循环水系统基础知识

2020/1/201循环水基础知识2020/1/202循环水系统简介、工作原理与控制参数2014年12月2020/1/203目录乙烯循环水场设计简介循环冷却水处理基础知识简介循环水冷却原理循环水处理设施循环水场主要控制指标循环水主要水质指标如何确定循环水场水质处理方案？2020/1/204乙烯工程简介一、乙烯装置（含干气预精制）100万吨/年二、裂解汽油加氢装置70万吨/年三、丁二烯抽提装置16万吨/年四、芳烃抽提装置60万吨/年五、环氧乙烷/乙二醇装置65万吨/年六、聚乙烯装置45万吨/年七、MTBE/丁烯-1装置11/4万吨/年八、聚丙烯装置30万吨/年九、环氧丙烷/苯乙烯装置28.2/62万吨/年公用工程及辅助工程2020/1/205图纸介绍乙烯东西区平面图乙烯循环水系统图乙烯第一循环水场图乙烯第二循环水场图2020/1/206一循设计规模：80000m3/h；供水对象：为乙烯（含干气预精制）、裂解汽油加氢、芳烃抽提、丁二烯抽提和综合办公楼等装置提供循环冷却水。2020/1/207一循链接：一循循环水场设计图2020/1/208装置用水量表序号系统名称正常水量(m3/h)最大水量(m3/h)给水温度(℃)回水温度(℃)给水压力(MPaG)回水压力(MPaG)备注1乙烯装置560006500033430.450.202裂解汽油加氢4200545033430.450.203芳烃抽提862104133430.450.204丁二烯抽提5400650033430.450.205综合办公楼35035033430.450.206合计6681278341800002020/1/209一循环水场主要设计参数循环冷却给水压力0.45~0.55MPaG循环冷却回水压力0.15~0.20MPaG循环冷却给水温度33℃循环冷却回水温度43℃浓缩倍数≥4污垢热阻3.0×10-4m2.K/W干球温度33.0℃湿球温度28.5℃2020/1/2010工艺流程循环水加压系统：循环热水靠余压经循环冷却回水管道进入冷却塔，在塔内与空气进行充分的蒸发散热与传质散热。水被冷却进入冷却塔塔底水池，经平衡渠道汇集流入吸水池，由循环水泵通过吸水管道将吸水池的水加压送至各装置循环使用。水质处理系统：投加缓蚀阻垢剂系统；加碱系统；加氯系统；旁滤系统；2020/1/2011一循主要设备冷却塔：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷却塔，20台。风机20台。单台处理能力4000m3/h。填料为薄膜填料。循环水泵：水平中开卧式离心泵，共10台，8开2备。单泵流量10000m3/h，扬程52m。旁滤罐：压力过滤罐，单台处理水量250m3/h，滤速20~30m/h，共10台。2020/1/2012加药设备选用自动加药系统1套，包括如下加药设备：本系统设置缓蚀阻垢剂、杀菌剂和次氯酸钠杀菌剂加药装置。缓蚀阻垢剂和次氯酸钠加药装置配备一个溶液箱，溶液箱上配备磁翻板液位计，配置LMI计量泵。在冷却水管路上配置米顿罗PH表、栗田电导率仪和药剂浓度仪表，HACH浊度仪和余氯仪，通过以上仪表在线检测水质，西门子200PLC控制，整套加药装置自动运行。加药系统的工作状态可在工控机上显示，并控制。2020/1/2013二循设计设计规模：32000m3/h。供水对象：EO/EG、MTBE/丁烯-1、西区罐区、全厂公用仓库等装置和辅助设施组成：循环冷却部分、旁滤部分、水质处理部分、水质监控部分组成。2020/1/2014二循图纸链接：二循图纸2020/1/2015工艺流程自各生产装置及辅助设施来的循环热水（CWR）进入循环水场后，在冷却塔内进行蒸发散热和传质散热，使43℃的热水冷却到33℃，冷却后的水经塔下集水池自流至吸水池，由循环冷水泵提升加压，送至全厂性循环水管网，供各生产装置及辅助设施使用。2020/1/2016设计参数装置边界处循环冷水工作压力0.50MPa装置边界处循环热水工作压力0.25MPa循环冷水系统设计温度33℃循环热水系统设计温度43℃冷却塔设计干球温度(θ)33.0℃冷却塔设计湿球温度(τ)28.5℃冷却塔设计大气压力99.99167KPa污垢热阻值1.72×10-4m2·k/w浓缩倍数≥4.02020/1/2017主要设备1）、冷却塔8间，单塔处理水量4000m3/h，温降10℃。2）、循环冷水泵6台，4开2备，单泵流量Q=9500m3/h，H=52m。3）、压力式过滤器4台，单台处理水量250m3/h。2020/1/2018加药设备包括药剂贮罐、计量泵、在线检测仪表、PLC控制系统等。加药系统能实现的功能排污控制；缓蚀阻垢剂的添加控制；pH监测及液碱添加控制；余氯监测及氧化性杀菌剂添加控制；在线瞬时腐蚀速率及挂片点蚀监测；在线浊度监测；2020/1/2019循环冷却水系统简介2020/1/2020热交换器热效率下降热交换器泄漏材质强度下降热交换器堵塞泵压上升、流量下降促进腐蚀浪费药剂冷却塔效率下降冷却塔填料变型下陷视觉污染淤泥堆积2020/1/2021循环水必要性节约水源减少排污水量防止热污染减少设备体积，节约钢材。2020/1/2022循环冷却水的产生2020/1/2023工业冷却水化学工业、石油工业、冶金工业及建筑的生活系统中常需要将热工艺介质进行冷却，水的特性很适合用作冷却介质。工业冷却水通过换热器(或称热交换器，水冷却器、水冷器)与工艺介质间接换热。热的工艺介质在热交换过程中降低温度，冷却水被加热而温度升高。工业冷却水的用量往往很大，在化学工业许多企业中占到工业用水总量的90％～95％以上。因此要进行回收循环使用。2020/1/2024水质特点和处理措施2020/1/2025冷却构筑物类型2020/1/2026水面冷却池2020/1/2027喷水池2020/1/2028循环冷却水系统分类冷却水系统直流冷却水系统封闭式循环冷却水系统敞开式循环冷却水系统2020/1/2029湿式冷却塔分类2020/1/2030敞开式循环水系统水泵换热器热流体流程：冷水流入换热器将热流体冷却，水温升高，利用其余压流入冷却塔进行冷却。冷却后的水再用水泵送入换热器循环使用。2020/1/2031敞开式循环水系统组成组成设备：源水处理设备、冷却塔、循环水泵站、换热设备、旁滤设备、加药设备。预处理冷却塔泵站换热器旁滤器排污加药设备2020/1/2032冷却塔作用：冷却换热器中排出的热水。原理：热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。2020/1/2033空气冷凝器冷却塔冷却塔主要用于生产工艺过程中被加热的水基液体的冷却。比如说：原油提炼生产中大型空冷系统用水，发电工艺用水等等。主要有以下两种冷却系统：冷却塔和空气冷凝器。空气空气蒸汽热交换器蒸汽冷凝蒸汽冷凝高温冷却液高温冷却液空气空气低温冷却液冷却液2020/1/2034冷却塔空气冷凝器冷却塔概括地分为两大类：开放式和密闭式。共同点：都是以风机作为空气动力装置，带动气流运动。使循环冷却液与进入塔内的空气进行热交换，达到冷却目的。不同点：循环冷却液是否和空气直接接触。因为冷却塔内非常潮湿，电机一般安装在冷却塔外部。空气冷凝器内部环境干燥，主要使用空气为冷却媒体。热交换过程是首先把冷却液泵入冷凝器顶部的热交换器，然后通过风机使冷却空气强制流通过顶部热交换器，对其进行散热。这种冷却方式效率相对较低。一般适用于水资源相对不足和某些无法使用冷却塔方式的环境下。2020/1/2035冷却液直接和空气接触开放式冷却塔冷却塔-开放式高温冷却液空气低温冷却液开放式冷却塔冷却效率高，冷却液直接和外界空气接触进行热交换。纯净的水在冷却过程中会慢慢蒸发，剩余的冷却液与空气接触后产生沉淀和污垢，所以需要定期更换或加注冷却液。冷却液高温冷却液空气2020/1/2036冷却液不直接与空气接触密闭式冷却塔冷却塔-密闭式空气高温冷却液低温冷却液洒水洒水水槽密闭式冷却塔，它的冷却液被灌注在冷却盘管中，和空气不发生直接接触。因此，它的冷却效率只有开放式冷却塔的一半。这种类型的冷却塔较多应用于水质较差的地区，如：电脑和半导体加工区，或空气质量较差的地区(灰尘较重地区)。2020/1/2037冷却方式优点缺点1,冷却液容易受到污染2,冷却液在冬天容易雾化3,需要定期排污1,冷却液可以保持干净2,冷却液在冬天不会发生雾化3,不会受到周边空气环境的影响密闭式冷却塔开放式冷却塔高效设备体积相对较大2020/1/2038逆流和横流冷却塔比较塔型逆流式冷却塔横流式冷却塔效率水与空气逆流接触，热交换效率高，（可保持最冷的水与最干燥温度低的空气接触，最热的水与最潮湿温度高的空气接触）如水量和容积散质系数相同，填料容积要比逆流塔约大15％～20％。风阻因为水气逆向流动，加上配水对气流的阻挡，故风阻较大；为减少进风口的阻力降，往往提高进风口高度以减少进风速度。比逆流塔低，进风口高即为淋水装置高，进风风速低。配水设备对气流有阻力，配水系统维护检修不便。对气流无阻力影响，维护检修方便。占地淋水填料平面面积基本同塔面积。平面面积较大。塔高度因进风口高度和除水器水平布置等因素，塔总高度较高。填料高度接近塔高，除水器不占高度，塔总高度较低。空气回流比横流塔小。由于塔身低风机排气回流影响较大。2020/1/2039循环水系统工作原理2020/1/2040水的冷却理论湿空气的性质水的冷却原理接触传热量和蒸发传热量2020/1/2041湿空气2020/1/2042湿空气的压力对冷却塔来说，湿空气的总压力就是当地的大气压。饱和空气：当空气在一定温度下，吸湿能力达到最大值，空气中的水蒸气处于饱和状态。一定温度下，达到饱和的空气，当温度升高时变为不饱和；反之，不饱和的空气，当温度降低时，又趋于饱和。2020/1/2043湿度绝对湿度：每m3湿空气中所含水蒸气的质量。相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和空气的绝对湿度之比。表示湿空气接近饱和的程度。相对湿度低的空气较干燥，易吸收水分；反之则差。2020/1/2044湿球温度和水的冷却理论极限：干湿球温度是空气的主要热力学参数，干球温度为一般温度计测得的气温。测定湿球温度时：１）纱布必须完全包住水银球２）风速３—５m/s以上。湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，也即冷却构筑物出水温度的理论极限值。水2020/1/2045冷却塔传热蒸发传热：当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于空气中的水蒸气分压时，水滴表面的水分子克服液态水分子的吸引力而汽化逸入空气中，并带走气化潜热，使液态水的温度下降。每蒸发1Kg水，要带走约2.43×106J热量。约占冷却塔中传热量的75％～80％。接触传热：当空气中的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度升高而水温下降，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20％～25％。2020/1/2046传热区别春、夏、秋三季内，室外气温较高，表面蒸发起主要作用，最炎热复季的蒸发散热量可达总散热量的90％以上，故水的蒸发损失量最大，需要的补充水量也最多。在冬季，出于气温降低，接触散热的作用增大，从夏季的10％～20％增加到40％～50％，严寒天气甚至可增加到70％左右，故在寒冷季节水的蒸发损失量减少，补充水量也就随之降低。2020/1/2047蒸发过程2020/1/2048接触过程2020/1/2049水冷却的基本原理图水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则是两者作用的结果。(3)(4)(2)(1)Pq,θ，Pq,tf,tHαtfθtf=θHβHβH=HβH=Hα+Hβtf=τθtfθHβHβH=Hβ-HαH=02020/1/2050提高蒸发传热的措施增加热水与空气的接触面积。接触面积越大，则水分子逸出的机会就越多，蒸发越快；提高水面空气流动的速度，使逸出的水蒸气