內(nèi)容提要：循環(huán)水的濃縮倍數(shù)越高，所需的補充水量就越少，因而節(jié)水率就越高。然而，濃縮倍數(shù)與節(jié)約水量之間并非是線性關(guān)系。提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)是一個系統(tǒng)工程，它既是技術(shù)水平又是管理水平的集中體現(xiàn)。循環(huán)水的濃縮倍數(shù)也并非是越高越好，要在節(jié)約用水、處理效果和處理成本之間尋找**佳結(jié)合點。
關(guān)鍵詞：循環(huán)水    濃縮倍數(shù)    節(jié)水
在石油化工生產(chǎn)中工業(yè)用水量很大，其中70%以上的水是用于冷卻各類工藝介質(zhì)。冷卻水系統(tǒng)既是石油化工裝置不可缺少的組成部分,又是節(jié)約用水的關(guān)鍵部位。
冷卻水循環(huán)使用，日常只需補充因蒸發(fā)、排污及漏失的水量就能夠維持正常運行。因此，采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)可以大大地減少水資源的消耗。另一方面，循環(huán)水系統(tǒng)還便于進行水質(zhì)控制和處理，從而能夠延長換熱設備的使用周期，使裝置更加安全穩(wěn)定、經(jīng)濟合理地運行。
然而，冷卻水的循環(huán)使用也帶來了許多復雜的技術(shù)和管理問題，濃縮倍數(shù)的控制就是其主要內(nèi)容之一。循環(huán)水的濃縮倍數(shù)是關(guān)系到節(jié)約用水和處理效果的核心指標，它與水處理技術(shù)的發(fā)展水平、系統(tǒng)狀態(tài)和現(xiàn)場管理等因素密切相關(guān)。循環(huán)水的節(jié)水問題根本上就是濃縮倍數(shù)的管理問題。
一．循環(huán)冷卻水的水質(zhì)
敞開式循環(huán)冷卻水主要是靠蒸發(fā)來散熱的，也就是利用系統(tǒng)中一部分水的汽化潛熱來使系統(tǒng)水體溫度降低。循環(huán)水在運行過程中，一邊在換熱器內(nèi)升溫，一邊又在冷卻塔內(nèi)降溫；一部分水被蒸發(fā)掉，又有一部分水補充進來；大量的空氣與水在冷卻塔內(nèi)充分接觸，發(fā)生脫氣、曝氣、洗滌等多重作用；工藝物料的泄漏造成水質(zhì)污染。這樣的工藝過程必然引起水質(zhì)的巨大變化。循環(huán)冷卻水水質(zhì)的變化及其產(chǎn)生的危害情況如表一所示。
  表一               循環(huán)冷卻水的水質(zhì)變化及其危害

水質(zhì)成分	來源	變化	原因	危害
含鹽量	補充水	增加	蒸發(fā)濃縮	氯根等陰離子和水的導電性增加，使腐蝕性增強；硬度和堿度提高使結(jié)垢性增強
懸浮物	補充水和空氣	增加	補充水被濃縮；空氣中的塵埃在冷卻塔中被洗滌下來；微生物的繁殖	在管道和設備內(nèi)沉積，形成污垢、粘泥等
二氧化碳	重碳酸鹽分解	減少	冷卻塔的脫氣作用	產(chǎn)生碳酸鹽水垢
PH值		升高	二氧化碳的散失	結(jié)垢趨勢增強
溶解氧	空氣	增加	冷卻塔的曝氣作用	提高了腐蝕速度
微生物	補充水和空氣	增加	生存條件適宜，微生物繁殖快	形成生物粘泥，促進設備腐蝕
工藝物料（如油、氨等）	生產(chǎn)工藝系統(tǒng)	增加	換熱器泄漏；設計缺陷	增加水的結(jié)垢性和腐蝕性；為微生物提供營養(yǎng)；促進污垢形成
磷酸根	水處理藥劑	增加	聚磷酸鹽的水解或有機膦酸鹽的分解	產(chǎn)生磷酸鈣水垢；促進微生物生長

二．濃縮倍數(shù)與水質(zhì)處理
由表一可知，循環(huán)水的工藝過程決定了其水質(zhì)存在著顯著的劣化趨勢，這種趨勢會隨著濃縮倍數(shù)的提高而增強。在一定的技術(shù)水平上把因水質(zhì)劣化而產(chǎn)生的危害降到**低程度，這就是循環(huán)水水質(zhì)處理技術(shù)的任務。從節(jié)約用水的角度看，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)自然是越高越好。但從水質(zhì)處理的角度看，濃縮倍數(shù)越高，處理難度也就越大，處理效果也受影響。因此，在循環(huán)水的運行管理中，濃縮倍數(shù)是一項重要的控制指標，要努力尋求節(jié)約用水與處理效果兩者之間的**佳切合點。
循環(huán)水水質(zhì)處理的目的是減少因水質(zhì)劣化而引起的對設備腐蝕、結(jié)垢等危害。水質(zhì)的腐蝕性與結(jié)垢性是一對矛盾，一種傾向呈強勢時另一種傾向則呈相對弱勢。通常的自然水體都含有一定的碳酸鹽硬度，這種水質(zhì)在濃縮倍數(shù)較低時以腐蝕傾向為主，而在濃縮倍數(shù)較高時則以結(jié)垢傾向為主。因此，對于不同的濃縮倍數(shù)，處理的技術(shù)方案也應有所不同。#p#分頁標題#e#
早期的循環(huán)水處理由于沒有性能優(yōu)良的阻垢劑，主要使用高濃度的緩蝕劑（如鉻酸鹽、聚磷酸鹽等）來防止腐蝕，用加酸調(diào)節(jié)PH值來防止結(jié)垢，濃縮倍數(shù)控制較低。隨著環(huán)境保護的要求不斷提高，水資源缺乏的矛盾日益加劇，必然要求提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)。這也就推動了循環(huán)水處理技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了一批性能優(yōu)良的阻垢劑，使得循環(huán)水在較高濃縮倍數(shù)下運行成為可能。
循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高固然是以水處理技術(shù)為基礎(chǔ)的，但它畢竟是一個相對的數(shù)值，并不能直接作為衡量水處理技術(shù)水平的指標。在水處理技術(shù)中通常以含鹽量（主要是總硬度和總堿度）作為評價處理技術(shù)能力的指標。處理能力越強，可以接受的條件就越苛刻，也就是能夠處理的總硬度和總堿度就越高。這就是所謂邊界條件。一般認為，在當前的技術(shù)水平上總硬度加總堿度在1000mg/L（以CaCO₃計，下同）以下的水質(zhì)能夠達到較滿意的處理效果，總硬度加總堿度更高的水質(zhì)處理效果還不理想，處理成本也較高。
長江中下游的水質(zhì)含鹽量屬中等范圍，總硬度加總堿度在200mg/L左右。這種水質(zhì)在目前的條件下，理論上循環(huán)水的濃縮倍數(shù)可達5.0。實際上循環(huán)水的含鹽量由于諸多因素的影響要比補充水直接濃縮的值更高一些。因此，從處理技術(shù)角度看筆者認為我廠循環(huán)水濃縮倍數(shù)控制在4.0~5.0左右是**適宜的。
三．濃縮倍數(shù)與節(jié)約用水
循環(huán)水的濃縮倍數(shù)越高，所需的補充水量就越少，因而節(jié)水率就越高。然而，濃縮倍數(shù)與節(jié)約水量之間并非是線性關(guān)系，隨著濃縮倍數(shù)的提高，補充水量的減少值（即節(jié)約水量的增加值）會越來越小。這是因為在一定的工藝條件下，蒸發(fā)水量是個定值，補充水量的變化只受排污量的影響。
根據(jù)水量平衡的關(guān)系對我廠循環(huán)水系統(tǒng)各項水量與濃縮倍數(shù)之間的關(guān)系進行了計算。計算結(jié)果如表二所示。計算設定的條件為：循環(huán)水量26000m³/h，冷卻溫差10℃，氣溫為30℃，蒸發(fā)損失系數(shù)0.15%。
 表二             濃縮倍數(shù)與節(jié)約水量的關(guān)系（ m³/h）

濃縮倍數(shù)	蒸發(fā)水量	排污水量※	補充水量	節(jié)約水量☆	節(jié)水率%△
1◇	0	26000	26000	0	0
1.1	390◎	3900	4290	21710	83.50
1.2	390	1950	2340	1950	91.0
1.4	390	975	1365	975	94.75
1.5	390	780	1170	195	95.50
2	390	390	780	390	97.00
3	390	195	585	195	97.75
4	390	130	520	65	98.00
5	390	97.5	487.5	32.5	98.12
6	390	78	468	19.5	98.20
7	390	65	455	13	98.25
8	390	55.7	445.7	9.3	98.29
∞	390	0	390		98.50

 ※ 這里的排污水量包括風吹和滲漏損失#p#分頁標題#e#
◇ 濃縮倍數(shù)等于1即為直流水
    ☆ 濃縮倍數(shù)每提高一步時節(jié)約水量的增加值
△ 與直流水相比節(jié)約補充水量的百分數(shù)
◎ 當循環(huán)水量一定、冷卻溫差一定時，蒸發(fā)水量隨氣溫不同而稍有變化，這里只是氣溫為30℃時的計算結(jié)果
通過以上的計算，很明顯地看出濃縮倍數(shù)與節(jié)水的關(guān)系：
  （1）循環(huán)水與直流水相比可以大大地節(jié)約用水量，即使?jié)饪s倍數(shù)只有1.1時，節(jié)水率也在80%以上；隨著濃縮倍數(shù)的提高，補充水量不斷減少，節(jié)水率也相應提高 。
（2）當濃縮倍數(shù)小于2時，排污水量大于蒸發(fā)水量，即補充水主要是補充排污損失；當濃縮倍數(shù)等于2時，蒸發(fā)水量與排污水量相等，即二者各占補充水量的50%；濃縮倍數(shù)大于2以后，排污水量就小于蒸發(fā)水量，即補充水量的主要部分是補充蒸發(fā)損失。
（3）濃縮倍數(shù)等于4時，節(jié)水率為98%；此后再進一步提高濃縮倍數(shù)則節(jié)水率的增加幅度很小；當濃縮倍數(shù)為無窮大時即在零排污的情況下，補充水量等于蒸發(fā)水量，節(jié)水率的極限值為98.5%。
  由此可見，從節(jié)約用水的角度看，我廠循環(huán)水的濃縮倍數(shù)控制指標定在4.0~5.0也是合理的。
四．提高濃縮倍數(shù)的途徑
提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)是一個系統(tǒng)工程，它既是技術(shù)水平又是管理水平的集中體現(xiàn)。一般情況下，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)達到2.0左右是比較容易做到的，要想再進一步提高就需要做很多工作。我廠從20世紀80年代初開始就非常重視濃縮倍數(shù)問題，先后做了大量工作，取得了明顯的成效。
1.克服先天不足
所謂先天不足是指設計上的缺陷。由于歷史的原因，過去在設計中對濃縮倍數(shù)的要求不是很高，因而造成運行時濃縮倍數(shù)上不去。常見的問題如：水處理配方不合適、少數(shù)換熱器直排水、將循環(huán)水作它用、將某些裝置的排水引入循環(huán)水、預處理不健全、旁濾設施缺乏或能力不足、冷卻溫差小、系統(tǒng)容積大等等。這些問題不解決濃縮倍數(shù)就上不去。我廠雖為G外引進裝置，循環(huán)水系統(tǒng)也同樣存在許多先天不足，在原始開車后不久，就暴露出不少的矛盾。針對這些矛盾和問題，我們先后采取了相應的措施進行解決，比較突出的有以下幾點：
① 研制了“安化二號”冷卻水處理配方，解決了嚴重的腐蝕、結(jié)垢問題；
② 預處理濾池的反洗用水由循環(huán)水改為澄清水；
③ 鍋爐排污擴容器的排放冷卻水由循環(huán)水改用排放廢水；
④ 9300工號的循環(huán)水直排改為回收進冷卻塔；
⑤ 增加循環(huán)水旁濾器，提高旁路過濾水量；
⑥ 填充冷卻塔集水池，減少系統(tǒng)容積；
⑦ 改造冷卻塔，提高冷卻能力。
正是因為解決了這些問題，為循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高創(chuàng)造了良好的硬件環(huán)境。
2.加強現(xiàn)場管理
循環(huán)水管網(wǎng)遍布全廠，排放導淋隨處可見，用起來十分方便。因此循環(huán)水濫用的情況普遍存在。要提高濃縮倍數(shù)就必須制止這些現(xiàn)象。經(jīng)過反復宣傳和加強考核力度，我們已杜jue循環(huán)水的亂排濫用現(xiàn)象.
3.加強水質(zhì)管理
循環(huán)水的水質(zhì)管理是提高濃縮倍數(shù)的根本保證,也是滿足水處理效果的前提條件.日常的水質(zhì)管理主要是加藥管理和水質(zhì)監(jiān)測兩個方面.
    (1)加藥管理
循環(huán)水的加藥應保持均勻性和連續(xù)性，加藥指標合格率應達到90%以上。我廠的“安化二號”配方所用藥劑類型較多，操作難度較大，這就更需要加強管理。實踐證明，只要管理工作到位，嚴格進行考核，加藥指標合格率達標是完全能夠做到的。
    由于循環(huán)水在線分析儀器發(fā)展的滯后，目前主要靠人工分析。因此分析的準確性和分析頻率的高低對加藥指標合格率影響很大。我們規(guī)定了每四小時一次的分析頻率,并經(jīng)常組織分析化驗人員練兵比武,提高他們的技術(shù)水平。多年來，我廠循環(huán)水的加藥指標合格率一直保持在95%左右。
(2)水質(zhì)監(jiān)測
    濃縮倍數(shù)無疑是**重要的水質(zhì)監(jiān)測指標，其他還有PH值、濁度、總硬度、總堿度、鈣離子、氯根、磷酸根、微生物、粘泥量、COD、工藝泄漏物料等。嚴格控制好這些指標就是水質(zhì)管理的任務。
這里要特別提出的是微生物的監(jiān)測，由于細菌檢測時間長，難以及時反映水質(zhì)狀況，**好以某種分析方便的相關(guān)性離子作為指示，間接反映微生物的狀況。我廠根據(jù)多年的經(jīng)驗，總結(jié)出亞硝酸根離子與微生物的繁殖有密切的關(guān)系，因此把亞硝酸根離子作為指示性指標。只要亞硝酸根離子達到0.5mg/L,就要引起重視；當亞硝酸根離子達到1.0mg/L以上時，水質(zhì)必然有異常，細菌繁殖加快，就需要采取必要的措施如投加非氧化性殺菌劑等進行處理。這是一個既快捷又有實效的方法。
4．處理設備泄漏
工藝物料的泄漏是水質(zhì)處理的大敵。凡是有物料泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)，不僅濃縮倍數(shù)上不去，水耗增加，而且處理效果也很差。然而大型循環(huán)水系統(tǒng)都有上百臺以上的換熱器，我廠各類換熱器就有120余臺，要使這么多換熱器都永遠**不泄漏是辦不到的。問題是要能及時發(fā)現(xiàn)和處理設備的泄漏。
①及時發(fā)現(xiàn)
設備的泄漏主要靠水質(zhì)監(jiān)測來發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測包括觀察和分析。有些泄漏物對水體的污染比較直觀，很容易通過觀察來發(fā)現(xiàn)，如油品、有色物質(zhì)等；而有些泄漏物則對水體的外觀不產(chǎn)生影響，這就要通過掌握水質(zhì)的變化和化學分析去判斷。例如。我廠循環(huán)水系統(tǒng)曾經(jīng)漏油，就是觀察到集水池表面的油花發(fā)現(xiàn)的；而漏氨則是通過PH值、加氯量、NO#p#分頁標題#e#₂^-等的異常波動，再結(jié)合氨含量的分析來確定的。無論通過什么手段，只要有設備泄漏就要能及時發(fā)現(xiàn)，這是很重要的水質(zhì)管理內(nèi)容。
②查找源頭
一旦發(fā)現(xiàn)循環(huán)水有異常物質(zhì)進入就要立即查找泄漏源。shou先根據(jù)泄漏的物質(zhì)種類確定可能發(fā)生泄漏的設備范圍，接著在已知范圍內(nèi)逐臺排查。查找的方法主要是兩點，一是工藝情況有無變化，二是分析進、出口水質(zhì)。
某些情況下，相同或相似工藝介質(zhì)的換熱器面廣量大（如煉油廠的油換熱器），查找工作費時費力，這就需要全廠的通力協(xié)作，單靠水質(zhì)管理人員和水處理車間是難以完成的。
通過運行經(jīng)驗的積累，可以掌握一些比較容易發(fā)生泄漏的設備和部位，使查找工作范圍縮小，提高查找效率。例如，我廠循環(huán)水發(fā)現(xiàn)有氨，通常shou先檢查E1507、E1519、E1503等，因為這些設備泄漏的幾率較高，若無問題再查其它。
③妥善處理
從水質(zhì)管理的角度來說，凡是有泄漏都應立即停運，交付檢修，消除泄漏源。然而，涉及到裝置停車往往決心難下，帶病運行的結(jié)果使得水質(zhì)日趨惡化，造成嚴重后果。
在暫時不能停運檢修的情況下**少也應該采取降壓或減負荷運行等措施，盡量延緩泄漏的發(fā)展。若泄漏換熱器的水量不很大，可將其循環(huán)水改直排，使被污染的水不要再回到循環(huán)水系統(tǒng)里來。這樣做會降低濃縮倍數(shù)，但比整個系統(tǒng)的嚴重污染要好的多。重要的還是要及早檢修。
在發(fā)生了設備泄漏以后，即使泄漏解決了，對水質(zhì)的影響也不會立即消除，因此還有一個水質(zhì)處理的問題。要根據(jù)泄漏物質(zhì)的類型、影響時間的長短不同而采取相應的措施。常用的措施有加大排污量，短期內(nèi)降低濃縮倍數(shù)；進行系統(tǒng)化學清洗；投加殺菌劑、剝離劑、清洗劑等。其目的就是使得系統(tǒng)水質(zhì)盡快恢復正常。
對一些設計有缺陷或工況條件惡劣的設備進行改造也是避免泄漏的有效措施。我廠循環(huán)水系統(tǒng)在20世紀80年代前期發(fā)生過多次漏油的情況，究其原因主要是蒸氣透平油冷卻器的泄漏。當時的油冷卻器為碳鋼材質(zhì)，因其熱負荷不高，流速又較低，易于受到腐蝕。分析了情況后，將透平油冷卻器先后都更換為不銹鋼材質(zhì)，十多年來沒有發(fā)生過漏油問題。
5.提高水處理技術(shù)水平
二十世紀九十年代以前，循環(huán)水的處理以傳統(tǒng)磷系配方為主，即所謂低PH高磷運行。這類配方的優(yōu)點是緩蝕、阻垢性能較好，菌藻易于控制，能適應一定的水質(zhì)波動，處理成本較低。其缺點是加酸有一定風險，PH值易波動，在濃縮倍數(shù)較高時有產(chǎn)生磷酸鈣垢的可能，現(xiàn)場操作較復雜，排污水中磷含量較高。
二十世紀九十年代以后，全有機堿性配方成為循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的主流，也稱高PH低磷運行。這類配方不加酸調(diào)節(jié)PH值，用性能優(yōu)異的阻垢劑來防垢，并以高PH值來降低腐蝕。采用這類配方阻垢、緩蝕性能好，現(xiàn)場操作簡單，可實現(xiàn)自動加藥，指標易于控制，不易產(chǎn)生磷酸鈣垢，排污水含磷量低。但也有菌藻控制難度較大，對水質(zhì)要求較嚴、處理成本相對較高等問題。
隨著水資源管理和環(huán)境保護要求的日益嚴格，研究性能優(yōu)異、既能適應高濃縮倍數(shù)又能滿足環(huán)保要求的低磷或無磷配方是必然趨勢。冷卻水處理技術(shù)的不斷進步一定會為濃縮倍數(shù)的提高提供技術(shù)支持。
四．結(jié)束語
工業(yè)冷卻水系統(tǒng)由直流式到循環(huán)式是水處理技術(shù)的一大進步，循環(huán)冷卻水由低濃縮倍數(shù)到高濃縮倍數(shù)是又一大進步。這是節(jié)約水資源的需要，是保護環(huán)境的需要，也是企業(yè)降本增效的需要。
要提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)既需要技術(shù)進步的支持，更需要管理的深化。要真正管好循環(huán)水必須有*導的重視，各職能部門的支持和各生產(chǎn)車間的配合。
循環(huán)水的濃縮倍數(shù)也并非是越高越好，要在節(jié)約用水、處理效果和處理成本之間尋找**佳結(jié)合點。在目前條件下，努力把我廠循環(huán)水的濃縮倍數(shù)控制在4.0~5.0是較理想的結(jié)果。