石化企業節水減排技術探討
摘要：本文綜述了石化企業節水減排的理論、技術以及常用的措施。
關鍵詞：石化企業；節水；減排
1我國水資源狀況
目前世界面臨著嚴重的水危機，我國的水資源短缺問題與世界相比更加突出。我國是一個干旱、缺水嚴重的國家，淡水資源總量為28000億m3，占全球水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大，居世界第四位。但人均只有2200 m3，僅為世界平均水平的1/4，在世界上名列第121位，是世界上13個人均水資源最貧乏的國家之一。
水資源短缺與污染問題嚴重并存。工業迅速發展，導致水污染日趨嚴重。全世界每年排放工業廢水約4260×108m3，這使可供人類使用總量1/3的淡水資源受到污染，導致本來就很緊張的淡水資源雪上加霜[1]。作為用水大戶和排污大戶的石化企業，節水減排是石化企業實現可持續發展非解決不可的大事。
2我國石化企業用水狀況
國內石油化工企業所在地區的水資源狀況差異很大，所處地區的人均水資源占有量為160470 t，且有60%以上的企業處在嚴重缺水地區。并且我國石油化工企業都是大型聯合企業，用水量大、污水排放多。據統計，1997年原石油化工系統加工原油消耗新鮮水13.5億t，約占全國工業用水總量的2.78%，廢水排放總量8.75億t，占全國工業廢水排放總量的3.85%，2002年全國石油化工廢水排放總量達33.7億t，占全國廢水排放總量的17.8% [2]。近年中國石化企業用水情況見表1。
隨著經濟的發展，企業規模不斷增加，搞好水資源的綜合利用對我國石油化工企業實施可持續發展戰略具有重大意義，節水和減少排污問題顯得尤為重要。目前盡管節水減排工作取得了可喜的成效，但是我國石油化工行業每年污水排放量仍達8億t以上，而目前的污水回用率僅為30%，可見石油化工行業節水的潛力巨大，任務艱巨。
3石化企業節水減排理論與技術
石化企業是用水大戶，用水量中約80%以上是用作冷卻水，其余是作為其他工藝用水和生活用水等等。冷卻水如能盡量減少直流而進行高效率的循環使用，用水量就能大大減少，故石化企業節水的重點是冷卻水，循環冷卻水的使用水平是衡量企業用水合理性的重要指標。
目前國內外對石油化工企業節水減排，提高水的綜合利用率越來越重視，這方面的研究也成為熱點，已經形成多種相關的節水減排理論和技術，現就比較典型的幾種作一介紹：
3.1數學優化理論
從20世紀 80年代起，水的優化分配就已開始研究，且僅針對簡單的單雜質系統。到目前數學優化理論有了較大發展。該方法是在工程師定義的約束條件下，以產生新鮮水流量的最小值為目標函數的非線性規劃。其主要內容是：建立結構模型，找出約束條件，形成數學模型，即非線性方程組，最后通過數學優化軟件設計最優用水系統。該方法是處理多雜質和特殊模型的用水系統問題的有效工具，其中研究較多的有超結構模型等，其缺陷在于結構過于復雜。
3.2水量平衡測試理論
水量平衡測試技術是指導企業水系統中用水元節水的重要方法。該理論是通過企業用水現狀調查，對各用水單元進行水量平衡測試，找出取水量、補充水量、復用水量、排水量、耗水量及滲漏水量之間的關系，繪制水量平衡圖；開發查漏技術，建立快速有效的查漏方法，查找漏點并進行修復和改造；通過用水的合理化分析，制定有效的節水方案、措施及行業用水定額體系。但是，該理論僅限于單元節水研究，缺乏對系統的整體性優化研究[3]。
3.3水夾點技術
水夾點技術[4]由英國曼徹斯特理工學院的YP Wang 和Robin Smith 于1994 年首次提出，將20世紀90年代得到極大發展的過程集成技術應用于新鮮水用量最小化、廢水產生量最小化和廢水處理系統設計。也就是說，水夾點技術是通過構造濃度組合曲線找出夾點，計算鮮水消耗的最小流量和廢水產生的最小流量。依據系統所需的工藝水質和水量狀況，通過將部分過程用水進行一水多用、循環復用、串聯使用、或加水稀釋后再用等，重新對水的流向和流量進行合理規劃，從而實現整個系統新鮮水消耗的流量最小和廢水產生流量最小。
目前，水夾點技術在工程的應用中都獲得了較好的節水減排成效，其推廣應用的價值越來越被人們重視。梁偉等[5] 以水的循環利用率最大為目標，運用水夾點設計與優化進行分析、綜合和改造用水操作，并把計算機技術與水夾點技術結合起來，能夠使水夾點技術更有效、更快捷、更準確地完成水系統優化的改造。湯小玲等[6] 應用水夾點技術對焦化用水操作進行了詳細分析，實際應用得到了很好的效果。可見應用水夾點理論對企業用水系統進行優化設計，可以獲得很好的節水減排效果，有較大的推廣應用價值。
4石化企業節水減排措施
目前對石化企業實施節水減排的措施除了企業對用水系統進行整體規劃、 改變廢水回用觀念外，還應完善用水工藝、開發廢水回用技術，完善并推廣節水減排理論的工程應用。
在完善用水工藝方面，主要為循環冷卻水的使用水平。循環冷卻水系統是石化企業重要的公用工程系統，也是石化企業最大的用水單元，一般循環水系統消耗的水量占工業用水量的2/3，甚至更多。實現循環水系統的節水運行與管理，需要在保證生產裝置對循環水科學合理的需求基礎上，通過采取有效的工藝和措施，降低蒸發損失量、減少排污量、控制風吹損失、杜絕滲漏損失，或者通過替代水源減少總補水中的新鮮水耗量，以取得節水的效果。
4.1提高系統運行的濃縮倍數，實現節水運行
在敞開式循環冷卻水系統中，濃縮倍數是一項主要指標。濃縮倍數越大，說明水重復利用率越高，排污越少，當然補水也會越少。所以說，提高濃縮倍數是節水之關鍵。濃縮倍數與排污量的關系見圖 1。
一般來說，實現系統的高濃縮倍數運行，在系統工藝能夠保證的基礎上，主要從2個方面開展工作：（1）在不對補水進行預處理的前提下，完全通過高效水處理藥劑的開發，提高循環水系統的絕對運行控制水平，實現系統的高濃縮倍數運行；（2）對于補水水質較差，或受客觀條件限制，無法大幅提高水處理劑的性能時，也可以采取對補充水進行預處理的辦法，改善補水水質，以利于循環水系統濃縮倍數的提高。這種措施在北方高堿高硬水系尤其適用，而且綜合效益明顯，在一些公司已得到了成功應用。
張國鋒等[7]指出，通過改善補充水水質、減少非蒸發損失水量、高堿高硬補充水加酸運行等措施，可以提高濃縮倍數。歐陽志等[8]認為系統設計不合理是制約濃縮倍數提高的關鍵；加強現場管理是提高濃縮倍數的有效手段；水質穩定處理技術的進步是提高濃縮倍數的有力保障；并提出了在高濃縮倍數條件下運行的幾點建議。郭亞麗等[9]分析了烏石化公司幾套循環水系統及補水現狀，提出加酸運行能有效提高循環水濃縮倍數并簡述加酸運行的必備條件。另外，陳文召等[10]的研究表明，敞開式凈循環冷卻水系統中，隨著系統濃縮倍數的提高，系統的補充水量與排污水量將迅速降低。在系統的濃縮倍數在N=4左右時，補充水量、排污量和循環利用率都比較經濟合理。
中國石油天然氣股份有限公司遼陽分公司采用了高濃縮倍數循環水處理技術，使兩個循環水系統的腐蝕、結垢及微生物都得到了很好的控制，濃縮倍數由原來的2.5～3.5提高到6.0以上，補充的新鮮水量明顯下降，系統運行費用趨于合理[11]。以上的研究表明，提高濃縮倍數的水處理技術，可大大提高節水效果，實現較好的經濟效益。
4.2開發利用替代水源，減少新鮮水用量
4.2.1污水回用
優化工藝只是節水工作的第一步。要使企業的取(新鮮)水量進一步降低，污水回用是必經之路。中國石化每年污水排放量達800Mt以上，其中煉化企業排放量為297Mt，而目前的污水回用率僅為30%，回用的潛力巨大。
污水回用是利用企業二級達標排放的污水，經過深度處理后，回用于循環水系統。除回用二級達標排放的污水外，石化企業還有一些廢水水源可以考慮應用，如自建水廠的排放水。另外，循環水系統自身的排污水也是可以考慮再利用的一個水源[12]。目前，國外的污水回用觀念已經由“深度處理后回用”轉變為“去除某些影響因素后回用到特定對象”，而國內的污水回用大多數采用深度處理工藝，由于技術、設備等方面的原因，回用效果不理想，企業回用污水的積極性受到很大的影響。
目前將污水回用到循環水系統的方法大體有兩種：深度處理后回用和達標污水簡單預處理后回用。前者存在著污染物去除不徹底，污水回用后水質控制困難，尤其是細菌孳生引起的微生物粘泥、腐蝕以及結垢問題難于解決。而且深度處理的初期設備投入巨大[13]。
4.2.2冷凝液回收
各石化企業生產裝置規模不同，每小時所產生的冷凝液在幾十噸或幾百噸不等。除了在裝置內直接利用的部分冷凝液外，仍有大量高溫冷凝液無法直接利用，如果簡單地排放，不僅會造成熱污染，而且也浪費了寶貴的水資源。一般冷凝液的水質都較好，因此，應加強該部分水資源的利用。
現有冷凝液回用的企業，多將其回用于脫鹽水系統和循環冷卻水系統。回用冷凝液，必須充分考慮到其高溫、低鹽的水質特性及非正常狀態下可能存在的物料泄漏問題，做好相應的水質監測和回用預處理。高溫冷凝液回用于離子交換脫鹽水工藝時，需配套建有活性炭吸附和高溫冷凝液降溫設施，并要注意冷凝液的使用對脫鹽水進水水質的影響[14]。
5結束語
水是寶貴的自然資源，世界面臨的水資源短缺問題日益嚴重，我國更是面臨嚴峻的水資源短缺問題。作為用水和排污大戶的石化企業，節水減排的工作任重而道遠。必須做到開源、節流與治污并舉，改變用水觀念，不斷開發新的技術和措施，有計劃有步驟地開展節水減排工作，實現企業增效節水。
參考文獻：
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