1、中煤煤制甲醇及深加工項目 360萬噸 /年煤制甲醇 120萬噸 /年烯烴 閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng) (聯(lián)合式空冷器方案設(shè)計武漢中圣能源環(huán)保工程有限公司 2011年 7月 1 、概述工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范 GBJ102-87工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范 GB50050-2007空冷式換熱器 GB/T15386-94(1氣象條件設(shè)計干球溫度 29.3 設(shè)計停止噴淋水溫度為 0。 設(shè)計濕球溫度 25(2工藝參數(shù)供水溫度:30 供水壓力(界區(qū)點:0.45 MPa回水溫度:40 回水壓力(界區(qū)點:0.25 MPa表 1 系統(tǒng)劃分及水量表 2、閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)業(yè)主供水硬度較高,若采用開式?jīng)鏊鞒?該水

2、在循環(huán)過程中由于蒸發(fā),接觸大氣, 水質(zhì)更加惡化,鈣鎂離子濃度更高,會在工藝設(shè)備上嚴重結(jié)構(gòu)、腐蝕,使換熱過程難以順 利進行。而工藝換熱設(shè)備昂貴,且安全要求高,故采用優(yōu)質(zhì)安全的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是保證 設(shè)備高效穩(wěn)定運行的關(guān)鍵水質(zhì),故采用全閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。本方案采用全閉式空冷循環(huán)水系統(tǒng)。閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 最大區(qū)別在于前者的冷卻介質(zhì)是軟水,這部分水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)冷卻,不直接和大氣接觸, 避免了水質(zhì)污染和濃縮, 這使得相關(guān)工藝設(shè)備的運行環(huán)境得到大大改善, 提高其使用壽命, 增加運行可靠性。閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的核心設(shè)備是空冷器,我公司現(xiàn)有四種冷卻設(shè)備可以實現(xiàn)閉 式循環(huán):節(jié)能型水

3、膜式空冷器(WZK ,專利號:ZL03 2 41415.3,聯(lián)合空冷器(WLK ,專 利號:200910062950.6 ,干空冷器(WGK ,閉式冷卻塔(WBK 。節(jié)能型水膜式空冷器, 多用于北方地區(qū),水資源缺乏的地區(qū),節(jié)水節(jié)電顯著;在節(jié)能型水膜式空冷器的基礎(chǔ)上研 發(fā)了聯(lián)合空冷器,此種類型設(shè)備在氣溫小于 0時可停開噴淋水,有效防止了設(shè)備結(jié)凍, 節(jié)水效益更明顯; 干空冷器用于介質(zhì)冷卻溫度高于環(huán)境溫度 20的工況下, 用空氣冷卻介 質(zhì)。在水資源充足,氣溫較高的地區(qū),可以采用以閉式冷卻塔,但不節(jié)水。本地區(qū)干旱缺水,晝夜溫差大,地處高海拔,全年氣溫 0以下的天數(shù)較多,設(shè)備如 何節(jié)水、防凍是個嚴重的問

4、題。綜合本項目的條件,有兩種閉式方案:一、閉式冷卻塔 +干空冷方案;二、聯(lián)合空冷器方案。這兩種方案的共同特點是:在氣溫較高時濕式運行, 主要依靠水冷強化冷卻過程;冬季(0及以下干式運行,依靠風冷將介質(zhì)冷卻,節(jié)水 且避免冰凍危害。比較兩種方案:第一種方案占地大,投資高,第二種方案將兩種空冷器 結(jié)合為一體,占地比前者小,投資相應也較低。 故本方案選擇以聯(lián)合空冷器為核心設(shè)備的 閉式空冷循環(huán)冷卻水方案。本地區(qū)全年大約有 3個月時間在 0以下,故本方案有 3個月停開噴淋水,完全靠風 冷冷卻,只在另外 9個月開部分噴淋水,平均只需要開部分空冷器,全年水耗低,僅為開 式塔或閉式冷卻塔水耗的 45%。在氣溫低

5、于 0時, 若有水在換熱管外下落, 在空冷器進風口百葉窗處出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象, 嚴重的會將百葉窗全部封死,風機無法將風引出,影響換熱,對工藝生產(chǎn)造成影響,使整 個系統(tǒng)不能正常運行。由于冰凍時間長,除冰不僅需耗大量人力物力,況且也難以進行。考慮到以上問題,結(jié)合我公司多年來在北方地區(qū)工程應用經(jīng)驗,我們推薦在 0時可 以停開噴淋水的聯(lián)合空冷器設(shè)備,既避免了設(shè)備在氣溫低時產(chǎn)生的冰凍問題,節(jié)省了大量 水, 節(jié)省了加藥費用和污水處理費用, 亦考慮了設(shè)備投入的經(jīng)濟性, 即在夏季可開噴淋水, 在冬季(0及以下停開噴淋水。閉式空冷循環(huán)冷卻系統(tǒng)以聯(lián)合式空冷器為核心設(shè)備,用軟水代替?zhèn)鹘y(tǒng)工業(yè)循環(huán)水,吸 收工藝裝置冷卻器熱量

6、,然后通過聯(lián)合式空冷器冷卻,再到工藝裝置冷卻器,在系統(tǒng)中密 閉循環(huán)。系統(tǒng)流程如下:加藥裝置工藝裝置冷卻器 聯(lián)合式空冷器 軟水循環(huán)泵 為了防止噴淋水使聯(lián)合式空冷器結(jié)垢、腐蝕,建議對硬度較大的補充水進行預處理, 降低部分硬度,之后進入噴淋水系統(tǒng),在設(shè)備運行過程中,需對噴淋水水質(zhì)仔細監(jiān)控,采 用加藥機投加水處理藥, 以提高噴淋水的濃縮倍率, 節(jié)約用水, 同時防止結(jié)垢和腐蝕發(fā)生。 為降低噴淋水中懸浮物的含量,設(shè)置旁濾,旁濾水量為噴淋水量的 5%左右。 (系統(tǒng)要 求水質(zhì)指標見附表一考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,設(shè)置脫氣穩(wěn)壓裝置。出除工藝裝置可能的少量泄露氣體,并 補充系統(tǒng)中損失的軟化水。聯(lián)合型蒸發(fā)冷卻器是由我公

7、司在原有專利產(chǎn)品 節(jié)能型水膜式空冷器(專利號: ZL03241415.3的基礎(chǔ)上,開發(fā)的新一代高效節(jié)能型產(chǎn)品。它由干式空冷管束和濕式空冷管束組成,可稱之為干濕聯(lián)合型蒸發(fā)冷卻器。需冷卻的 工藝介質(zhì),直接進入聯(lián)合型蒸發(fā)冷卻器管內(nèi),代替了傳統(tǒng)的水冷器和涼水塔。聯(lián)合型蒸發(fā)冷卻器結(jié)構(gòu)工藝流體先進入翅片空氣預冷管束, ,進行部分冷卻,然后進入被直接噴淋的蒸發(fā)冷 卻管束, 進一步冷卻。 空氣從下部向上進入蒸發(fā)冷卻管束, 再向上進入翅片空氣預冷管束。 風機置于設(shè)備頂部。在翅片空氣預冷管束和蒸發(fā)冷卻管束之間,設(shè)有噴淋水系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡圖如上。基本原理:它將水的蒸發(fā)與空氣冷卻、傳熱與傳質(zhì)過程融為一體,利用空氣冷卻的翅

8、片預冷段 和水膜蒸發(fā)段相結(jié)合強化換熱、熱效率高;增加了空氣預冷段后 , 降低流體進入蒸發(fā)段的溫度、進一步減小了濕式管束的負荷, 節(jié)省工業(yè)用水,避開管外結(jié)垢敏感區(qū);一般氣候條件下,可停開部分聯(lián)合式空冷器的噴淋水,本方案設(shè)計停止噴淋水溫度為 0。相當于干空冷器,所以,聯(lián)合式空冷器是節(jié)水的設(shè)備。以聯(lián)合式空冷器為核心的密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng),完全回收了冷卻介質(zhì)的余壓,軟水循環(huán) 泵只用增加部分壓頭即可完成系統(tǒng)循環(huán)。 在開式冷卻塔系統(tǒng)中, 冷卻介質(zhì)的余壓全部消失, 冷水循環(huán)泵需從常壓開始加壓。噴淋水是需要加泵循環(huán),但噴淋水量僅為冷卻介質(zhì)水量的 三分之一至五分之一。故以聯(lián)合式空冷器為核心的閉式循環(huán)系統(tǒng)又是節(jié)能的。

9、軟水在循環(huán)過程中不消耗,只需補充由于跑、冒、滴、漏引起的損耗,這和工廠的管 理水平和工藝設(shè)備的質(zhì)量有關(guān)。根據(jù)已投產(chǎn)的企業(yè)的情況,每周僅補充很少的軟化水。 表 2 聯(lián)合式空冷器技術(shù)參數(shù)表 3、方案設(shè)計根據(jù)業(yè)主提供的水平衡圖,系統(tǒng)劃分如下,水量見表 1(1 熱電空分循環(huán)水站:供給 1期、 1期的熱電、空分、脫鹽水站、儀表空壓站 (圖 中循環(huán)水已計入空分循環(huán)水,其中空分單設(shè)供水系統(tǒng)。(2 煤化工循環(huán)水站 :供給 1期 的氣化、凈化、甲醇、硫回收裝置循環(huán)水。(3 煤化工循環(huán)水站 :供給 1期 的氣化、凈化、甲醇、硫回收裝置循環(huán)水。(4 石油化工循環(huán)水站 :供給 1期 的 MTO 、 PP 、 PE 、

10、 余熱回收、 丁烯 1、 MTBE 裝置循環(huán)水。(5石油化工循環(huán)水站 :供給 1期 的 MTO 、 PP 、 PE 、 2 PH 裝置循環(huán)水。 (2 (5的設(shè)置原則是:(a 主工藝裝置的 1期 和 1期 循環(huán)水系統(tǒng)分開設(shè)置。(b 各套循環(huán)水系統(tǒng)規(guī)模基本相當(約 40000m 3/h左右 。表 3 系統(tǒng)劃分及配置 4、消耗指標 5、閉式空冷循環(huán)水系統(tǒng)投資概算5.1熱電、空分、脫鹽循環(huán)水站:空分,儀表空壓站(單獨供水投資概算:7673萬元5.2熱電、空分、脫鹽循環(huán)水站:1期, 2期熱電、脫鹽水站投資概算:2974萬元5.3煤化工循環(huán)水站:1期的氣化、凈化、甲醇、硫回收裝置循環(huán)水投資概算:10230

11、萬元5.4煤化工循環(huán)水站 -:2期的氣化、凈化、甲醇、硫回收裝置循環(huán)水投資概算:10230萬元5.5石油化工循環(huán)水站 -:1期的 MTO 、 PP 、 PE 、余熱回收、丁烯 -1、 MTBE 裝置 循環(huán)水投資概算:10230萬元5.6石油化工循環(huán)水站 -:2期的 MTO 、 PP 、 PE 、 2-PH 裝置循環(huán)水投資概算:10230萬元系統(tǒng)總投資為 51567萬元。6、開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的比較該工程含 5個循環(huán)水系統(tǒng),每個系統(tǒng)水量約 40000m 3 /h,以 40000m 3 /h一個系統(tǒng)為例 做開式系統(tǒng)方案,如下:采用 10臺 GFNS-4000型鋼混結(jié)構(gòu)逆流式冷卻塔,單臺處理水量 4

12、000 m 3/h,功率 185kW 。配置循環(huán)泵 7臺, 6用 1備,流量 7667 m3 /h,揚程 55m ,功率 1600kW 。配置加 藥和旁濾設(shè)備。 6.2消耗指標及投資概算(為 40000 m3 /h循環(huán)水方案數(shù)據(jù) 五個系統(tǒng)的消耗均為如下數(shù)據(jù):1耗電總裝機功率:11450 kw年平均功率: 10880kw2耗水年平均補水量:800t/h3投資概算:7600萬元 比較以上兩種設(shè)計方案,結(jié)論如下:該項目生產(chǎn)用水的硬度較高, 若使用開式塔方案, 則工藝設(shè)備很快會結(jié)垢, 影響生產(chǎn), 產(chǎn)生的經(jīng)濟損失較大。若開式塔采用軟水作補充水,則因補充水量大,而使水耗,水費和 投資增加。采用軟水冷卻后,

13、管道、換熱設(shè)備將大大減少結(jié)垢、腐蝕等現(xiàn)象,有效的延長了工藝 裝置的設(shè)備、管道等的使用壽命,提高了換熱效率,節(jié)省維修費用。聯(lián)合空冷器夏季濕式運行,在氣溫較高時主要依靠水冷依然可將介質(zhì)冷卻;冬季(0 及以下干式運行,在氣溫較低時主要依靠風冷將介質(zhì)冷卻,節(jié)水且避免冰凍危害。 綜上所述,我們推薦聯(lián)合空冷器閉式循環(huán)冷卻水方案。7、占地面積循環(huán)水量為 40000 m3 /h的閉式循環(huán)水系統(tǒng)占地約為 200m ×74m ; 循環(huán)水量為 20000 m3 /h的閉式循環(huán)水系統(tǒng)占地約為 200m ×37m ; 聯(lián)合空冷器放置于泵房頂上。附 :1. 水質(zhì)要求表2. 主要設(shè)備一覽表 . 武漢中圣

14、能源環(huán) 文件號 主 保工程有限公司 要 設(shè) 備 一 覽 表 頁 碼 設(shè)計項目 版次 0 中煤閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 單 重 (kg 總 重 (kg 工程名稱 煤化工循環(huán)水站-：2 期的氣化、凈化、甲醇、硫回收裝置循環(huán)水 序 號 1 設(shè) 備 位 號 名 稱 及 規(guī) 格 圖號或型號 材 料 數(shù) 量 25 臺 備 注 聯(lián)合式空冷器 WLK-1600 2 軟水循環(huán)泵 流量 Q=7666.7m /h ， H=45m 功率： P=1250 kW 噴淋水泵 流量 Q=2875m /h， 揚程 H=25m 功率 P=280 kW 旁濾器 Q=200 m3/h 穩(wěn)壓脫氣罐 加藥裝置 單梁橋式起重機 10t 3

15、3 7臺 6開1備 3 7臺 6開1備 4 5 6 7 CS CS 4臺 4套 2臺 2臺 編制/日期 校核/日期 審核/日期 武漢中圣能源環(huán) 文件號 主 保工程有限公司 要 設(shè) 備 一 覽 表 頁 碼 設(shè)計項目 版次 0 石油化工循環(huán)水站-：1 期的 MTO、PP、PE、余熱回收、丁烯-1、MTBE 工程名稱 裝置循環(huán)水 序 號 1 中煤閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 設(shè) 備 位 號 名 稱 及 規(guī) 格 圖號或型號 材 料 數(shù) 量 25 臺 單 重 (kg 總 重 (kg 備 注 聯(lián)合式空冷器 WLK-1600 2 軟水循環(huán)泵 流量 Q=7666.7m /h ， H=45m 功率： P=1250 kW 噴淋水泵 流量 Q=2875m /h， 揚程 H=25m 功率 P=280 kW 旁濾器 Q=200 m3/h 穩(wěn)壓脫氣罐 加藥裝置 單梁橋式起重機 10t 3 3 7臺 6開1備 3 7臺 6開1備 4 5 6 7 CS CS 4臺 4套 2臺 2臺 編制/日期 校核/日期 審核/日期 武漢中圣能源環(huán) 文件號 主 保工程有限公司 要 設(shè) 備 一 覽 表 頁 碼 設(shè)計項目 版次 0 中煤閉式空冷循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 單 重 (kg 總 重 (kg 工程名稱 石油化工循環(huán)水站-：2 期的 MTO、PP、PE、2-PH 裝置循環(huán)水 序 號