分析石油炼制循环冷却水系统的应用

摘要：在石油炼制过程中，必然会产生大量的热，这些多余的热量如果排除不畅将会造成其他严重问题，于是将循环冷却水系统应用其中，能够降低石油炼制过程中的温度。循环冷却水系统能够将水进行循环利用，从而符合当前节能环保的理念，但是在应用过程中容易产生结垢现象，当垢量达到一定程度之后会影响降温效果，还会增加系统的耗电量，所以急需能够对结垢进行控制。文章首先对循环冷却水系统的工作原理进行分析，然后再分析当前循环冷却水系统在应用过程中的问题，通过总结发现结垢问题属于主要问题，于是文章将使用文献研究的方式，总结了5种结垢控制方式。目的在于增强循环冷却水系统在石油炼制过程中的应用效果。

关键词：循环冷却水系统;石油炼制;应用

中图分类号：TQ085+.2;TE62

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）08-0148-04

Analysis of the Application of Circulating Cooling Water Systemin Petro eum Refining

MA Yong-hong

（Petrochina Qinghai Yushu Sales Branch， Yushu Qinghai 815000，China）

Abstract： In the process of petroleum refining， a lot of heat will inevitably he generated. If this heat is not dis-charged， it will cause other serious problems. Therefore. the use of circulating cooling water systems can reduce thetemperature during the petroleum refining process. The circulating cooling water system can recycle water. whichis in line with the current energy-saving and environmental protection concept， but it is easy to produce scalingduring the application process. When the scale reaches a certain level. it will affect the cooling effect and increasethe power consumption of the system.So there is an urgent need to he ahle to control the scaling. Therefore， the pa-per first analyzes the working pnnciple of the circulating cooling water system， and then analyzes the problems ofthe current circulating cooling water system in the application process. Through summary， it is found that the scal-ing problem is the main problem， so the paper will use the method of literature research to summarize five methodsof scaling control. The purpose is to enhance the application effect of circulating cooling water system in petroleumrefining process.

Key words ： circulating cooling water system; petroleum refining; application

循環冷却水系统的主要作用在于实现降温，是将冷水换热水达到降温的作用，并且会将水进行循环使用的一个系统[1]。由于该系统能够对冷却水进行循环使用，于是可以降低水的用量，该系统在石油炼制中有着很重要作用[2]。但是系统在应用过程中也会出现一些问题，于是为了提高循环冷却水系统在石油炼制中的作用，文章将对其该系统进行深入研究，发现系统在应用过程中问题，从而提出相应的措施，使其在石油炼制中发挥更重要的作用，从而有利于石油企业的发展。

1石油炼制循环冷却水系统的工作原理

首先循环泵会将冷却水送到不同的系统中，系统中的冷却水会被冷却工艺热介质、换热器等作用下加热，冷却水就会变为热水，然后这些热水同样会被水泵带到冷却塔顶部，热水会被布水管道喷淋到冷却塔内的填料上进行冷却，即将热水变为冷水，将水中的热排到自然环境中，这些冷水将会再次被水泵送到系统实现降温作用[3-4]。这种方式使得水可以进行循环使用，大大节约了水用量，从而起到降温节能环保的作用。

2系统常见问题

2.1冷水器运行问题

1）有些水冷器的出水口温度比较高。出现这种的原因最主要是工艺测温度偏高，会增加水冷器管程中的内结垢速率，于是就会增加水流阻力系数，夏季时对水进行冷却就会变得比较困难，另外，还会增加系统管网压降，增加水泵耗电等问题。

2）使用冷却水进行降温时，换流水温度有调整空间，使得出口水的水温度比较低，就会增加部分循环用水的量。

3）水冷器的水流速度比较低，会增加结垢的速度，还会造成压降增大、垢下腐蚀等缺陷，严重时还会使得水冷器出现泄漏，于是需要使用大量新水进行置换，这样还会造成水资源浪费现象。

4）有些水冷器循环水进出口温差非常小，于是就会达不到系统的降温目的，需要对该系统进行优化处理。

2.2供水压力和系统降压问题

一般情况下，循环水场的供水压力都比较高，于是就会造成水泵的耗电比较大。可以通过一些优化方式，能够将供水压力降低到大约0.4MPa，比不优化的供水压力至少小0.1MPa。

2.3循环水温差

1）换热器的设计存在问题，其传热系数比较低，并且流速比较小，再加上换热面积还小，于是就会导致积垢，从而导致循环水温度差比较小，没有带出大量的热量。

2）所使用的工艺介质不合理，其传热系数比较低，于是就会导致出水口的温度不高，就会使得循环水温差过小。

3）系统管理工作存在疏漏，比如为了提高温差降低水流流速而导致污垢沉积，没有根据实际生产情况将循环水量进行调整等这些情况都会造成系统出现问题。

2.4其他因素

夏季由于温度过高，往往使得循环冷却水系统的应用效果不是很好，主要是增加了冷却水的难度，于是为了提高冷却水的降温效果，会使用轴流风机进行降温，于是就会消耗大量的电能。而冬季不需要提高冷却水的降温效果，而是要降低换热的效率，即对循环水的需求会比较少，所以会将流速调控到很小的范围，这样就会加速结垢形成。

通过上文分析，循环冷却水系统存在不同方面的问题，很多问题都会造成系统管道内出现结垢现象，于是就会严重影响到系统的正常运行。所以文章分析了几种结垢控制方法，主要目的在于降低系统运行过程中的结垢程度。

3结垢控制方法

由于石油炼制循环冷却水系统比较容易结垢，会造成水流阻力系数增大、循环水温差过小、垢下腐蚀、耗电等缺陷，最终影响系统的正常运行，于是有必要对结垢进行控制。根据国内外学者们的不断研究，提出了基于多参数分析的结垢控制方法。文章将对这些控制方法进行分析，从而提高应用效果，使得循环冷却水系统能够降低结垢程度，在石油炼制过程中发挥更好的应用效果。

3.1pH值调节法

pH值调节法就是在循环水中加入酸，来降低pH值，因为水中结垢属于碱性物质，当其浓度降到一定范围之后，就可以降低碳酸盐的硬度。确定pH值上下限，这些需要使用实验进行得到。

图1即为循环冷却水的pH值与全碱度的关系曲线，该曲线的得到是在理想情况下得到的，即冷却水不会受到其他因素的影响。但是在实际情况中，该系统是敞开体系，水必然会与二氧化碳进行反应，于是就会使得碳酸化合物之间的平衡关系发生变化，所以全碱度和实际pH值会发生变化。有学者对阻垢缓蚀复合配方进行研究，其中将pH值设定在9.3-8.6之间，实验结果表明，管内没有明显出现污垢，可见其复合配方具有有效性[5]。

pH调节法所得到的pH值范围比较狭窄，就会降低其安全性，而且不利于操作管理，另外使用这种方式控制结垢程度还需要安装加酸装置，还需要对其进行维护，于是就会增加系统的成本。在实际的应用过程中会使用排污或者间歇性加酸降低循环水pH值，将其值控制在上限范围之内。

3.2控制电导法

由于循环冷却水系统中循环水含有离子状态存在的物质，这种物质能够导電，可以通过电导率来衡量水中的含盐量。当循环水处于稳定运行状态时，其电导率将处于1个范围内，该范围作为循环水运行的参考依据，这种方式会非常简单、快捷。

水中离子含量、种类和水温都会影响到电导率的大小，当改变离子含量和种类时，会使得电导率发生变动。所以，如果只将电导率控制结垢程度，那么就不能得到一个合适的浓缩倍数。应当指出，当浓缩倍数升高时，循环水的电导率不会发生等比例增加，所以预计电导率将会比较困难。表1为部分补充水电导率、循环水电导率和实际浓缩倍数。

3.3差值法

差值法常见的形式可以用△A和△B进行表示，其公式如下所示：

△A=

△B=

其中，c（Cl-，x）和c（Cl-，Bu）分别表示的是循环水和补充水的氯离子的浓度，c（JD，X）和c（JD，Bu）分别表示的是循环水和补充水的碱度，c（Ca2+，X）和c（Ca2+Bu）分别表示的是循环水和补充水钙离子的浓度。浓度单位和碱度单位统一使用mol/L。

通过计算之后，当△A≤0.2时，可以说明水中碳酸钙处于未饱和状态，有溶解CaCO3固体的倾向，反之当△A>0.2时，可以说明水中碳酸钙处于过饱和状态，有析出CaCO3固体的倾向。当在水中加入酸时，就会发生某些反应，然后再计算出△B，当时△B>0.2，可以说明水中碳酸钙处于过饱和状态，有析出CaCO3固体的倾向。所以在循环冷却水系统中使用中水作为补充水时，使用加酸的方式控制结垢现象比较好。

在应用差值法判断结垢倾向时，由于其判断界限是1个小型试验值，所以需要注意的是在实际工程中要乘以1个小于1的系数，该系数可以在0.8-0.85之间。然而差值法也存在一定的缺陷，当通过加氯杀菌或者多水源取水时就会影响水中氯根的变化，造成界限值出现误差，难以判断出结垢倾向。但是在多水源取水情况下，如果知道比例和水质，那么就能够使用混合水的动态模拟实验，能够使用差值法进行判断，让△B=0.2时的循环水钙硬度值和全碱相加当做现场运行的上限，可以间接性的使用差值法。

在使用差值法时需要知道当补充水的碱度和硬度越高时，对结垢的判断结果其灵敏度将会越低，如表2所示，其中的水量设置为200L。

3.4控制浓缩倍数法

通过使用静态阻垢实验，能够获取极限浓缩倍数，对该浓缩倍数进行控制，将其低于极限值，就可以控制结垢量，这是目前1种比较常见的结垢控制方法。

在循环冷却水系统中使用低硬度、低碱度的补充水时，如果浓缩倍数为3-4之间，即可以判断出该水属于腐蚀性水质，在判断过程中需要使用到Langelier指数和Rvznar指数。对循环水进行管理时，比较重要的管理内容为对藻类滋生和腐蚀进行控制，将浓缩倍数控制在低于极限值的范围内，就会降低系统结垢的风险。有学者对阻垢缓蚀剂的性能进行了动态测试，其中使用的水为河水，实验试件设置为340h，然后控制浓缩倍数为4，经过实验研究之后，管中没有比较明显的沉积物和腐蚀，即说明能够降低循环冷却水系统的结垢量[6]。

如果将中水（再生水）作为补充水，该水的硬度和碱度都比较高，浓度倍数虽然比极限浓度倍数低，但是并没有低多少，于是其结垢风险还是比较大。有学者就对该系统进行过分析，发现污垢沉积率比较高，管内出现明显的结垢现象[7-9]。

所以当使用中水作为补充水时，需要对△A和△B进行同时监测，当其中一个值增大之后，就需要将浓缩倍数降低，然后将此时的全碱度加上钙硬度的值当做控制上限。

3.5污垢热阻法

污垢分析模型在1959年被提出，该模型的构建奠定了污垢热阻研究的理论基础。该方式的应用较为简单，而且能够直观的反映出循环水的稳定程度，但是其也存在缺陷，比如具有滞后性。污垢分析模型如下所示：

r污=

其中，L表示的是有效热换管长度，di表示的是管内直径，L和di的单位为m;r污表示的是瞬时污垢热阻，r清清表示的是清洁管热阻，r污和r清的单位为m2·K/W，G表示的是冷却水流量，其单位用L/h表示;T表示的是蒸汽温度，t出和t进分别表示的是冷却水出口和进口的温度，T、t出和t进的单位都为℃。

通过相关的规范设计表示，热阻值在1.72x10-4～3.44x10-4m2·K/W范围内时最为适宜，当前其针对的是敞开式循环冷却水系统。有学者对污垢热阻进行判断结垢倾向，其将浓缩倍数设置为4，然后结果表示，管壁上出现的垢量非常少，只存在此部分管壁上。

通过上面的分析可知，在循环冷却水系统中使用中水时，只使用1种控制方式很难对结垢进行控制。如果使用复合型的控制方式，即将几种控制方式进行结合使用，如使用pH值调节法将循环水的pH值控制在较为合理的范围内，然后观察△B的趋势，得到控制上限，于是可以更好的控制循环冷却水系统的结垢量。而且还需要注意在投放阻垢剂时要均匀放入到水中。

4结语

对石油炼制循环冷却水系统的垢能够降低和控制，主要作用在于带走系统中的废热，达到给系统设备降温的作用，然而在循环冷却水系统中容易出现结垢现象，于是文章提出了几种结垢控制方式，這几种方式具有较好的控制作用，可以提高系统的使用寿命和使用效果，从而在石油炼制过程增强使用加工的质量和效率。如今随着大数据的不断应用，对循环冷却水系统进行优化设计，将会提高对结垢控制的作用。

参考文献

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收稿日期：2020-04-13

作者简介：马永红（1984-），女，汉族，青海人，中级经济师，主要从事人事、薪酬与行政管理工作。