循環(huán)水濃縮倍數(shù)是反映和控制循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要綜合性指標(biāo)。提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)不僅可以降低補(bǔ)充水量、節(jié)約水資源；降低排污水量、減少對(duì)環(huán)境的污染和廢水處理量；還可以減少水處理劑及殺生劑的消耗量、降低水處理成本。
　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為石油化工行業(yè)的一個(gè)總要組成部分，近幾年來隨著管理制度的不斷完善；生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步；水處理劑的不斷改進(jìn)、開發(fā)，集團(tuán)公司對(duì)循環(huán)水質(zhì)管理的要求也越來越高，特別是濃縮倍數(shù)N控制指標(biāo)逐年提高。如下圖示：

1 現(xiàn)狀分析

　　我廠現(xiàn)共有五座循環(huán)水場，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、處理能力、覆蓋的生產(chǎn)裝置、管理水平各異，因而各水場的水質(zhì)差異較大。具體反映在濃縮倍數(shù)上詳見表1。

表1 循環(huán)水場濃縮倍數(shù)統(tǒng)計(jì)表（2003年）

一循環(huán)水場

二循環(huán)水場

三循環(huán)水場

焦化水場

烷基化水場

濃縮倍數(shù)

（平均值）

2.88

3.35

2.63

3.24

2.16

濃縮倍數(shù)

合格率（％）

40.0

70.3

20.5

62.5

14.0

注：表中合格率統(tǒng)計(jì)均是以N≥3.00為計(jì)算依據(jù)

　　從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，五座循環(huán)水場僅二座水場濃縮倍數(shù)年均值大于3.00，烷基化水場最低僅為2.16，因而該系統(tǒng)存在問題也最多；此外，各水場濃縮倍數(shù)合格率普遍很低，說明水質(zhì)波動(dòng)大、穩(wěn)定性差。因而要穩(wěn)定水質(zhì)，確保系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就必須進(jìn)一步提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)以及其合格率。
　　下面就影響循環(huán)水濃縮倍數(shù)的幾方面因素進(jìn)行分析，并探討其改進(jìn)措施。

2影響因素

　　濃縮倍數(shù)N是循環(huán)冷卻水的含鹽量C與其補(bǔ)充水的含鹽量C₀之比，即N=C/C₀ 可用下式進(jìn)行計(jì)算：

　N=M/(B+D+F)=(E+B+D+F)/(B+D+F)=1+E/(B+D+F)　 ⑴

　E=4.184△TQ/γ ⑵

式中：M—補(bǔ)充水量 　B—排污水量

F—滲漏損失量　D—風(fēng)吹損失量

E—蒸發(fā)量　Q—循環(huán)水量

△T—進(jìn)、出塔水溫差　　　γ—蒸發(fā)熱

　　從⑴、⑵式可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度及循環(huán)水量一定時(shí)，濃縮倍數(shù)N與△T成正比，與B、D、F成反比。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)容積大制約了濃縮倍數(shù)的進(jìn)一步提高

　　目前我廠循環(huán)水系統(tǒng)的保有水量普遍過大，其保有水量與循環(huán)水量之比（V/Q）一般為0.5～0.6，這與一些較先進(jìn)廠家V/Q比已達(dá)1/3～1/5相差甚遠(yuǎn)。
　　從濃縮倍數(shù)的定義式可知，循環(huán)水中鹽的濃度大小直接影響著N值的高低。如果某一系統(tǒng)其循環(huán)供水量Q一定，在一定的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)量E也一定時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的保有水量V越小時(shí),則此時(shí)體系中鹽濃度C越大，濃縮倍數(shù)N就越大；反之，V越大，則濃縮倍數(shù)N就越小。因而體系V/Q值過大，在一定程度上制約了濃縮倍數(shù)的進(jìn)一步提高。

2.1.2 設(shè)計(jì)熱負(fù)荷高，而實(shí)際運(yùn)行時(shí)△T小

　　在冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，熱負(fù)荷估算較高，設(shè)計(jì)溫差為10℃。而在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，熱負(fù)荷明顯不足，冷卻塔進(jìn)出水溫差僅只有5～7℃，造成蒸發(fā)量E過小。由公式⑴、⑵可知，溫差越小，蒸發(fā)量越小，相應(yīng)的濃縮倍數(shù)也越低。如第三循環(huán)水系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)裝置主要為7萬噸聚丙烯，熱負(fù)荷低，且實(shí)際循環(huán)水量僅為設(shè)計(jì)量的60％，特別是冬季，狀態(tài)更差，水溫差甚至低于5℃，因而其濃縮倍數(shù)一直較低。

2.1.3 旁濾池設(shè)計(jì)不合理

　　旁濾池內(nèi)濾料填裝不合理，過濾截污能力較低，循環(huán)冷卻水經(jīng)過濾后，濁度降低率不足30％。特別是烷基化水場的管道過濾器，采用濾網(wǎng)過濾效果更差，系統(tǒng)濁度經(jīng)常超標(biāo)。為降低濁度而頻繁進(jìn)行排污、換水處理，嚴(yán)重影響了循環(huán)水的濃縮倍數(shù)。
　　此外，由于旁濾池設(shè)計(jì)單純采用循環(huán)熱水作反沖洗水，不僅反沖洗效果差，影響了截污能力，而且造成循環(huán)水排污量大，這些勢必影響濃縮倍數(shù)的提高。

2.2 系統(tǒng)管理

2.2.1 冷換設(shè)備泄漏，工藝介質(zhì)污染循環(huán)水系統(tǒng)

　　由于裝置長周期運(yùn)行或檢修質(zhì)量等原因，常會(huì)發(fā)生冷換設(shè)備腐蝕穿孔泄漏烴類、油類等工藝介質(zhì)到循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)象，嚴(yán)重污染水質(zhì)，使?jié)岫?、pH、含油、微生物等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。為確保水質(zhì)，循環(huán)水系統(tǒng)不得不進(jìn)行大排大補(bǔ)，并有針對(duì)性的開展一系列清洗、殺菌工作。如此不僅破壞了體系原有的動(dòng)態(tài)平衡，而且使得濃縮倍數(shù)在一個(gè)較長的時(shí)段內(nèi)維持在低水平。

2.2.2 系統(tǒng)清洗對(duì)濃縮倍數(shù)的持續(xù)性影響

　　目前循環(huán)水系統(tǒng)清洗在分散、除銹階段pH值控制普遍較低，一般為3.0～4.0。當(dāng)體系狀態(tài)較差時(shí)，大量酸洗下來的Fe、Ca離子在換水階段隨著pH值的上升而反應(yīng)成為不溶物，受系統(tǒng)排污能力限制，有相當(dāng)一部分不溶物未能及時(shí)置換出體系外，而在管道、池子中沉積下來。
　　當(dāng)系統(tǒng)清洗結(jié)束轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行后，在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)（一般長達(dá)15～20天），一旦系統(tǒng)工藝調(diào)整或管壓稍有波動(dòng)，就會(huì)造成濁度、色度、鐵含量等上升。為保證水質(zhì)，系統(tǒng)經(jīng)常性的換水排污勢必極大的影響濃縮倍數(shù)，因而可以認(rèn)為清洗對(duì)濃縮倍數(shù)的影響是一個(gè)持續(xù)性、長期行為，不容忽視。

2.2.3 生產(chǎn)裝置對(duì)循環(huán)水重要性認(rèn)識(shí)不夠

　　⑴當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)中不排污（即B=0）時(shí),如系統(tǒng)補(bǔ)水量M>E+D+F，則可能部分裝置使用的機(jī)泵、設(shè)備等冷卻水外排或用循環(huán)水沖地，造成回水量減少。
　　⑵裝置隨意排放新鮮水或軟化水到循環(huán)水系統(tǒng)，造成自流回水量過大，受設(shè)計(jì)限制，體系不得不進(jìn)行少量排污。特別是軟化水的任意排入，嚴(yán)重影響了循環(huán)水含鹽量，造成濃縮倍數(shù)持續(xù)下降。如烷基化水場曾由于裝置任意將軟化水排入循環(huán)水系統(tǒng)，在一周時(shí)間內(nèi)濃縮倍數(shù)竟由1.4降至0.8。（由于原因不明，造成N值失真，計(jì)算值小于1.0）

2.2.4 管網(wǎng)及構(gòu)筑物的影響

　　循環(huán)水系統(tǒng)由于管網(wǎng)復(fù)雜、年久維護(hù)不善等原因，均會(huì)存在構(gòu)筑物滲漏、閥門壞損、地下管網(wǎng)破裂、管線腐蝕泄漏等現(xiàn)象，使系統(tǒng)“排污量”增大，濃縮倍數(shù)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)全年濃縮倍數(shù)有近20％的不合格是由此類因素造成。

2.2.5 工藝操作的影響

　?、挪僮鞑痪模に囌{(diào)整不及時(shí)，常出現(xiàn)涼水塔、隔油池溢流現(xiàn)象。
　?、乒芾聿粐?yán)，操作隨意度大，旁濾池反沖洗過頻，循環(huán)水排污量大。
　　⑶工藝操作未嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行，旁濾池反沖洗跑砂嚴(yán)重，削弱了濾池的截污能力。
　?、裙芫W(wǎng)及冷換設(shè)備的閥門開度不合理，造成進(jìn)出水溫差△T較小。

2.3 監(jiān)測方法

　　根據(jù)循環(huán)水濃縮倍數(shù)N的計(jì)算公式：N＝C/C_補(bǔ)，目前用于監(jiān)測N的特性物質(zhì)一般為氯離子、二氧化硅、鉀離子、鈣離子、含鹽量和電導(dǎo)率。這些物資濃度或特性在冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行中一般不受加熱、曝氣、投加藥劑、沉積或結(jié)垢等因素干擾，且隨N的增加而成比例增加。
　　各種監(jiān)測方法及特性詳見表2。

表2 濃縮倍數(shù)監(jiān)測方法對(duì)比

監(jiān)測方法

特點(diǎn)及優(yōu)勢

影響因素

分析手段

氯離子

性質(zhì)穩(wěn)定，不易產(chǎn)生沉淀，

測定簡單、快捷

冷卻水以氯氣作殺菌劑時(shí)

不宜采用

容量分析

鈣離子

穩(wěn)定性好，干擾少，測定簡單、快捷

當(dāng)體系濃縮倍數(shù)高或結(jié)垢時(shí)，產(chǎn)生鈣鹽沉積物，測定結(jié)果偏低

容量分析

鉀離子

性質(zhì)非常穩(wěn)定，干擾少

監(jiān)測儀器成本高，不適合

現(xiàn)場監(jiān)測

火焰光度計(jì)

二氧化硅

性質(zhì)較穩(wěn)定，干擾少

測定精度較差

當(dāng)硅酸鹽與鎂離子濃度都高時(shí)，

生成硅酸鎂沉淀，使二氧化硅

濃度偏低

分光光度法

電導(dǎo)率

測定迅速，儀器操作簡單，

適合現(xiàn)場監(jiān)測

受補(bǔ)水水質(zhì)及水處理工藝影響，

穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)波動(dòng)

電導(dǎo)測定儀

　　我廠現(xiàn)采用電導(dǎo)及鈣離子作為計(jì)算濃縮倍數(shù)的依據(jù)。雖然簡單快捷，但也存在一定的問題。如N_電導(dǎo)由于補(bǔ)充水電導(dǎo)經(jīng)常在250～360us/cm波動(dòng)，不穩(wěn)定，影響結(jié)果準(zhǔn)確度；N_鈣在硬度>600mg/L、pH>9.0時(shí)，結(jié)果明顯偏低。

3　采取措施

3.1 減少系統(tǒng)的保有水量

　　根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際狀況，在確保安全平穩(wěn)生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，可采取墊高集水池底部減少集水池的有效深度、降低冷水池水位的方法，降低冷卻塔集水池、冷水池的容量。例如三循目前保有水量為1500m³,集水池有效深度1.55m,冷水池有效深度4.10m。按集水池深度減少0.5m，冷水池液位降低1.0m，則系統(tǒng)可減少貯水量309m³,減幅達(dá)20％。
　　一旦有效地減少了系統(tǒng)的保有水量，不僅能使?jié)饪s倍數(shù)較快的提高，而且能減少水處理藥劑的初始投加量，特別是一次性投加的藥劑如清洗預(yù)膜劑、殺生劑等，降低成本。

3.2 優(yōu)化操作，提高系統(tǒng)熱負(fù)荷

　　調(diào)整裝置冷換器進(jìn)、出口閥門的開度，使其進(jìn)口閥全開，出口閥調(diào)整至適當(dāng)?shù)拈_度，延長循環(huán)水與熱源的接觸時(shí)間，提高系統(tǒng)的熱負(fù)荷。同時(shí)，根據(jù)季節(jié)、水溫、水量及時(shí)調(diào)節(jié)冷卻塔上塔閥的開度，使各塔布水均勻，從而使冷卻塔進(jìn)、出塔水溫差T接近或達(dá)到設(shè)計(jì)值。

3.3 合理改造旁濾池，提高處理效率

　　一方面改造現(xiàn)有旁濾池的濾料層，在石英砂、礫石的基礎(chǔ)上增加新的濾料層（如無煙煤），合理調(diào)整級(jí)配，提高旁濾池的截污能力，使循環(huán)水過濾后濁度降低率大于70％，從而改善循環(huán)冷卻水水質(zhì)。
　　另一方面旁濾池增設(shè)一條補(bǔ)充水反沖洗管線，改變目前單一循環(huán)熱水作反沖洗水狀況。當(dāng)水質(zhì)濁度小于15FTU，而濾池濁度降低率低于20％時(shí)，采用補(bǔ)充水進(jìn)行反沖洗，即可節(jié)約成本、減少系統(tǒng)排污量，又可提高反沖洗效果。而當(dāng)水質(zhì)濁度大于15FTU時(shí)，則采用循環(huán)熱水進(jìn)行濾池反沖洗，適當(dāng)排污以降低系統(tǒng)濁度，保證水質(zhì)。
（注：我廠循環(huán)水控制指標(biāo)濁度≤15FTU）

3.4 強(qiáng)化管理，減少系統(tǒng)波動(dòng)
3.4.1 加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測力度和頻次，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)（如濁度、pH、含油）及時(shí)排查，盡快找出并切斷“泄漏源”；及早進(jìn)行工藝處理，把工藝介質(zhì)泄漏對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低。
3.4.2 加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)裝置用水的考核及宣傳，杜絕循環(huán)水亂排或作其它非生產(chǎn)用途；嚴(yán)格控制裝置任意向循環(huán)水系統(tǒng)回串新鮮水或軟化水。
3.4.3 加強(qiáng)對(duì)循環(huán)水地下管線的檢查，防止管線因腐蝕泄漏；對(duì)系統(tǒng)構(gòu)筑物、管網(wǎng)閥門等要定期檢查、維護(hù)、保養(yǎng)。
3.4.4 加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)和考核，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，精心操作，杜絕涼水塔溢流、旁濾池跑砂等想象，提高操作平穩(wěn)率。
3.5 優(yōu)化工藝、操作，提高系統(tǒng)濃縮倍數(shù)
3.5.1 合理控制系統(tǒng)清洗頻次，優(yōu)化清洗方案，確保系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。當(dāng)臨時(shí)采用非氧化型殺菌劑進(jìn)行殺菌清洗時(shí)，可不必強(qiáng)制性的進(jìn)行排污處理。即如此時(shí)濁度不超標(biāo)卻殺菌劑對(duì)水穩(wěn)劑的效能無影響時(shí)，可直接轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。
3.5.2 優(yōu)化清洗操作，確保清洗效果，從根本上減輕清洗對(duì)濃縮倍數(shù)的持續(xù)性影響。當(dāng)由于水質(zhì)嚴(yán)重污染、惡化而進(jìn)行清洗、預(yù)膜時(shí)，應(yīng)高度重視換水階段的操作處理。注意調(diào)整裝置進(jìn)出水閥、上塔閥門的開度，適當(dāng)提高管壓，進(jìn)行快速置換，盡可能減少管網(wǎng)沉積物，避免系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)水質(zhì)的頻繁波動(dòng)，減少系統(tǒng)排污頻次，從而在較短時(shí)間內(nèi)提高濃縮倍數(shù)。
3.5.3 引進(jìn)先進(jìn)的管理操作、設(shè)施，提升循環(huán)水系統(tǒng)的自動(dòng)化能力。如建立中央控制系統(tǒng)，對(duì)pH、濁度、油含量、腐蝕速率、粘附速率等水質(zhì)重要指標(biāo)實(shí)行在線監(jiān)測；采用自動(dòng)化加藥設(shè)施實(shí)現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定劑的連續(xù)性穩(wěn)定投加等。這些措施可有效地降低水質(zhì)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的沖擊，提高操作平穩(wěn)率，充分發(fā)揮緩蝕阻垢藥劑的性能，有利于提高濃縮倍數(shù)及其合格率。
3.6 合理選擇監(jiān)測方法，真實(shí)反映系統(tǒng)濃縮倍數(shù)
　　由于鉀離子性質(zhì)穩(wěn)定、溶解度大，循環(huán)水中又無此來源，基本無影響因素，卻鉀離子測定精密度和準(zhǔn)確度高。因此選用鉀離子作為監(jiān)測濃縮倍數(shù)的特性物質(zhì)是最合適的。
　　基于此，我主張?jiān)谌粘１O(jiān)測中應(yīng)以鉀離子濃度計(jì)算濃縮倍數(shù)，同時(shí)輔以監(jiān)測鈣離子濃度作為系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)情況下運(yùn)行時(shí)結(jié)垢傾向判別的依據(jù)。當(dāng)N_K—N_Ca≥0.3時(shí)，可判別體系有結(jié)垢傾向。

4 循環(huán)水系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)運(yùn)行時(shí)應(yīng)注意的問題

　　隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)的不斷提高，水中有害離子Cl^-以及微溶性離子Ca²⁺、Mg²⁺濃度過高，易使體系產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢；同時(shí)由于水在體系中停留時(shí)間的延長，不利于微生物的控制。這就給水質(zhì)管理工作提出了新的要求，為保證水質(zhì)，我們必須做到以下幾點(diǎn)：

4.1 加強(qiáng)水質(zhì)日常監(jiān)測，對(duì)一些重要項(xiàng)目包括氯離子、鈣硬、堿度等要合理制定控制指標(biāo)，并嚴(yán)格控制其濃度，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理。
4.2 加強(qiáng)日常微生物的控制，合理加氯，有針對(duì)性的定期投加非氧化型殺菌劑，有效克服微生物的耐氯性，提高殺菌效率。
4.3 加強(qiáng)循環(huán)水腐蝕速率、粘附速率的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。根據(jù)水質(zhì)積極進(jìn)行水穩(wěn)劑配方的研究和改良，不斷提高水穩(wěn)劑的性能，特別是其阻垢性能，以適應(yīng)高濃縮倍數(shù)下系統(tǒng)運(yùn)行的需要。
4.4 雖然提高濃縮倍數(shù)N可以節(jié)能降本，但當(dāng)N＞4.0時(shí)，其節(jié)能效果已不十分明顯，相反體系的一些負(fù)面影響愈來愈明顯。綜合考慮各方面因素，我認(rèn)為N值應(yīng)控制在4.0～5.0為宜，不必單純追求高濃縮倍數(shù)。

5 結(jié)語

　　循環(huán)水濃縮倍數(shù)不僅是反映水質(zhì)的一個(gè)綜合性指標(biāo)，同時(shí)也是衡量一個(gè)部門甚至一個(gè)企業(yè)綜合管理能力及技術(shù)發(fā)展水平的重要指標(biāo)。當(dāng)今水處理技術(shù)的日新月異，無疑為進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)提供了良好的發(fā)展平臺(tái)。只要我們針對(duì)現(xiàn)狀，積極采取有效的改進(jìn)措施，加強(qiáng)各項(xiàng)管理，就一定能在較短時(shí)間內(nèi)有效提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，即體系N≥3.00并且其合格率大于80.0％是完全可以達(dá)到的。

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