专利名称：：循环冷却水系统串级使用方法
技术领域：
：本发明涉及多个循环冷却水系统串级使用的处理方法，属于循环冷却水处理工艺领域。
背景技术：
：冷却水是工业企业不可缺少的公用工程，是用水大户。将冷却水处理后循环使用，一方面可以满足工艺过程对水处理效果的要求，保证生产装置长周期正常运行；另一方面节约工业水98%以上，减少更大数量的排污，对保护水资源、保护水环境、降低生产成本具有巨大的效益，因而得到人们的广泛重视，从而促进了循环冷却水技术的快速发展和广泛应用。随着水资源供求矛盾的加剧、水环境污染日趋严重和循环水处理技术水平的提高，人们通常采用提高循环水浓缩倍数的方法实现循环冷却水系统节水和减少排污水量。但是，随着浓缩倍数的提高，循环水中结垢性离子如4丐离子、镁离子浓度，和促进腐蚀性离子如氯离子、硫酸根离子浓度成倍增加，使水质变差，水质的结垢性和腐蚀性增强，从而导致水处理难度增加、效果下降，产生节水和水处理效果之间的矛盾。而在大型炼油、化工、冶金和热电等企业，一^L"i殳有多个循环冷却水系统为不同生产装置提供循环冷却水。目前，这些循环水系统都采用独立运行方式运行，即企业的每个循环水系统独自补水、独自排污、独自在某一浓缩倍数下运行。企业为了实现节水目标，往往是将所有的循环水系统都控制在较高浓缩倍数下运行，造成所有的循环水系统都采用较差的水质，导致所有的循环水系统处理难度都增大，使处理效果难以保证。CN1463926A公开了一种火电厂循环水分级浓缩串联使用技术，第一级循环冷却水的浓缩倍数<2，第二级循环冷却水的浓缩倍数<4.5，并且经第一级浓缩排出的污水要进行过滤和弱酸离子交换处理。
发明内容本发明的目的是对具有两个或两个以上循环水系统的企业，提出一种有利于保证大多数循环水系统处理效果的方法。本发明提出的循环冷却水系统的串级使用方法包括将两个或两个以上的循环水系统串级使用，串级链中的每个循环水系统的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，最后一级循环水系统的浓缩倍数最高。前一个循环水系统的排水直接作为下一个循环水系统的补充水，最后一个循环水系统的排水直接外放。串级链中的第K个循环水系统的浓缩倍数计算公式如下W《《+￡2+^+......+￡w其中W>K2l。ww是最后一个循环水系统串联运行时的浓缩倍数，等于多个循环水系统单独运行时最高的浓缩倍数。五表示蒸发水量，单位m3/h。当系统的循环水量和出进口温差确定时，系统的蒸发量可以通过以下公式计算五=-580式中，i表示循环水量，单位mVh;ZW表示出进口温差，单位。C。系统的循环水量和温差可以现场读取。第一个系统的蒸发水量和第N个系统蒸发水量可能不同，这要由循环水系统的循环水量和循环水进出凉水塔的温差来定。当多个系统串联使用时，前一系统的排污水直接作为补充水进入下一个系统中，那么排污水中的药剂也进入到下一个系统中了，为了保证循环水系统中水处理药剂在一定浓度范围内，前一个系统的排污量应小于下一个系统的排污量，因此浓缩倍数有一定的范围。当串级链中的第K个循环水系统的浓缩倍数按照下列公式计算4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>只需在第一级循环水系统加入药剂，其他循环水系统无须再加入药剂，而且前一个循环水系统的排水不需进行净化处理，直接作为下一个循环水系统的补充水，操作简单方便。当第K个循环水系统的浓缩倍数在下列公式计算范围内<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>串级链中的每个循环水系统需补加一定量的水和药剂，保证循环水系统的正常运4亍。所说的水处理药剂可以是具有緩蚀和阻垢效果的緩蚀阻垢复合剂，优选有机膦酸盐、膦羧酸盐、锌盐和含AMPS的多元羧酸聚合物。本发明具有以下特点a.N个相同浓缩倍数独立运行的循环冷却水系统采用本发明的方法运行，补水总量和药剂总量与N个循环冷却水系统独立运行相同。b.N个不同浓缩倍数独立运行的循环水系统采用本发明的方法运行，补水总量和药剂总量均少于N个循环冷却水独立运行的补水总量和药剂总量。c.N个循环冷却水系统采用本发明的方法运行，只有最后一个循环水系统的浓缩倍数较高，水质较差，处理难度较大，而其他几个循环水系统的浓缩倍数均较低，水质较好，处理较容易，从而使水处理效果更有保证。图1N个系统并联独立运行时物料平4軒图。图2N个系统串联运行时物料平衡图。具体实施例方式具体来说，对具有两个或两个以上循环水系统的企业，将多个循环水系统串级使用，串级链中的每个循环水系统的浓缩倍数按照由低到高顺序运行，即串级链中最前端的第一个循环水系统浓缩倍数最低，其排水作为第二个循环水系统的补充水，第二个循环水系统的排水作为第三个循环水系统的补充水，依此类推，到串级链中最后一个循环水系统，浓缩倍数最高，排水不再使用，直接外放。该方法与几个循环水系统独立运行方法相比，总补充水量、排水量和药剂消耗量不高于几个循环水系统独立运行方法的总补水量、排水量和药剂消耗量，只有最后一个循环水系统的浓缩倍数最高，水质最差，处理难度较大，而其他几个循环水系统的浓缩倍数均较低，水质较好，处理较容易，从而使水处理效果更有保证。本发明的原理是当企业拥有N个独立的循环冷却水系统，每个独立系统的循环水量分别为i^、i2、&......ix......出进口水温差为J^、ZU2、ZW3、....」&......ZUjv，浓缩倍数为W(w、"02、Wft3......"版......"(w,水处理剂使用浓度为c,按照现有方法，各个系统独立运行，系统的物料平衡图如图1所示。当系统的循环水量和出进口温差确定时，系统的蒸发量可以通过(l)公式计算￡=竺....................................................(1)580式中五一蒸发水量，mVhi—循环水量，m3/h出进口温差，。C根据公式(1)可以计算每个系统的蒸发水量￡7、五2、￡3......五w,由各系统的蒸发水量得到总蒸发水量&、总排污水量&、总补水量Me和水处理剂消耗总量丄0,即<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>当企业拥有N个独立的循环冷却水系统采用串级使用方法，第一级循环水系统的浓缩倍数为，第二级循环水系统的浓缩倍数为"2,第K级循环水系统的浓缩倍数为"&最后一级第N级循环水系统的浓缩倍数为ww(多个循环水系统独立运行时最高的浓缩倍数)，系统串联运行时物料平衡如图2所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>各个串联使用系统的浓缩倍数计算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>根据上述物料平衡原理，第1级循环水系统的补水量和排污量按照下列公式计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>...............................................................(3)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>...............................................................(4)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中&、可通过公式(1)和(2)进行计算。第K级循环水系统的补水量和排污量(第1级循环水系统除外)可按照下列公式计算5=《+￡2+￡3+...................................................("—i^"K"^—i++￡2+￡3+......+￡人,)w《—t￡2+￡3+......+￡《)"《0v-Dd,-i)...........................................................................(6)&=^^............................................................(7)《580式中M^—第K级系统的补水量￡^一第K级系统的蒸发量ix—第K级系统的循环水量，可以现场计量泵读:f又Bx—第K级系统的排污量C。一补充水中离子浓度"w—第N级系统的浓缩倍数(N个系统独立运行时最高的浓缩倍数)根据上述计算公式，当N个循环水系统串联运行时，总蒸发水量五'o、总排污水量B、、总补水量M、和水处理剂消耗总量丄、，贝'J:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>N个循环冷却水系统独立运行时浓缩倍数相同，即"(w="m="w=,..="(w,分另'j采用串级运行和独立运行，"w="o2="w=—="m=—="ow="w，蒸发K总量不变，即￡0=五0;4非K总量相等，即串级运行的最后一个系统排水量等于独立运行各系统的排水量之和；补水总量相等，因为总蒸发量和总排水量分别相同；药剂总量相等，因为排水总量相等。N个循环冷却水系统独立运行时的浓缩倍数不同，采用串级运行，最后一级循环水系统浓缩倍数最高为N个循环水系统独立运行时最高的浓缩倍数。蒸发水量不变，即￡0=五0;排水总量减少即串级运行的最后一个系统排水量少于独立运行各系统的排水量之和；补水量减少，因为总蒸发量相同和总排水量减少；药剂总量减少，因为排水量减少。下面通过实施例对本发明做进一步说明，但并不因此而限制本发明。实施例1实验水质采用中原某石化现场水，主要数据如表1所示。表中数据显示，现场水是高硬高盐水，属强结垢性水质。表l实验水质主要数据<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，系统的循环水量为150L/h，进出口水的温差为IO°C。现场水用硫酸调节碱度后作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32。C，出水温度控制在40。C42。C,浓縮倍数控制在6.0±0.2,系统中加入100mg/L的复合水处理剂。采用将两个循环水系统串联运行，第一级的浓缩倍数控制在3.5±0.2，第二级循环水系统的浓缩倍数为6.0±0.2,15天的动态模拟实验结果如表2所示。从表2结果可以看出，浓缩倍数较低的系统处理效果优于浓缩倍数较高的系统。表2动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例2实验水质及循环水系统的控制条件同实施例1，将三个循环水系统串联运行，第一级循环水系统的浓缩倍数控制在2.7±0.2,第二级循环水系统的浓缩倍数控制在4.3±0.2，第三级循环水系统的浓缩倍数控制在6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表3。表3结果显示，浓缩倍数越低，处理效果越好。表3动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>实施例3实验水质及循环水系统的控制条件同实施例1，将四个循环水系统串联运行，第一个循环水系统的浓缩倍数控制在2.3士0.2,第二级循环水系统的浓缩倍数控制在3.5±0.2，第三级循环水系统的浓缩倍数在4.8±0.2，第四级循环水系统的浓缩倍数在6.0±0.2,15天的动态模拟实验结果如表4。表4结果表明，浓缩倍数越低，处理效果越好。表4动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例4实验水质及循环水系统的控制条件同实施例1,将五个循环水系统串联运行，第一级循环水系统的浓缩倍数控制在2.0±0.2,第二级循环水系统的浓缩倍数控制在3.0±0.2，第三级循环水系统的浓缩倍数控制在4.0±0.2，第四级循环水系统的浓缩倍数控制在5.0±0.2，最后一级循环水系统的浓缩倍数控制在6.0±0.2，15天的动态模拟实验结果如表5。从表5结果可以看出，低浓缩倍数运行系统水处理剂的处理效果明显优于高浓缩倍数运行的系统。表5动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例5实验水质采用某乙烯厂现场水，实验水质如表6所示。从水质数据可以看出，现场水的氯离子和硫酸根离子浓度分别为110.0mg/L和113.3mg/L,碱度和pH较低，这些特征显示它具有强腐蚀性。表6实验水质主要数据<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，系统的循环水量为150L/h，进出口水的温差为l(TC。实—睑采用现场水，实验初期一次性补加碳酸氢钠120mg/L(以CaC03计)，实验期间用碳酸氢钠控制实验水的碱度在80mg/L左右。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s,进水温度控制在32。C，出水温度控制在4(TC42。C,浓缩倍数控制在6.0士0.2，系统中加入100mg/L的复合水处理剂。采用二个循环水系统串联运行，第一级系统的浓缩倍数范围为3.5±0.2,第二级循环水系统的浓缩倍数为6.0±0.2,15天的动态模拟实验结果如表7所示。表7中的实验结果显示，低浓缩倍数运行系统试管的腐蚀速率较高浓缩倍数运行系统明显减小，水处理剂的处理效果好于高浓缩倍数运行系统。表7动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>实施例6实验水质及循环水系统的控制条件同实施例5,五个循环水系统采用串联运行，第一级循环水系统的浓缩倍数为2.0±0.2，第二级循环水系统的浓缩倍数为3.0±0.2,第三级循环水系统的浓缩倍数为4.0±0.2，第四级循环水系统的浓缩倍数为5.0±0.2，最后一级循环水系统的浓缩倍数控制为6.0±0.2,15天的动态模拟实验结果如表8。表8动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表8中的实验结果显示，低浓縮倍数运行系统试管的腐蚀速率较高浓缩倍数运行系统明显减小，水处理剂的处理效果好于高浓缩倍数运行系统。实施例7实验用水为某石化企业的达标外排污水，水质如表9所示。按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，系统的循环水量为150L/h,进出口水的温差为l(TC。实验期间，现场污水用硫酸调节碱度作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32。C，出水温度控制在40。C42。C,浓缩倍数控制在6.0士0.2，系统中加入复合药剂C，使用浓度100mg/L。表9水质分析结果分析项目分析结果pH7.404丐硬(CaC。3计),mg/L196.0总碱(CaC03计)，mg/L458.8CI-,mg/L97.2S042-，mg/L81.6总磷(以PO-计)，mg/L0.27正磷(以PO-计),mg/L0,12电导率，inS/cm1905总铁,mg/L0.01总锌，mg/L0.45氨氮，mg/L0.25可溶性Si02,mg/L15.2COD",mg/L73.7将三个循环水系统串联运行，第一级循环水系统的浓缩倍数为2.7±0.2,第二级循环水系统的浓缩倍数为4.3±0.2，第三级循环水系统的浓缩倍数按照要求为6.0±0.2,15天的动态模拟实验结果如表10。表10中实验结果表明，低浓缩倍数运行系统水处理效果好于高浓缩倍数运行系统。表10动态模拟实验结果系统浓缩倍数挂片腐蚀速率试管/mm/a腐蚀速率/mm/a粘附速率/mcm12.7±0.20.00570.01707.6724.3±0.20恶50.02689.8236.0±0.20.00700,031010.3514实施例8实验用水为某石化企业的达标外排污水，水质如表9所示。按照中国石油化工总公司《冷却水分析和实验方法》中的407法进行动态模拟实验，系统的循环水量为150L/h，进出口水的温差为10°C。实验期间，现场污水用硫酸调节碱度作为动态模拟实验的补充水。试管不预膜，试管内水流速控制在0.8m/s，进水温度控制在32。C，出水温度控制在40。C42。C，二个独立运行的循环水系统浓缩倍数分别为5.0±0.2和6.0±0.2，系统中加入复合药剂C，使用浓度100mg/L。将上述二个循环水系统串联运行，第二级循环水系统的浓缩倍数为6.0±0.2,第一级循环水系统的浓缩倍数为3.5±0.2，15天的动态模拟实验结果如表ll。表ll中实验结果表明，低浓缩倍数运行系统水处理效果好于高浓缩倍数运行系统。总药剂用量和补水量低于二个系统独立运行的药剂用量和补水量。表ll动态模拟实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>权利要求1.循环冷却水系统串级使用方法，包括将两个或两个以上的循环水系统串级使用，串级链中的每个循环水系统的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，前一个循环水系统的排水直接作为下一个循环水系统的补充水，最后一个循环水系统的排水直接外放。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，串级链中的第K个循环水系统的浓缩倍数"^计算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中￡表示蒸发水量，单位mVh，"w是多个循环水系统单独运行时的最高浓缩倍数；iV>《21。3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，系统的蒸发量通过以下公式计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中，i表示循环水量，单位mVh;ZU表示出进口温差，单位°C。全文摘要本发明提供一种循环冷却水系统的串级使用方法，包括将两个或两个以上的循环水系统串级使用，串级链中的每个循环水系统的浓缩倍数按照由低到高的顺序运行，前一个循环水系统的排水直接作为下一个循环水系统的补充水，最后一个循环水系统的排水直接外放。当N个循环水系统串级使用时，串级链中的第K个循环水系统的浓缩倍数计算公式如右式，N个循环冷却水系统采用本发明的方法运行，只有最后一个循环水系统的浓缩倍数较高，水质较差，处理难度较大，而其他几个循环水系统的浓缩倍数均较低，水质较好，处理较容易，从而使水处理效果更有保证。文档编号C02F1/00GK101311123SQ20071009956公开日2008年11月26日申请日期2007年5月24日优先权日2007年5月24日发明者李本高,王金华申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院