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摘要：近年来，随着市场的发展，化工工艺系统换热设备所需循环水量越来越大，使循环水系统成为整个项目的用水用电大户，因此，系统的节能节水迫在眉睫。以下对几种节能节水措施进行讨论。
关键词：系统温差；湿球温度；节能；节水
本文主结合当前水资源缺乏的严峻形势，立足设计细节，提出一些节水节能的想法和建议，减少资源浪费，节约用水。
1、提高生产工艺换热设备冷却水的供回水温差
1.1 循环水系统温差的决定因素
循环水量和循环水供水、回水温度基于工艺装置正常运行所确定的。各行业循环水系统的设计温差有所不同，其中：化工、石油化工装置的循环水系统温差一般在8～12℃；化工、石油化工装置的循环水回水温度一般不超过45℃。
1.2 温差对节能的影响
对于热负荷不变的生产装置，提高循環水的温差，可以减少循环水的用量。下面以某项目为例，具体分析提高系统温差所带来的影响：循环水量为20000m3/h，原设计的供水温度30℃，回水温度40℃，温差10℃，浓缩倍数5。当地冷却塔计算采用的（保证率为95%）湿球温度22℃，日平均干球温度27.9℃，大气压84.39kpa。
回水温度及其它条件均不变，如果将循环水的供水温度调整至26～27℃，则生产工艺换热设备的循环水温差可提高至13～14℃。
1.2.1 提高温差对循环水量的影响
生产工艺换热器中的热流体释放出的热量等于冷流体（循环水）吸收的热量。
Q=WhCph（T1-T2）=WcCpc（t2-t1）
式中Q----换热器的热负荷，kj/h或W
Wh----被冷却物料的质量流量，kg/h
Wc----循环水的质量流量，kg/h
Cph---被冷却物料的平均比热容，kj/（kg.℃）
Cpc---循环水的平均比热容，kj/（kg.℃）
t1，t2----循环水经过换热器前后的温度，℃
T1，T2----被冷却物料经过换热器前后的温度，℃
由上式可知，由于工艺介质通过换热设备传递的热量不变，故循环水量与系统温差成反比。因此，提高循环水系统温差可以降低循环水量。
1.2.2 药剂投加量的影响
随着蒸发过程的进行，水蒸汽不断逸出，水中的溶解物质和悬浮物不断浓缩，并伴随着一系列作用的发生：二氧化碳的脱吸、氧的吸收、空气的洗涤和微生物的滋生等，导致系统腐蚀、结垢。为防止水质恶化，为保持循环水系统的水质相对稳定，需要投加缓蚀阻垢剂，其首次加药量和杀菌灭藻剂的投加量，根据《化工企业循环冷却水处理设计技术规定》：
Gf=Vg/1000
Gc=Qgc/1000
V---系统容积（m3）
g---加药浓度（mg/L）
gc---杀菌剂浓度（mg/L）
Q---循环水量水（m3/h）
由上可知水处理药剂的投用量随循环水量及系统容积的减小而减少。
1.2.3 对用电量的影响
循环水用电量包括两大部分：一是冷却塔风机用电量。提高系统温差，循环水量减小，风机用电量也会相应减小，但循环水供水温度的降低，需要气水比的增加，对风机用电量也相应提高，所以，提高系统温差对风机用电量几乎没有影响。二是循环水泵的用电量。提高系统温差，循环水量减小，所需循环水泵的用电量也相应减小。上述工程循环水系统温差由10℃提高到14℃，每年按工作8000 小时计，循环水泵的年耗电量可减少约8.8×106kW。
1.2.4 对循环水系统设备能力的影响
由于循环水量随着系统温差的加大而减小，循环水输送管道、管件、阀门、仪表等也随之减小，减少了泵房及辅助房间占地，节约土建费用及施工费用。对于上述工程，系统温差由10℃调整为14℃，循环水泵可由3 台Q=7000m3/h 改为3 台Q=5100m3/h，旁滤量由600～1000m3/h 可改为450～750m3/h，循环水供回水主管管径由DN1600 可改为DN1400，大大降低了初始投资。
当然，提高系统温差必然会增大工艺换热器的换热面积，从而增大工艺换热器的投资，它与循环水系统设施投资的降低形成了一对矛盾，工程应用中需要进行损益平衡分析。
综上所述，对于气温较低、气候干燥的地区，循环水设计时应对当地气象条件及生产工艺要求进行分析后确定换热设备冷却水温差，并通过热力计算校核冷却塔能力，充分利用自然资源，以更好地节能减耗。
2、冷却塔设计采用的节能措施
为保证系统运行安全，冷却塔的设计所采用的气象参数是当地保证率为90%～95%的日平均湿球温度、干球温度、大气压力等。
调节风机运行的措施有以下几种：
（1）可适当减少运行风机台数来调节。
（2）调节风机的风叶角度，调节风机风量。
（3）风机采用变频电机，调节风机风量。
3、补水系统的节能措施
循环水补水一般由厂内加压泵房统一供给，压力0.4～0.5MPa。生产水作为循环水补水时，水温不高，水质较好，可直接补入塔后吸水池，所需压力不小于0.1MPa 即可。若工厂的生产水水源为市政水或由厂外深井水，利用厂外供水管网的余压（一般约0.1～0.3MPa）完全可以满足要求，故可不经加压，直接补入循环水系统。上述工程中一套20000m3/h，△t=10℃的循环水系统，补水量约为280m3/h，按每年工作8000 小时计，厂外直接补水比传统做法（先进入生产水池加压后再进入循环水系统）可节约18×104kw的能量。
4、系统废水的回收
循环水系统产生的废水主要包括系统排污水、旁滤器的反冲洗排水及检修时水池的放空排水。20000m3/h 的循环水系统产生废水量约80～110m3/h，产生量较大，且污染程度轻，仅含盐量和浊度较高，处理流程简单，是污水回用的优质水源。收集处理后可作为系统补水或作它用，从而节约新鲜水用量。废水收集时应根据排水压力分别收集。
5、结束语
水资源及能源紧缺是制约我国经济发展的重要因素，节水节能是我国社会经济持续发展的基本国策，而目前节水和节能最关键的不是技术。
参考文献：
[1] 徐寿昌等编.《工业冷却水处理技术》，化学工业出版社.
[2] 《化工原理》第四版，化学工业出版社.
[3] 钱颂文主编.《换热器设计手册》化学工业出版社.
[4] 《工业循环冷却水处理设计规范》.
[5] 《给水排水设计手册》第3 册、第4 册.
（作者单位：中国石油化工股份有限公司天津分公司烯烃部）
关键词：系统温差；湿球温度；节能；节水
本文主结合当前水资源缺乏的严峻形势，立足设计细节，提出一些节水节能的想法和建议，减少资源浪费，节约用水。
1、提高生产工艺换热设备冷却水的供回水温差
1.1 循环水系统温差的决定因素
循环水量和循环水供水、回水温度基于工艺装置正常运行所确定的。各行业循环水系统的设计温差有所不同，其中：化工、石油化工装置的循环水系统温差一般在8～12℃；化工、石油化工装置的循环水回水温度一般不超过45℃。
1.2 温差对节能的影响
对于热负荷不变的生产装置，提高循環水的温差，可以减少循环水的用量。下面以某项目为例，具体分析提高系统温差所带来的影响：循环水量为20000m3/h，原设计的供水温度30℃，回水温度40℃，温差10℃，浓缩倍数5。当地冷却塔计算采用的（保证率为95%）湿球温度22℃，日平均干球温度27.9℃，大气压84.39kpa。
回水温度及其它条件均不变，如果将循环水的供水温度调整至26～27℃，则生产工艺换热设备的循环水温差可提高至13～14℃。
1.2.1 提高温差对循环水量的影响
生产工艺换热器中的热流体释放出的热量等于冷流体（循环水）吸收的热量。
Q=WhCph（T1-T2）=WcCpc（t2-t1）
式中Q----换热器的热负荷，kj/h或W
Wh----被冷却物料的质量流量，kg/h
Wc----循环水的质量流量，kg/h
Cph---被冷却物料的平均比热容，kj/（kg.℃）
Cpc---循环水的平均比热容，kj/（kg.℃）
t1，t2----循环水经过换热器前后的温度，℃
T1，T2----被冷却物料经过换热器前后的温度，℃
由上式可知，由于工艺介质通过换热设备传递的热量不变，故循环水量与系统温差成反比。因此，提高循环水系统温差可以降低循环水量。
1.2.2 药剂投加量的影响
随着蒸发过程的进行，水蒸汽不断逸出，水中的溶解物质和悬浮物不断浓缩，并伴随着一系列作用的发生：二氧化碳的脱吸、氧的吸收、空气的洗涤和微生物的滋生等，导致系统腐蚀、结垢。为防止水质恶化，为保持循环水系统的水质相对稳定，需要投加缓蚀阻垢剂，其首次加药量和杀菌灭藻剂的投加量，根据《化工企业循环冷却水处理设计技术规定》：
Gf=Vg/1000
Gc=Qgc/1000
V---系统容积（m3）
g---加药浓度（mg/L）
gc---杀菌剂浓度（mg/L）
Q---循环水量水（m3/h）
由上可知水处理药剂的投用量随循环水量及系统容积的减小而减少。
1.2.3 对用电量的影响
循环水用电量包括两大部分：一是冷却塔风机用电量。提高系统温差，循环水量减小，风机用电量也会相应减小，但循环水供水温度的降低，需要气水比的增加，对风机用电量也相应提高，所以，提高系统温差对风机用电量几乎没有影响。二是循环水泵的用电量。提高系统温差，循环水量减小，所需循环水泵的用电量也相应减小。上述工程循环水系统温差由10℃提高到14℃，每年按工作8000 小时计，循环水泵的年耗电量可减少约8.8×106kW。
1.2.4 对循环水系统设备能力的影响
由于循环水量随着系统温差的加大而减小，循环水输送管道、管件、阀门、仪表等也随之减小，减少了泵房及辅助房间占地，节约土建费用及施工费用。对于上述工程，系统温差由10℃调整为14℃，循环水泵可由3 台Q=7000m3/h 改为3 台Q=5100m3/h，旁滤量由600～1000m3/h 可改为450～750m3/h，循环水供回水主管管径由DN1600 可改为DN1400，大大降低了初始投资。
当然，提高系统温差必然会增大工艺换热器的换热面积，从而增大工艺换热器的投资，它与循环水系统设施投资的降低形成了一对矛盾，工程应用中需要进行损益平衡分析。
综上所述，对于气温较低、气候干燥的地区，循环水设计时应对当地气象条件及生产工艺要求进行分析后确定换热设备冷却水温差，并通过热力计算校核冷却塔能力，充分利用自然资源，以更好地节能减耗。
2、冷却塔设计采用的节能措施
为保证系统运行安全，冷却塔的设计所采用的气象参数是当地保证率为90%～95%的日平均湿球温度、干球温度、大气压力等。
调节风机运行的措施有以下几种：
（1）可适当减少运行风机台数来调节。
（2）调节风机的风叶角度，调节风机风量。
（3）风机采用变频电机，调节风机风量。
3、补水系统的节能措施
循环水补水一般由厂内加压泵房统一供给，压力0.4～0.5MPa。生产水作为循环水补水时，水温不高，水质较好，可直接补入塔后吸水池，所需压力不小于0.1MPa 即可。若工厂的生产水水源为市政水或由厂外深井水，利用厂外供水管网的余压（一般约0.1～0.3MPa）完全可以满足要求，故可不经加压，直接补入循环水系统。上述工程中一套20000m3/h，△t=10℃的循环水系统，补水量约为280m3/h，按每年工作8000 小时计，厂外直接补水比传统做法（先进入生产水池加压后再进入循环水系统）可节约18×104kw的能量。
4、系统废水的回收
循环水系统产生的废水主要包括系统排污水、旁滤器的反冲洗排水及检修时水池的放空排水。20000m3/h 的循环水系统产生废水量约80～110m3/h，产生量较大，且污染程度轻，仅含盐量和浊度较高，处理流程简单，是污水回用的优质水源。收集处理后可作为系统补水或作它用，从而节约新鲜水用量。废水收集时应根据排水压力分别收集。
5、结束语
水资源及能源紧缺是制约我国经济发展的重要因素，节水节能是我国社会经济持续发展的基本国策，而目前节水和节能最关键的不是技术。
参考文献：
[1] 徐寿昌等编.《工业冷却水处理技术》，化学工业出版社.
[2] 《化工原理》第四版，化学工业出版社.
[3] 钱颂文主编.《换热器设计手册》化学工业出版社.
[4] 《工业循环冷却水处理设计规范》.
[5] 《给水排水设计手册》第3 册、第4 册.
（作者单位：中国石油化工股份有限公司天津分公司烯烃部）