我国石化行业的水资源循环利用和污水减排的整体水平与国际先进水平相比存在着相当大的差距,炼油行业的原油加工耗水量平均为1.08t/t,比国际先进水平的0.5t/t高1倍。石油化工行业节水的潜力巨大。本文作为上海市科委科研计划项目“上海石化行业产业生念试验与应用研究”(课题编号042312081)的主要组成部分,将水系统优化理念运用于石化行业,进行节水减排分析,开展旨在提高工业废水回用和新鲜水用量最小化的用水网络优化设计,研究开发适用于石化行业乃至各行各业的配合法用水网络优化技术。(1)对我国某大型石化企业炼油事业部的给水-用水-排水系统现状进行了调查研究。给水系统主要有新鲜水系统、消防水系统和循环冷却水系统。用水方式主要为冷却水、工艺过程用水和发生蒸汽用水。排水系统分为含硫和含油两个污水系统。为了用水网络的优化设计,建立了含油和含硫两个用水网络。(2)分析了水回用项目的目的与实施步骤。提出水系统回用的多种方法与原则。确定在进行含硫含油废水直接回用的用水网络设计时须考虑硫、油、氨氮和COD四种污染物的限制。(3)进行了水回用的可行性分析,进行工艺水系统回用水的等级划分与水质标准确定。讨论了通过网络优化进行水回用会造成排放污水浓缩的主要影响。同时通过建立环境管理数据库和分析水回用工程顺利实施的条件,从软件和硬件两方面对用水网络优化设计作出支持。(4)在用水操作污染物传质模型的基础上,进行配合法用水网络优化设计方法的建立。1)讨论了配合法对用水网络进行优化设计的基本思路——使各股水流承担其极限能力的污染物传质负荷。确定了考虑单污染因子网络设计方法:摒弃浓度大于该操作出口极限浓度的水源。首先计算出口极限浓度低的用水操作。水源配比方式为尽量使入口水浓度等于入口极限浓度,水源采用顺序依次为浓度与用水操作入口极限浓度相等的回用水—其它回用水—新鲜水。2)在考虑多个污染因子的水系统网络优化过程中,首先要找出多污染因子中的关键污染因子并以其为依据进行计算,同时针对一些特定情况下可能出现的不符合逻辑的计算结果进行甄别、筛选,并以各污染因子出口极限浓度之积为排序依据。3)在用水网络优化设计中兼容流晕改变,浓度改变、再生回用和再生循环等实际情况。流量增加和减少时分别将变化转移至操作的出口和入口。出水浓度改变则直接在可回用水源的列表中修改。考虑再生回用时修改出水浓度并针对再生流程的再生能力确定该流程的位置。带有再生循环的用水网络设计则采用循环水直接满足大多数用水操作的需求。同时,应根据监测仪器反馈回的数据,在线实时地调整用水网络中各操作采用的回用水。若用水网络已固定,则应对回用水和新鲜水的水量进行实时运算以保证网络运行状态正常。4)实际用水网络多为分布式水系统。对其进行优化需首先将用水操作的入水和出水分割,再选取关键污染因子后对各水源进行配合计算,其中关键污染因子种类相同的水源需优先考虑。用水网络的优化成本需考虑管道铺设费用、人工费用、运行费用等,可将其与新鲜水处理成本相比较以节省成本。(5)利用配合法用水网络优化计算模型,对某石化企业炼油事业部整个用水网络进行了优化。1)将炼油事业部含硫、含油两个水系统简化。对参数固定的含硫水系统分别按照考虑单一污染因子和多污染因子的计算方法进行优化设计,其节水减排效率在考虑污染因子硫时可达38.31%,考虑污染因子COD时可达19.98%,同时考虑两种污染因子时节水减排效率17.81%。对有流量变化的含油水系统按照条件改变的计算方法进行优化,可达到节水减排率33.67%。若加入再生流程进行回用,可分别提高节水和减排效率1.1%和1.4%。若加入再生流程进行整体水循环,可将节水和减排效率分别提高为63.11%和76.05%。2)将整个用水系统构建为分布式用水网络。考虑水回用成本进行优化时,吨费用大于0.7元的回用水不予采用。事业部原有用水系统工艺水中电脱盐注水、水封用水和冷却用水共199.62t/h,考虑成本因素优化后,三种工艺用水可回用含硫废水和含油废水188.03t/h,新鲜水使用量降至11.59t/h。3)典型石化企业实际水系统的整体优化与产业链构建。通过炼油事业部生产装置、供水与废水处理系统、锅炉系统和循环水系统的整体集成优化,形成企业水系统产业链。水系统整体优化后,加工吨原油耗水量可由1.03t/t降至0.53t/t,加工吨原油排水量由0.53t/t降至0.028t/t。