李 耀

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

随着中国工业化的高速发展，对水资源的需求越来越大，中国淡水资源缺乏问题愈发严重。在化工企业中，工业用水70%以上用作循环冷却水，因此，提高循环冷却水利用率（提高循环冷却水浓缩倍数），开发利用非传统水资源，是节约工业用水的有效途径。

随着膜技术与产品的进一步发展，海水经过预处理、膜过滤、除盐等工艺处理后所产的淡化水，已逐渐应用于化工企业循环冷却水中。

1 水质指标及操作规范

某地市政水及海水淡化水水质指标分别见表 1、表 2[1]。

上述水质指标中，针对循环水补水，水质中影响较大的为氯离子含量。市政水中氯离子含量虽然控制值为≤250 mg/L，但实际上一般在50 mg/L左右，而海水淡化水氯离子只能保证≤180 mg/L，且海水淡化水中硬度较低。

表1 市政水水质

1.1 循环水标准规范及实际运行要求

根据《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050-2007第3.1.12条“间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0倍，且不应小于3.0倍”。同时，根据GB 50050-2007表3.1.8间冷开式系统循环冷却水水质指标的要求，水走管程的碳钢、不锈钢换热设备要求Cl-≤1000 mg/L，水走壳程的不锈钢换热设备（传热面测壁温≤70℃，冷却水出水温度＜45℃）要求 Cl-≤700 mg/L。

表2 海水淡化水水质

化工企业各装置中换热器的形式、材质多样（一般存在板式换热器、列管式换热器、空气换热器等形式；材质涉及不锈钢、碳钢、合金，以及部分换热器中设置石墨材质），循环水水质应按照Cl-≤700 mg/L的要求执行（但实际操作时要求循环水中氯离子含量小于300 mg/L）。

2 海水淡化水应用

2.1 实际使用情况

某石化公司公用工程配置2套循环水系统，循环水量分别为70000 m3/h和55000 m3/h，其中，70000 m3/h的循环水场设计使用海水淡化水（原水为电厂海水直冷水排水），现场部分实际运行数据如下。

（1）海水淡化水氯离子含量。海水淡化水氯离子含量设计值＜178 mg/L，循环水场运行初期海水淡化水中氯离子含量约为170 mg/L，后期供水中氯离子含量控制在120～130 mg/L。

（2）循环水浓缩倍率。循环水场浓缩倍率控制在4左右（最高不超过5倍），循环水补水由海水淡化水、市政水、RO产水按 2∶1∶1的比例配置（海淡水按氯离子含量130 mg/L计，市政水氯离子含量按50 mg/L计，循环水补水中实际氯离子含量约为 77.5 mg/L）。

（3）针对海淡水硬度的调整。海水淡化水中硬度较低，目前需人工补加NaHCO3和CaCl2，将硬度调整至25左右（循环水场设置水质调节系统）。

（4）腐蚀速率。装置内部换热器监测腐蚀速率为0.04～0.05 mm/a，约为市政水作为补水的循环水系统腐蚀速率的2～2.5倍。

（5）药剂使用。按照目前配置后的海水淡化水作为循环数补水，该循环水场的药剂使用具有药剂浓度高；药剂使用量大；药剂单价高等特点。

该循环水场药剂使用单耗较市政水作为补水的循环水场提高约30%。

（6）pH值。循环水系统pH值控制在7.8～9.0，正常为8.5。

2.2 存在的问题

（1）现场换热设备腐蚀。使用该循环水的化工装置换热设备腐蚀情况普遍。

（2）换热器和管道材质投资大幅增加。经了解，该企业蓄水池至循环水场（距离为2 km，管径DN500）输送管线设计使用Q235B材质，由于海水淡化水中氯离子含量较高，导致管道腐蚀严重，后更换为衬塑管线，投资约为2000万元。生产水系统最初采用海水淡化水，由于管线腐蚀严重，后改为市政水。

（3）循环水补水量增加。氯离子对不锈钢设备腐蚀影响较大，通常要求循环水中氯离子含量＜300mg/L。化工企业中设置大量不锈钢换热器，因此不建议循环水补水采用海水淡化水，否则循环水浓缩倍率需控制在2倍以下（按海水淡化水水质指标），这必然导致循环水补水量的大量增加。

3 海淡水应用可行性分析

3.1 装置安全性

通过对使用海淡水作为循环水补水装置的了解，海水淡化水对装置循环水换热设备的腐蚀影响较大，尤其是对不锈钢换热设备的点腐蚀比较明显。

化工企业各装置设计有大量的不锈钢换热设备，在使用过程中，不锈钢换热器一旦泄漏，轻则会影响生产，重则造成安全事故。因此，使用氯离子含量较高的海淡水作为循环水补水导致不锈钢换热器泄漏的潜在风险很大，甚至会影响装置安全生产。

3.2 循环水系统运行费用

（1）循环水补水量

若循环水补水全部使用海水淡化水，为控制循环水中氯离子含量小于300 mg/L，需要降低循环水浓缩倍率，增加循环水补水量及排水量。不同浓缩倍率下循环水运行参数见表3。

为满足氯离子＜300 mg/L，假设海水淡化水中氯离子含量控制≤120 mg/L，则循环水浓缩倍率需降至为2倍左右。参照表3可知，循环水补水由218 m3/h（浓缩倍率为5）调整至348.8 m3/h（浓缩倍率为2），补水量明显增加。

表3 不同浓缩倍率下循环水运行参数（以循环水量10000 m3/h为例）

（2）循环水排污量

现循环水排污水拟定进入回用水装置后回用，浓水排入总污水装置继续进行生化处理。循环水浓缩倍率由5调整至2时，循环水排污水由38.6 m3/h增加至169.4 m3/h，水量增加4倍；进而使得回用水装置规模及投资要相应增加；同时，回用水装置浓水排水量影响总污水装置规模，其循环水补水中的高氯离子含量及额外补加的NaHCO3和CaCl2均会影响总污水的TDS含量，亦会影响总污水工艺路线，增加项目投资及运行费用。

4 结论

（1）鉴于化工企业中设置大量使用循环水的换热设备，若使用海淡水作为循环水补水，设计时需要考虑增大换热设备和管道的腐蚀裕量，进而影响设备投资。

（2）消防水系统和生产水系统若采用海水淡化水，系统内管线必须采用衬塑管线，这将导致投资费用大幅增加。

（3）由于循环水排污水量的增加，直接影响回用水装置及总污水装置的前期投资及运行费用。

（4）使用海水淡化水作为循环水系统的补水，可有效降低新鲜市政水用量；但同时需研究出有针对性的药剂并通过现场应用，保证循环水系统的正常运行。

［1］于振记.海水淡化水在循环冷却水中应用.化工科技市场，2011，（12），33.