循環水濃縮倍數是反映和控制循環水系統運行的一個重要綜合性指標。提高循環水濃縮倍數不僅可以降低補充水量、節約水資源；降低排污水量、減少對環境的污染和廢水處理量；還可以減少水處理劑及殺生劑的消耗量、降低水處理成本。
　　循環冷卻水系統作為石油化工行業的一個總要組成部分，近幾年來隨著管理制度的不斷完善；生產工藝技術的不斷進步；水處理劑的不斷改進、開發，集團公司對循環水質管理的要求也越來越高，特別是濃縮倍數N控制指標逐年提高。如下圖示：

1 現狀分析

　　我廠現共有五座循環水場，由于系統設計、處理能力、覆蓋的生產裝置、管理水平各異，因而各水場的水質差異較大。具體反映在濃縮倍數上詳見表1。

表1 循環水場濃縮倍數統計表（2003年）

一循環水場

二循環水場

三循環水場

焦化水場

烷基化水場

濃縮倍數

（平均值）

2.88

3.35

2.63

3.24

2.16

濃縮倍數

合格率（％）

40.0

70.3

20.5

62.5

14.0

注：表中合格率統計均是以N≥3.00為計算依據

　　從表1統計數據可以看出，五座循環水場僅二座水場濃縮倍數年均值大于3.00，烷基化水場最低僅為2.16，因而該系統存在問題也最多；此外，各水場濃縮倍數合格率普遍很低，說明水質波動大、穩定性差。因而要穩定水質，確保系統安全、經濟運行，就必須進一步提高循環水濃縮倍數以及其合格率。
　　下面就影響循環水濃縮倍數的幾方面因素進行分析，并探討其改進措施。

2影響因素

　　濃縮倍數N是循環冷卻水的含鹽量C與其補充水的含鹽量C₀之比，即N=C/C₀ 可用下式進行計算：

　N=M/(B+D+F)=(E+B+D+F)/(B+D+F)=1+E/(B+D+F)　 ⑴

　E=4.184△TQ/γ ⑵

式中：M—補充水量 　B—排污水量

F—滲漏損失量　D—風吹損失量

E—蒸發量　Q—循環水量

△T—進、出塔水溫差　　　γ—蒸發熱

　　從⑴、⑵式可以看出，當環境溫度及循環水量一定時，濃縮倍數N與△T成正比，與B、D、F成反比。

2.1 系統設計

2.1.1 系統容積大制約了濃縮倍數的進一步提高

　　目前我廠循環水系統的保有水量普遍過大，其保有水量與循環水量之比（V/Q）一般為0.5～0.6，這與一些較先進廠家V/Q比已達1/3～1/5相差甚遠。
　　從濃縮倍數的定義式可知，循環水中鹽的濃度大小直接影響著N值的高低。如果某一系統其循環供水量Q一定，在一定的時間內蒸發量E也一定時，當系統的保有水量V越小時,則此時體系中鹽濃度C越大，濃縮倍數N就越大；反之，V越大，則濃縮倍數N就越小。因而體系V/Q值過大，在一定程度上制約了濃縮倍數的進一步提高。

2.1.2 設計熱負荷高，而實際運行時△T小

　　在冷卻水系統設計時，熱負荷估算較高，設計溫差為10℃。而在實際運行時，熱負荷明顯不足，冷卻塔進出水溫差僅只有5～7℃，造成蒸發量E過小。由公式⑴、⑵可知，溫差越小，蒸發量越小，相應的濃縮倍數也越低。如第三循環水系統，由于其系統裝置主要為7萬噸聚丙烯，熱負荷低，且實際循環水量僅為設計量的60％，特別是冬季，狀態更差，水溫差甚至低于5℃，因而其濃縮倍數一直較低。

2.1.3 旁濾池設計不合理

　　旁濾池內濾料填裝不合理，過濾截污能力較低，循環冷卻水經過濾后，濁度降低率不足30％。特別是烷基化水場的管道過濾器，采用濾網過濾效果更差，系統濁度經常超標。為降低濁度而頻繁進行排污、換水處理，嚴重影響了循環水的濃縮倍數。
　　此外，由于旁濾池設計單純采用循環熱水作反沖洗水，不僅反沖洗效果差，影響了截污能力，而且造成循環水排污量大，這些勢必影響濃縮倍數的提高。

2.2 系統管理

2.2.1 冷換設備泄漏，工藝介質污染循環水系統

　　由于裝置長周期運行或檢修質量等原因，常會發生冷換設備腐蝕穿孔泄漏烴類、油類等工藝介質到循環水系統現象，嚴重污染水質，使濁度、pH、含油、微生物等指標嚴重超標。為確保水質，循環水系統不得不進行大排大補，并有針對性的開展一系列清洗、殺菌工作。如此不僅破壞了體系原有的動態平衡，而且使得濃縮倍數在一個較長的時段內維持在低水平。

2.2.2 系統清洗對濃縮倍數的持續性影響

　　目前循環水系統清洗在分散、除銹階段pH值控制普遍較低，一般為3.0～4.0。當體系狀態較差時，大量酸洗下來的Fe、Ca離子在換水階段隨著pH值的上升而反應成為不溶物，受系統排污能力限制，有相當一部分不溶物未能及時置換出體系外，而在管道、池子中沉積下來。
　　當系統清洗結束轉入正常運行后，在一個相當長的時間內（一般長達15～20天），一旦系統工藝調整或管壓稍有波動，就會造成濁度、色度、鐵含量等上升。為保證水質，系統經常性的換水排污勢必極大的影響濃縮倍數，因而可以認為清洗對濃縮倍數的影響是一個持續性、長期行為，不容忽視。

2.2.3 生產裝置對循環水重要性認識不夠

　　⑴當實際生產中不排污（即B=0）時,如系統補水量M>E+D+F，則可能部分裝置使用的機泵、設備等冷卻水外排或用循環水沖地，造成回水量減少。
　　⑵裝置隨意排放新鮮水或軟化水到循環水系統，造成自流回水量過大，受設計限制，體系不得不進行少量排污。特別是軟化水的任意排入，嚴重影響了循環水含鹽量，造成濃縮倍數持續下降。如烷基化水場曾由于裝置任意將軟化水排入循環水系統，在一周時間內濃縮倍數竟由1.4降至0.8。（由于原因不明，造成N值失真，計算值小于1.0）

2.2.4 管網及構筑物的影響

　　循環水系統由于管網復雜、年久維護不善等原因，均會存在構筑物滲漏、閥門壞損、地下管網破裂、管線腐蝕泄漏等現象，使系統“排污量”增大，濃縮倍數下降。據統計全年濃縮倍數有近20％的不合格是由此類因素造成。

2.2.5 工藝操作的影響

　　⑴操作不精心，工藝調整不及時，常出現涼水塔、隔油池溢流現象。
　　⑵管理不嚴，操作隨意度大，旁濾池反沖洗過頻，循環水排污量大。
　　⑶工藝操作未嚴格按規程進行，旁濾池反沖洗跑砂嚴重，削弱了濾池的截污能力。
　　⑷管網及冷換設備的閥門開度不合理，造成進出水溫差△T較小。

2.3 監測方法

　　根據循環水濃縮倍數N的計算公式：N＝C/C_補，目前用于監測N的特性物質一般為氯離子、二氧化硅、鉀離子、鈣離子、含鹽量和電導率。這些物資濃度或特性在冷卻水系統運行中一般不受加熱、曝氣、投加藥劑、沉積或結垢等因素干擾，且隨N的增加而成比例增加。
　　各種監測方法及特性詳見表2。

表2 濃縮倍數監測方法對比

監測方法

特點及優勢

影響因素

分析手段

氯離子

性質穩定，不易產生沉淀，

測定簡單、快捷

冷卻水以氯氣作殺菌劑時

不宜采用

容量分析

鈣離子

穩定性好，干擾少，測定簡單、快捷

當體系濃縮倍數高或結垢時，產生鈣鹽沉積物，測定結果偏低

容量分析

鉀離子

性質非常穩定，干擾少

監測儀器成本高，不適合

現場監測

火焰光度計

二氧化硅

性質較穩定，干擾少

測定精度較差

當硅酸鹽與鎂離子濃度都高時，

生成硅酸鎂沉淀，使二氧化硅

濃度偏低

分光光度法

電導率

測定迅速，儀器操作簡單，

適合現場監測

受補水水質及水處理工藝影響，

穩定性較差，易出現波動

電導測定儀

　　我廠現采用電導及鈣離子作為計算濃縮倍數的依據。雖然簡單快捷，但也存在一定的問題。如N_電導由于補充水電導經常在250～360us/cm波動，不穩定，影響結果準確度；N_鈣在硬度>600mg/L、pH>9.0時，結果明顯偏低。

3　采取措施

3.1 減少系統的保有水量

　　根據系統的實際狀況，在確保安全平穩生產的基礎上，可采取墊高集水池底部減少集水池的有效深度、降低冷水池水位的方法，降低冷卻塔集水池、冷水池的容量。例如三循目前保有水量為1500m³,集水池有效深度1.55m,冷水池有效深度4.10m。按集水池深度減少0.5m，冷水池液位降低1.0m，則系統可減少貯水量309m³,減幅達20％。
　　一旦有效地減少了系統的保有水量，不僅能使濃縮倍數較快的提高，而且能減少水處理藥劑的初始投加量，特別是一次性投加的藥劑如清洗預膜劑、殺生劑等，降低成本。

3.2 優化操作，提高系統熱負荷

　　調整裝置冷換器進、出口閥門的開度，使其進口閥全開，出口閥調整至適當的開度，延長循環水與熱源的接觸時間，提高系統的熱負荷。同時，根據季節、水溫、水量及時調節冷卻塔上塔閥的開度，使各塔布水均勻，從而使冷卻塔進、出塔水溫差T接近或達到設計值。

3.3 合理改造旁濾池，提高處理效率

　　一方面改造現有旁濾池的濾料層，在石英砂、礫石的基礎上增加新的濾料層（如無煙煤），合理調整級配，提高旁濾池的截污能力，使循環水過濾后濁度降低率大于70％，從而改善循環冷卻水水質。
　　另一方面旁濾池增設一條補充水反沖洗管線，改變目前單一循環熱水作反沖洗水狀況。當水質濁度小于15FTU，而濾池濁度降低率低于20％時，采用補充水進行反沖洗，即可節約成本、減少系統排污量，又可提高反沖洗效果。而當水質濁度大于15FTU時，則采用循環熱水進行濾池反沖洗，適當排污以降低系統濁度，保證水質。
（注：我廠循環水控制指標濁度≤15FTU）

3.4 強化管理，減少系統波動
3.4.1 加強水質監測力度和頻次，發現異常數據（如濁度、pH、含油）及時排查，盡快找出并切斷“泄漏源”；及早進行工藝處理，把工藝介質泄漏對系統的影響降至最低。
3.4.2 加強對生產裝置用水的考核及宣傳，杜絕循環水亂排或作其它非生產用途；嚴格控制裝置任意向循環水系統回串新鮮水或軟化水。
3.4.3 加強對循環水地下管線的檢查，防止管線因腐蝕泄漏；對系統構筑物、管網閥門等要定期檢查、維護、保養。
3.4.4 加強對操作人員的培訓和考核，嚴格工藝紀律，精心操作，杜絕涼水塔溢流、旁濾池跑砂等想象，提高操作平穩率。
3.5 優化工藝、操作，提高系統濃縮倍數
3.5.1 合理控制系統清洗頻次，優化清洗方案，確保系統運行平穩。當臨時采用非氧化型殺菌劑進行殺菌清洗時，可不必強制性的進行排污處理。即如此時濁度不超標卻殺菌劑對水穩劑的效能無影響時，可直接轉入正常運行。
3.5.2 優化清洗操作，確保清洗效果，從根本上減輕清洗對濃縮倍數的持續性影響。當由于水質嚴重污染、惡化而進行清洗、預膜時，應高度重視換水階段的操作處理。注意調整裝置進出水閥、上塔閥門的開度，適當提高管壓，進行快速置換，盡可能減少管網沉積物，避免系統正常運行時水質的頻繁波動，減少系統排污頻次，從而在較短時間內提高濃縮倍數。
3.5.3 引進先進的管理操作、設施，提升循環水系統的自動化能力。如建立中央控制系統，對pH、濁度、油含量、腐蝕速率、粘附速率等水質重要指標實行在線監測；采用自動化加藥設施實現水質穩定劑的連續性穩定投加等。這些措施可有效地降低水質波動對系統的沖擊，提高操作平穩率，充分發揮緩蝕阻垢藥劑的性能，有利于提高濃縮倍數及其合格率。
3.6 合理選擇監測方法，真實反映系統濃縮倍數
　　由于鉀離子性質穩定、溶解度大，循環水中又無此來源，基本無影響因素，卻鉀離子測定精密度和準確度高。因此選用鉀離子作為監測濃縮倍數的特性物質是最合適的。
　　基于此，我主張在日常監測中應以鉀離子濃度計算濃縮倍數，同時輔以監測鈣離子濃度作為系統高濃縮倍數情況下運行時結垢傾向判別的依據。當N_K—N_Ca≥0.3時，可判別體系有結垢傾向。

4 循環水系統高濃縮倍數運行時應注意的問題

　　隨著循環水濃縮倍數的不斷提高，水中有害離子Cl^-以及微溶性離子Ca²⁺、Mg²⁺濃度過高，易使體系產生腐蝕、結垢；同時由于水在體系中停留時間的延長，不利于微生物的控制。這就給水質管理工作提出了新的要求，為保證水質，我們必須做到以下幾點：

4.1 加強水質日常監測，對一些重要項目包括氯離子、鈣硬、堿度等要合理制定控制指標，并嚴格控制其濃度，發現異常應及時處理。
4.2 加強日常微生物的控制，合理加氯，有針對性的定期投加非氧化型殺菌劑，有效克服微生物的耐氯性，提高殺菌效率。
4.3 加強循環水腐蝕速率、粘附速率的動態監測。根據水質積極進行水穩劑配方的研究和改良，不斷提高水穩劑的性能，特別是其阻垢性能，以適應高濃縮倍數下系統運行的需要。
4.4 雖然提高濃縮倍數N可以節能降本，但當N＞4.0時，其節能效果已不十分明顯，相反體系的一些負面影響愈來愈明顯。綜合考慮各方面因素，我認為N值應控制在4.0～5.0為宜，不必單純追求高濃縮倍數。

5 結語

　　循環水濃縮倍數不僅是反映水質的一個綜合性指標，同時也是衡量一個部門甚至一個企業綜合管理能力及技術發展水平的重要指標。當今水處理技術的日新月異，無疑為進一步提高濃縮倍數提供了良好的發展平臺。只要我們針對現狀，積極采取有效的改進措施，加強各項管理，就一定能在較短時間內有效提高循環水濃縮倍數，即體系N≥3.00并且其合格率大于80.0％是完全可以達到的。

參考文獻：

[1]李本高主編. 工業水處理技術[M]. 北京. 中國石化出版社，2002
[2]陳復主編. 水處理技術及藥劑大全[M]. 北京. 中國石化出版社，2000