热控制，装置换热后的蒸汽凝液回送至循环水系统利用。为提高水的循环利用率，将通过换热的循环冷却水(以水或空气为换热介质采用强制对流换热)通过冷却塔降温后循环利用，进而构成了循环冷却水系统。

此外，绝大部分循环水冷却塔均为开式循环水系统，致使经换热后的循环水气在降温过程中排到空气中，造成循环水系统缺水严重，补水量多，用水所占比例最高。因而，合理控制好循环水池的液位，避免循环冷却水系统大量补水排水，对于全厂水平衡影响最大。

2.3 工艺用水系统

化工生产装置运行过程工艺耗水，主要包括三个方面。一是产品含水，即由产品带走的水，通常以结合水的方式带走；二是洗涤用水和直接冷却水，日常维护现场卫生及漏料至装置地面需进行地坪冲洗，对产品、半成品进行调温调湿直接冷却；三是水处理用水，指再生水处理装配所需用水。

3 水系统平衡关键控制环节

化工水系统的平衡关键在于控制环节，同样讲究源头控制、过程管理，末端治理。具体来说就是增加脱盐产水率，提高水的重复利用率，提高污水的回用率。

3.1 源头水质管控

原水水质的好坏决定循环水系统的浓水倍数，也决定化学水水处理系统产水的收率，继而决定装置能否按要求长期稳定运行，同样决定产品的好坏。因此，加强水质监测，根据季节合理对原水进行调节，管控好源头水的PH、COD、氨氮、细菌等关键指标，就大幅度的提高了前端的产水率，进而减少了新鲜水的补水量，做好水系统平衡的第一步。

3.2 过程管理避免乱排乱补

加强过程控制，是指在管理各化工装置现场跑冒滴漏的同时，兼顾避免进行大量循环水系统的乱排乱补的行为。

提高水的循环重复利用率，主要包括循环水的重复利用率和污水回用率，其中无大量补新鲜水及无大量排循环水污水决定循环水的利用率。生产运行中，采用多级串联利用的工艺，水经过初级沉淀、过滤、净化处理，一方面将蒸汽凝液作为循环水的补水，另一方面可将符合循环水补水标准的回用中水全部用于循环水补水。

此外，对于开式循环水冷却塔蒸发损失占其总耗水量约80%左右的比例。因此，为尽量减少循环水蒸发量，达到节水效果，选用设备时应尽量选用闭式循环水冷却塔。同时应密切关注循环水系统的浓缩倍数，及时保证循环水有效排污，保证循环水得到应有的置换，进而减轻新鲜用水量的需求。

3.3 末端污水回用

对化工项目产生的废水采取雨污分流，清污分流，污污分流，分质分级的方式进行综合处理。根据污水的水质进行分级，对于水质等级高的清净废水，可将其将不经过处理或者只进行部分处理消除影响因素后回用到用水过程中。这样可以大大减小污水处理系统的负荷，降低水处理系统的投资和运行费用，提高企业的用水效率。

对于天气原因的雨季降水，应尽量合理回收，前15 min的初期雨水按污水处理。后期雨水回收化验分析，根据结果进行相应水处理，根据出水水质，也可作为循环水补水的重要组成部分。

污水处理优先考虑以废治废的方式进行节能治污。污水经污水处理装置的分级处理后的达标排放污水，继续进入中水成套装置(多介质过滤、超滤和反渗透单元)的深度处理回用，处理后产生的中水可作为循环水补水、化工园区的绿化及装置现场的降尘使用。当中水的水质较差时，通常用于夏季的工业园区绿化及马路降温，亦可用于备煤仓的降尘及脱硫回收。

对于中水装置及脱盐装置产生的浓盐水，可直接送至浓水出盐装置，即所谓的零排放装置，产生的回用水的用途与中水一致。

4 结语

化工项目要实现在减少工业水用量，同时达到水系统的平衡，降低吨产品水消耗，是一项极为复杂的系统工程，需要进行全面的管控。一是通过优化水平衡，避免清净水的浪费，规范排放等管理手段减少原水取水量。二是通过采用各种先进的节水技术减少废水产生和排放，努力提高循环冷却水和污水回用率。

在目前的环境氛围下，首先应该从观念上建立节水的意识，结合装置特点开展节水研究，进行工艺优化，技术管控，达到水系统的平衡。合理运用新技术和新工艺，降低循环水装置水消耗、提高污水处理的出水水质并增加处理能力、提高中水及脱盐水回收率，并进一步深度处理浓盐水回用浓盐水。确保化工园区整体水耗进一步降低，为行业发展提供技术保障。