石油化工企業(yè)凝結(jié)水回收方案的選擇*

王春峰，孫惠山，姜繼偉，郭宣華

（中國石油華東勘察設(shè)計(jì)研究院，山東青島266071）

石油化工企業(yè)凝結(jié)水回收方案的選擇*

王春峰，孫惠山，姜繼偉，郭宣華

（中國石油華東勘察設(shè)計(jì)研究院，山東青島266071）

介紹了石油化工企業(yè)中常用的凝結(jié)水回收的方法，分析了開式回收系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了閉式回收裝置的原理、應(yīng)用方法，并闡述其優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，指出閉式回收應(yīng)該為凝結(jié)水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選方案。

凝結(jié)水回收；節(jié)能；節(jié)水

石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量的蒸汽作為加熱介質(zhì)。加熱蒸汽釋放顯熱與汽化潛熱加熱工藝物料，從而產(chǎn)生大量的凝結(jié)水。蒸汽放熱后變?yōu)榻跬瑴赝瑝旱娘柡湍Y(jié)水，含有的熱量可達(dá)蒸汽全部熱量的20%～30%[1]。這樣的凝結(jié)水具有兩個(gè)特點(diǎn)：其一，凝結(jié)水的溫度高，是相應(yīng)壓力下的飽和水，本身含有高品位的熱能，同時(shí)高溫凝結(jié)水是由蒸汽凝結(jié)而來，基本不含鹽與氧，是作為鍋爐補(bǔ)水的優(yōu)質(zhì)水源；其二，蒸汽通過與工藝物料的換熱產(chǎn)生凝結(jié)水，由于設(shè)備泄漏、腐蝕等原因，凝結(jié)水中的油含量、鐵離子含量超標(biāo)，如果直接作為鍋爐補(bǔ)給水不符合標(biāo)準(zhǔn)，需要處理以后才能使用。

凝結(jié)水的回收既是一種節(jié)能措施又是一種節(jié)水措施，在石化企業(yè)當(dāng)中越來越受到重視。然而凝結(jié)水的回收再利用是一個(gè)系統(tǒng)的工程，涉及到疏水閥系統(tǒng)，凝結(jié)水回收系統(tǒng)，凝結(jié)水處理系統(tǒng)等三部分的內(nèi)容。關(guān)于凝結(jié)水的處理系統(tǒng)方案，凝結(jié)水系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)[2]，已經(jīng)有相關(guān)文獻(xiàn)給予系統(tǒng)論述，本文僅就凝結(jié)水回收系統(tǒng)進(jìn)行討論。

長(zhǎng)期以來凝結(jié)水回收都面臨著一對(duì)無法避免的矛盾，即一方面盡可能提高回收溫度，提高余熱回收率；另一方面高溫凝結(jié)水又給回收系統(tǒng)增大了難度。首先是水的溫度高會(huì)發(fā)生氣蝕，其次疏水閥漏氣會(huì)使系統(tǒng)的含汽量增加，改變凝結(jié)水管網(wǎng)的流態(tài)，不利于輸送。這是凝結(jié)水回收系統(tǒng)必須面臨的一個(gè)問題。

凝結(jié)水回收系統(tǒng)從回收形式上分為開式回收和閉式回收兩大類[3]。開式回收系統(tǒng)是過去設(shè)計(jì)常采用的形式，這種回收形式的基本思想是系統(tǒng)設(shè)置開口通大氣的閃蒸罐，冷凝水進(jìn)入閃蒸罐后閃蒸降溫，閃蒸的二次蒸汽排入大氣，閃蒸以后的冷凝水降溫后用泵送入后續(xù)的凝結(jié)水處理系統(tǒng)。這種回收工藝，造價(jià)低、適應(yīng)性強(qiáng)、操作也簡(jiǎn)單，同時(shí)通過閃蒸降低了水的溫度，方便了凝結(jié)水的輸送。這是過去常用的回收辦法，然而這種回收方式卻有其自身不能克服的弊端：

泄漏蒸汽和閃蒸蒸汽都排入大氣，浪費(fèi)了大量的熱量。同時(shí)放空的蒸汽夾帶了大量的水分，也浪費(fèi)了水資源?？偟膩碇v，余熱回收率不會(huì)超過50%，除鹽水回收率不會(huì)超過70%左右[4]。

閃蒸的二次蒸汽在工廠內(nèi)會(huì)造成白色污染，妨礙操作人員的視線。冬天二次蒸汽會(huì)很快凝固成小冰晶落在地面上，造成路面濕滑，影響操作人員通行。更應(yīng)注意的是冬天二次蒸汽會(huì)在裝置的框架上結(jié)成冰鎦子，當(dāng)冰鎦子落下的時(shí)候會(huì)對(duì)操作人員的生命造成危險(xiǎn)。

凝結(jié)水閃蒸后雖然溫度降低，但是當(dāng)用水泵抽水的時(shí)候，還是要有部分的凝結(jié)水汽化，造成水泵的汽蝕。因而凝結(jié)水罐必須設(shè)置在高位。

開式回收系統(tǒng)的閃蒸罐與大氣接觸的位置，使空氣中的氧氣進(jìn)入凝結(jié)水，在較高的凝結(jié)水溫下，管道的氧腐蝕很嚴(yán)重。

基于以上幾點(diǎn)，現(xiàn)在的冷凝水回收技術(shù)已經(jīng)放棄了開式回收的方案，而閉式回收系統(tǒng)以其節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的特點(diǎn)異軍突起，在冷凝水回收領(lǐng)域做出很大貢獻(xiàn)。下面將常用的閉式回收方案予以介紹。

1 常用的閉式凝結(jié)水回收方案

1.1 蒸汽壓力輸送

在工藝裝置中回收凝結(jié)水量較大時(shí)通常不采用疏水閥，而是采用并聯(lián)連通凝結(jié)水罐的處理方法，這樣既能回收凝結(jié)水，又能利用蒸汽的壓力作為凝結(jié)水輸送的動(dòng)力。換熱器內(nèi)部凝結(jié)水的水位和凝結(jié)水罐內(nèi)的水位相同，利用物料出口的溫度調(diào)節(jié)凝結(jié)水出口的流量。沒有了疏水閥，減少了疏水閥的壓力損失。凝結(jié)水罐作為凝結(jié)水量的一種緩沖手段。這種方法需要精確的計(jì)算管路的壓力損失，如果進(jìn)口蒸汽的壓力不能達(dá)到要求，則這種方式不能采取。流程工藝如圖1所示。

工藝裝置內(nèi)部還有很多其他工藝路線方案可以利用作為凝結(jié)水的回收方案。除了利用蒸汽以外，還可以利用空氣，氮?dú)獾炔荒詺怏w作為輸送動(dòng)力源。

1.2 氣動(dòng)泵輸送

氣動(dòng)輸送泵的原理是利用泵體內(nèi)凝結(jié)水的浮力帶動(dòng)浮球運(yùn)動(dòng)，與浮球聯(lián)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)向泵體注入氣體加壓，將水排出，泵體內(nèi)氣體泄壓，凝結(jié)水進(jìn)入，這是一個(gè)間斷的過程。原理如圖2。

從換熱設(shè)備出來的低壓冷凝水進(jìn)入氣動(dòng)泵，此時(shí)，動(dòng)力蒸汽或動(dòng)力空氣的進(jìn)氣閥門關(guān)閉，出氣閥門開啟，冷凝水進(jìn)口閥門開啟，出口閥門關(guān)閉。此時(shí)設(shè)備內(nèi)部的浮球受浮力上浮。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部的凝結(jié)水達(dá)到一定水位的時(shí)候，與浮球聯(lián)動(dòng)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作，動(dòng)力蒸汽和空氣的進(jìn)氣閥門開啟，出氣閥門關(guān)閉，冷凝水進(jìn)口閥門關(guān)閉，出口閥門開啟，全部閥門的開關(guān)狀態(tài)和開始的時(shí)候相反，泵體內(nèi)壓力增大將凝結(jié)水排出。隨著凝結(jié)水排出，液位降低；當(dāng)浮球達(dá)到低液位的時(shí)候，動(dòng)力蒸汽和空氣的進(jìn)氣閥門關(guān)閉，出氣閥門開啟，重新進(jìn)入下一輪的進(jìn)水過程。

此種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是無需電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無葉輪機(jī)械，可防止出現(xiàn)氣蝕、泄漏等現(xiàn)象，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)凝結(jié)水的水質(zhì)無嚴(yán)格要求。但這種系統(tǒng)的輸送方式?jīng)Q定了該設(shè)備只能在凝結(jié)水溫度低，流量和揚(yáng)程不高的情況下使用，尤其是很難達(dá)到高揚(yáng)程。再者這種泵的流動(dòng)形式為間斷輸送，在寒冷地區(qū)使用的時(shí)候要嚴(yán)格保溫，甚至伴熱，因?yàn)樾×髁康臅r(shí)候，泵的動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng)，管道內(nèi)的凝結(jié)水由于管路過長(zhǎng)散熱而發(fā)生冰凍，導(dǎo)致凝結(jié)水輸送管路不能正常工作。

在國內(nèi)的市場(chǎng)上氣動(dòng)泵主要依靠進(jìn)口，美國的斯派莎克（SpiraxSarco），美國的阿姆斯壯（Armstrong Co）等公司的產(chǎn)品，其原理與結(jié)構(gòu)大致相同。

1.3 閉式凝結(jié)水回收裝置輸送

此種凝結(jié)水回收方式是近年來國內(nèi)比較流行的方法，工作原理為凝結(jié)水經(jīng)過換熱器后進(jìn)入回收裝置進(jìn)行汽水分離，然后經(jīng)除污設(shè)備，進(jìn)入凝結(jié)水泵，然后利用凝結(jié)水泵將凝結(jié)水加壓后送入系統(tǒng)管網(wǎng)。

這個(gè)過程中關(guān)鍵的問題是如何解決水泵的汽蝕問題，凝結(jié)水經(jīng)汽水分離以后成為飽和水，水泵的入口壓力低于飽和壓力，會(huì)有大量的氣泡產(chǎn)生，汽泡進(jìn)入泵后受壓破裂，對(duì)泵的葉輪產(chǎn)生沖擊，破壞。

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的摸索，解決汽蝕的問題方法主要有兩種：

（1）泵打回流，此種方法的核心思想是將泵出口的高壓水通過導(dǎo)管引到泵的入口處，增加泵入口的壓力，從而防止出現(xiàn)汽蝕，根據(jù)飽和水的溫度不同，回流量也不同，需要詳細(xì)計(jì)算。此種方法實(shí)際上犧牲能量，換取解決汽蝕的方法。這種方式的特點(diǎn)能夠處理高溫高壓的凝結(jié)水，流程見圖3。

（2）通過多級(jí)水封定壓

此種方法為保證泵入口處壓力高于飽和壓力，凝結(jié)水經(jīng)汽水分離以后沿導(dǎo)流裝置進(jìn)入余壓利用裝置。此裝置內(nèi)部設(shè)置自動(dòng)調(diào)壓裝置，大部分采用多級(jí)水封與“U”形管原理，不同的是調(diào)壓裝置內(nèi)設(shè)置了若干個(gè)單向壓力閥，閥壓根據(jù)凝結(jié)水余壓?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)[5]。

此外，在泵的入口設(shè)置導(dǎo)流設(shè)置，保證水進(jìn)入泵吸入口的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)降水漏斗及漩渦，防止漩渦把蒸汽攜帶進(jìn)入泵體。該裝置稱為汽蝕消除裝置，原理見圖4。

該設(shè)備的特點(diǎn)是不采用打回流的辦法增加泵入口的壓力，從節(jié)能的角度效果較好，在溫度低于150℃凝結(jié)水的回收效果較好。但由于其自身設(shè)計(jì)的局限性，此種設(shè)備不宜用于高溫高壓凝結(jié)水。

1.4 蒸汽引射降溫

此種方法的核心思想是采用文丘里式蒸汽噴射器，當(dāng)高壓蒸汽通過蒸汽噴射器的時(shí)候，在噴射器的喉管部分產(chǎn)生低壓區(qū)，從而可以把低壓蒸汽引入噴射器，實(shí)現(xiàn)低壓蒸汽與高壓蒸汽混合，同時(shí)凝結(jié)水實(shí)現(xiàn)低壓閃蒸，凝結(jié)水的溫度降低，便于輸送[6]，蒸汽引射降溫方法流程見圖5。

低壓的具體數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況計(jì)算，然后調(diào)節(jié)蒸汽的入口流量，合理選擇噴射器。同時(shí)低壓蒸汽和高壓蒸汽混合，作為混合蒸汽參與工藝過程。這樣既回收了凝結(jié)水同時(shí)也回收了二次蒸汽。該方案的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是混合蒸汽的參數(shù)能夠滿足工藝要求。

2 結(jié)束語

以上介紹了凝結(jié)水回收常采用的形式，闡述了每一種回收設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)值得注意的是凝結(jié)水回收沒有固定的模式，應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況選擇一種形式，或?qū)追N形式結(jié)合，才能達(dá)到最優(yōu)的效果。

[1]楊輝，陳貴軍.高溫凝結(jié)水回收及熱能的梯級(jí)利用[J].節(jié)能，2010（1）：1-2.

[2]白瑛華.蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)中常見問題探討[J].河南化工，2008（1）：1-11.

[3]李冰.工業(yè)企業(yè)蒸汽凝結(jié)水回收可行性分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2008（11）：1-2.

[4]菜文海.蒸汽凝結(jié)水回收技術(shù)的幾個(gè)問題[J].能源與環(huán)境，2005（2）：2-3.

[5]李樹生.凝結(jié)水箱的更新?lián)Q代產(chǎn)品—凝結(jié)水回收器問世[J].能源技術(shù)，1997（3）：2.

[6]孫可君.熱泵式凝結(jié)水回收裝置在燃料場(chǎng)的應(yīng)用[J].燃料與染色，2008（8）：2-3.

Selection of Condensate Recovery Method in Petrochemical Enterprises

WANG Chun-feng，SUN Hui-shan，JIANG Ji-wei，GUO Xuan-hua

（CNPC EastChina Design Institute，Shandong Qingdao 266071，China）

Common condensate recovery methods in petrochemical enterprises were introduced.Advantages and disadvantages of open condensate recovery system were analyzed.Principle and application field of closed condensate recovery system were discussed as well as its advantages and disadvantages.It was pointed out that closed condensate recovery system was the first scheme during design of condensate recovery system.

Condensate recovery；Saving energy；Saving water

TQ085+.2

A

1671-0460（2010）02-0162-03

2009-11-11

王春峰（1979-），男，河北滄州人，碩士，工程師，2006年畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)，從事煉油廠熱工設(shè)計(jì)工作。

E-mail:wangchunfeng2010@126.com，電話：0532-83871210。