專利名稱：：循環冷卻水系統串級使用方法
技術領域：
：本發明涉及多個循環冷卻水系統串級使用的處理方法，屬于循環冷卻水處理工藝領域。
背景技術：
：冷卻水是工業企業不可缺少的公用工程，是用水大戶。將冷卻水處理后循環使用，一方面可以滿足工藝過程對水處理效果的要求，保證生產裝置長周期正常運行；另一方面節約工業水98%以上，減少更大數量的排污，對保護水資源、保護水環境、降低生產成本具有巨大的效益，因而得到人們的廣泛重視，從而促進了循環冷卻水技術的快速發展和廣泛應用。隨著水資源供求矛盾的加劇、水環境污染日趨嚴重和循環水處理技術水平的提高，人們通常采用提高循環水濃縮倍數的方法實現循環冷卻水系統節水和減少排污水量。但是，隨著濃縮倍數的提高，循環水中結垢性離子如4丐離子、鎂離子濃度，和促進腐蝕性離子如氯離子、硫酸根離子濃度成倍增加，使水質變差，水質的結垢性和腐蝕性增強，從而導致水處理難度增加、效果下降，產生節水和水處理效果之間的矛盾。而在大型煉油、化工、冶金和熱電等企業，一^L"i殳有多個循環冷卻水系統為不同生產裝置提供循環冷卻水。目前，這些循環水系統都采用獨立運行方式運行，即企業的每個循環水系統獨自補水、獨自排污、獨自在某一濃縮倍數下運行。企業為了實現節水目標，往往是將所有的循環水系統都控制在較高濃縮倍數下運行，造成所有的循環水系統都采用較差的水質，導致所有的循環水系統處理難度都增大，使處理效果難以保證。CN1463926A公開了一種火電廠循環水分級濃縮串聯使用技術，第一級循環冷卻水的濃縮倍數<2，第二級循環冷卻水的濃縮倍數<4.5，并且經第一級濃縮排出的污水要進行過濾和弱酸離子交換處理。
發明內容本發明的目的是對具有兩個或兩個以上循環水系統的企業，提出一種有利于保證大多數循環水系統處理效果的方法。本發明提出的循環冷卻水系統的串級使用方法包括將兩個或兩個以上的循環水系統串級使用，串級鏈中的每個循環水系統的濃縮倍數按照由低到高的順序運行，最后一級循環水系統的濃縮倍數最高。前一個循環水系統的排水直接作為下一個循環水系統的補充水，最后一個循環水系統的排水直接外放。串級鏈中的第K個循環水系統的濃縮倍數計算公式如下W《《+￡2+^+......+￡w其中W>K2l。ww是最后一個循環水系統串聯運行時的濃縮倍數，等于多個循環水系統單獨運行時最高的濃縮倍數。五表示蒸發水量，單位m3/h。當系統的循環水量和出進口溫差確定時，系統的蒸發量可以通過以下公式計算五=-580式中，i表示循環水量，單位mVh;ZW表示出進口溫差，單位。C。系統的循環水量和溫差可以現場讀取。第一個系統的蒸發水量和第N個系統蒸發水量可能不同，這要由循環水系統的循環水量和循環水進出涼水塔的溫差來定。當多個系統串聯使用時，前一系統的排污水直接作為補充水進入下一個系統中，那么排污水中的藥劑也進入到下一個系統中了，為了保證循環水系統中水處理藥劑在一定濃度范圍內，前一個系統的排污量應小于下一個系統的排污量，因此濃縮倍數有一定的范圍。當串級鏈中的第K個循環水系統的濃縮倍數按照下列公式計算4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>只需在第一級循環水系統加入藥劑，其他循環水系統無須再加入藥劑，而且前一個循環水系統的排水不需進行凈化處理，直接作為下一個循環水系統的補充水，操作簡單方便。當第K個循環水系統的濃縮倍數在下列公式計算范圍內<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>串級鏈中的每個循環水系統需補加一定量的水和藥劑，保證循環水系統的正常運4亍。所說的水處理藥劑可以是具有緩蝕和阻垢效果的緩蝕阻垢復合劑，優選有機膦酸鹽、膦羧酸鹽、鋅鹽和含AMPS的多元羧酸聚合物。本發明具有以下特點a.N個相同濃縮倍數獨立運行的循環冷卻水系統采用本發明的方法運行，補水總量和藥劑總量與N個循環冷卻水系統獨立運行相同。b.N個不同濃縮倍數獨立運行的循環水系統采用本發明的方法運行，補水總量和藥劑總量均少于N個循環冷卻水獨立運行的補水總量和藥劑總量。c.N個循環冷卻水系統采用本發明的方法運行，只有最后一個循環水系統的濃縮倍數較高，水質較差，處理難度較大，而其他幾個循環水系統的濃縮倍數均較低，水質較好，處理較容易，從而使水處理效果更有保證。圖1N個系統并聯獨立運行時物料平4軒圖。圖2N個系統串聯運行時物料平衡圖。具體實施例方式具體來說，對具有兩個或兩個以上循環水系統的企業，將多個循環水系統串級使用，串級鏈中的每個循環水系統的濃縮倍數按照由低到高順序運行，即串級鏈中最前端的第一個循環水系統濃縮倍數最低，其排水作為第二個循環水系統的補充水，第二個循環水系統的排水作為第三個循環水系統的補充水，依此類推，到串級鏈中最后一個循環水系統，濃縮倍數最高，排水不再使用，直接外放。該方法與幾個循環水系統獨立運行方法相比，總補充水量、排水量和藥劑消耗量不高于幾個循環水系統獨立運行方法的總補水量、排水量和藥劑消耗量，只有最后一個循環水系統的濃縮倍數最高，水質最差，處理難度較大，而其他幾個循環水系統的濃縮倍數均較低，水質較好，處理較容易，從而使水處理效果更有保證。本發明的原理是當企業擁有N個獨立的循環冷卻水系統，每個獨立系統的循環水量分別為i^、i2、&......ix......出進口水溫差為J^、ZU2、ZW3、....」&......ZUjv，濃縮倍數為W(w、"02、Wft3......"版......"(w,水處理劑使用濃度為c,按照現有方法，各個系統獨立運行，系統的物料平衡圖如圖1所示。當系統的循環水量和出進口溫差確定時，系統的蒸發量可以通過(l)公式計算￡=竺....................................................(1)580式中五一蒸發水量，mVhi—循環水量，m3/h出進口溫差，。C根據公式(1)可以計算每個系統的蒸發水量￡7、五2、￡3......五w,由各系統的蒸發水量得到總蒸發水量&、總排污水量&、總補水量Me和水處理劑消耗總量丄0,即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>當企業擁有N個獨立的循環冷卻水系統采用串級使用方法，第一級循環水系統的濃縮倍數為，第二級循環水系統的濃縮倍數為"2,第K級循環水系統的濃縮倍數為"&最后一級第N級循環水系統的濃縮倍數為ww(多個循環水系統獨立運行時最高的濃縮倍數)，系統串聯運行時物料平衡如圖2所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>各個串聯使用系統的濃縮倍數計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>根據上述物料平衡原理，第1級循環水系統的補水量和排污量按照下列公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>...............................................................(3)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>...............................................................(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中&、可通過公式(1)和(2)進行計算。第K級循環水系統的補水量和排污量(第1級循環水系統除外)可按照下列公式計算5=《+￡2+￡3+...................................................("—i^"K"^—i++￡2+￡3+......+￡人,)w《—t￡2+￡3+......+￡《)"《0v-Dd,-i)...........................................................................(6)&=^^............................................................(7)《580式中M^—第K級系統的補水量￡^一第K級系統的蒸發量ix—第K級系統的循環水量，可以現場計量泵讀:f又Bx—第K級系統的排污量C。一補充水中離子濃度"w—第N級系統的濃縮倍數(N個系統獨立運行時最高的濃縮倍數)根據上述計算公式，當N個循環水系統串聯運行時，總蒸發水量五'o、總排污水量B、、總補水量M、和水處理劑消耗總量丄、，貝'J:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>N個循環冷卻水系統獨立運行時濃縮倍數相同，即"(w="m="w=,..="(w,分另'j采用串級運行和獨立運行，"w="o2="w=—="m=—="ow="w，蒸發K總量不變，即￡0=五0;4非K總量相等，即串級運行的最后一個系統排水量等于獨立運行各系統的排水量之和；補水總量相等，因為總蒸發量和總排水量分別相同；藥劑總量相等，因為排水總量相等。N個循環冷卻水系統獨立運行時的濃縮倍數不同，采用串級運行，最后一級循環水系統濃縮倍數最高為N個循環水系統獨立運行時最高的濃縮倍數。蒸發水量不變，即￡0=五0;排水總量減少即串級運行的最后一個系統排水量少于獨立運行各系統的排水量之和；補水量減少，因為總蒸發量相同和總排水量減少；藥劑總量減少，因為排水量減少。下面通過實施例對本發明做進一步說明，但并不因此而限制本發明。實施例1實驗水質采用中原某石化現場水，主要數據如表1所示。表中數據顯示，現場水是高硬高鹽水，屬強結垢性水質。表l實驗水質主要數據<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>按照中國石油化工總公司《冷卻水分析和實驗方法》中的407法進行動態模擬實驗，系統的循環水量為150L/h，進出口水的溫差為IO°C。現場水用硫酸調節堿度后作為動態模擬實驗的補充水。試管不預膜，試管內水流速控制在0.8m/s，進水溫度控制在32。C，出水溫度控制在40。C42。C,濃縮倍數控制在6.0±0.2,系統中加入100mg/L的復合水處理劑。采用將兩個循環水系統串聯運行，第一級的濃縮倍數控制在3.5±0.2，第二級循環水系統的濃縮倍數為6.0±0.2,15天的動態模擬實驗結果如表2所示。從表2結果可以看出，濃縮倍數較低的系統處理效果優于濃縮倍數較高的系統。表2動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例2實驗水質及循環水系統的控制條件同實施例1，將三個循環水系統串聯運行，第一級循環水系統的濃縮倍數控制在2.7±0.2,第二級循環水系統的濃縮倍數控制在4.3±0.2，第三級循環水系統的濃縮倍數控制在6.0±0.2，15天的動態模擬實驗結果如表3。表3結果顯示，濃縮倍數越低，處理效果越好。表3動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實施例3實驗水質及循環水系統的控制條件同實施例1，將四個循環水系統串聯運行，第一個循環水系統的濃縮倍數控制在2.3士0.2,第二級循環水系統的濃縮倍數控制在3.5±0.2，第三級循環水系統的濃縮倍數在4.8±0.2，第四級循環水系統的濃縮倍數在6.0±0.2,15天的動態模擬實驗結果如表4。表4結果表明，濃縮倍數越低，處理效果越好。表4動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實施例4實驗水質及循環水系統的控制條件同實施例1,將五個循環水系統串聯運行，第一級循環水系統的濃縮倍數控制在2.0±0.2,第二級循環水系統的濃縮倍數控制在3.0±0.2，第三級循環水系統的濃縮倍數控制在4.0±0.2，第四級循環水系統的濃縮倍數控制在5.0±0.2，最后一級循環水系統的濃縮倍數控制在6.0±0.2，15天的動態模擬實驗結果如表5。從表5結果可以看出，低濃縮倍數運行系統水處理劑的處理效果明顯優于高濃縮倍數運行的系統。表5動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>實施例5實驗水質采用某乙烯廠現場水，實驗水質如表6所示。從水質數據可以看出，現場水的氯離子和硫酸根離子濃度分別為110.0mg/L和113.3mg/L,堿度和pH較低，這些特征顯示它具有強腐蝕性。表6實驗水質主要數據<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>按照中國石油化工總公司《冷卻水分析和實驗方法》中的407法進行動態模擬實驗，系統的循環水量為150L/h，進出口水的溫差為l(TC。實—瞼采用現場水，實驗初期一次性補加碳酸氫鈉120mg/L(以CaC03計)，實驗期間用碳酸氫鈉控制實驗水的堿度在80mg/L左右。試管不預膜，試管內水流速控制在0.8m/s,進水溫度控制在32。C，出水溫度控制在4(TC42。C,濃縮倍數控制在6.0士0.2，系統中加入100mg/L的復合水處理劑。采用二個循環水系統串聯運行，第一級系統的濃縮倍數范圍為3.5±0.2,第二級循環水系統的濃縮倍數為6.0±0.2,15天的動態模擬實驗結果如表7所示。表7中的實驗結果顯示，低濃縮倍數運行系統試管的腐蝕速率較高濃縮倍數運行系統明顯減小，水處理劑的處理效果好于高濃縮倍數運行系統。表7動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>實施例6實驗水質及循環水系統的控制條件同實施例5,五個循環水系統采用串聯運行，第一級循環水系統的濃縮倍數為2.0±0.2，第二級循環水系統的濃縮倍數為3.0±0.2,第三級循環水系統的濃縮倍數為4.0±0.2，第四級循環水系統的濃縮倍數為5.0±0.2，最后一級循環水系統的濃縮倍數控制為6.0±0.2,15天的動態模擬實驗結果如表8。表8動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表8中的實驗結果顯示，低濃縮倍數運行系統試管的腐蝕速率較高濃縮倍數運行系統明顯減小，水處理劑的處理效果好于高濃縮倍數運行系統。實施例7實驗用水為某石化企業的達標外排污水，水質如表9所示。按照中國石油化工總公司《冷卻水分析和實驗方法》中的407法進行動態模擬實驗，系統的循環水量為150L/h,進出口水的溫差為l(TC。實驗期間，現場污水用硫酸調節堿度作為動態模擬實驗的補充水。試管不預膜，試管內水流速控制在0.8m/s，進水溫度控制在32。C，出水溫度控制在40。C42。C,濃縮倍數控制在6.0士0.2，系統中加入復合藥劑C，使用濃度100mg/L。表9水質分析結果分析項目分析結果pH7.404丐硬(CaC。3計),mg/L196.0總堿(CaC03計)，mg/L458.8CI-,mg/L97.2S042-，mg/L81.6總磷(以PO-計)，mg/L0.27正磷(以PO-計),mg/L0,12電導率，inS/cm1905總鐵,mg/L0.01總鋅，mg/L0.45氨氮，mg/L0.25可溶性Si02,mg/L15.2COD",mg/L73.7將三個循環水系統串聯運行，第一級循環水系統的濃縮倍數為2.7±0.2,第二級循環水系統的濃縮倍數為4.3±0.2，第三級循環水系統的濃縮倍數按照要求為6.0±0.2,15天的動態模擬實驗結果如表10。表10中實驗結果表明，低濃縮倍數運行系統水處理效果好于高濃縮倍數運行系統。表10動態模擬實驗結果系統濃縮倍數掛片腐蝕速率試管/mm/a腐蝕速率/mm/a粘附速率/mcm12.7±0.20.00570.01707.6724.3±0.20惡50.02689.8236.0±0.20.00700,031010.3514實施例8實驗用水為某石化企業的達標外排污水，水質如表9所示。按照中國石油化工總公司《冷卻水分析和實驗方法》中的407法進行動態模擬實驗，系統的循環水量為150L/h，進出口水的溫差為10°C。實驗期間，現場污水用硫酸調節堿度作為動態模擬實驗的補充水。試管不預膜，試管內水流速控制在0.8m/s，進水溫度控制在32。C，出水溫度控制在40。C42。C，二個獨立運行的循環水系統濃縮倍數分別為5.0±0.2和6.0±0.2，系統中加入復合藥劑C，使用濃度100mg/L。將上述二個循環水系統串聯運行，第二級循環水系統的濃縮倍數為6.0±0.2,第一級循環水系統的濃縮倍數為3.5±0.2，15天的動態模擬實驗結果如表ll。表ll中實驗結果表明，低濃縮倍數運行系統水處理效果好于高濃縮倍數運行系統。總藥劑用量和補水量低于二個系統獨立運行的藥劑用量和補水量。表ll動態模擬實驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>權利要求1.循環冷卻水系統串級使用方法，包括將兩個或兩個以上的循環水系統串級使用，串級鏈中的每個循環水系統的濃縮倍數按照由低到高的順序運行，前一個循環水系統的排水直接作為下一個循環水系統的補充水，最后一個循環水系統的排水直接外放。2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，串級鏈中的第K個循環水系統的濃縮倍數"^計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中￡表示蒸發水量，單位mVh，"w是多個循環水系統單獨運行時的最高濃縮倍數；iV>《21。3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，系統的蒸發量通過以下公式計算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，i表示循環水量，單位mVh;ZU表示出進口溫差，單位°C。全文摘要本發明提供一種循環冷卻水系統的串級使用方法，包括將兩個或兩個以上的循環水系統串級使用，串級鏈中的每個循環水系統的濃縮倍數按照由低到高的順序運行，前一個循環水系統的排水直接作為下一個循環水系統的補充水，最后一個循環水系統的排水直接外放。當N個循環水系統串級使用時，串級鏈中的第K個循環水系統的濃縮倍數計算公式如右式，N個循環冷卻水系統采用本發明的方法運行，只有最后一個循環水系統的濃縮倍數較高，水質較差，處理難度較大，而其他幾個循環水系統的濃縮倍數均較低，水質較好，處理較容易，從而使水處理效果更有保證。文檔編號C02F1/00GK101311123SQ20071009956公開日2008年11月26日申請日期2007年5月24日優先權日2007年5月24日發明者李本高,王金華申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院