鍋爐給水氧含量超標(biāo)原因分析及解決措施

榮守朋

(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

某公司硝酸裝置自2016年底建成投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)除氧后的鍋爐給水中氧含量嚴(yán)重超標(biāo)>142ppb(GB/T12145-2016要求鍋爐給水中氧含量<15×10-9)。氧含量超標(biāo)對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)的管道和設(shè)備易引起較大的腐蝕，嚴(yán)重威脅著硝酸裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)此我們進(jìn)行了認(rèn)真分析，找出了除氧不合格的原因，從設(shè)計(jì)上進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合操作，提出了可行的改進(jìn)措施和建議。

1 鍋爐水氧含量超標(biāo)原因分析

1.1 工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題

分析以往的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在工藝設(shè)計(jì)上存在以下問(wèn)題：

(1)鍋爐給水與鍋爐循環(huán)水共用一臺(tái)取樣冷卻器，易引起交叉污染。需另增加一臺(tái)取樣冷卻器,分別獨(dú)立取樣，確保樣品分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

(2)鍋爐給水和鍋爐循環(huán)水取樣器共用一根DN25冷卻水管，取樣冷卻器換熱面積小，造成冷卻效果較差，樣品的溫度不達(dá)標(biāo)，不符合分析化驗(yàn)要求。

(3)取樣點(diǎn)閥門采用的是普通閥門，影響取樣。普通閥門密封性較差，空氣會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，影響取樣結(jié)果；取樣點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理，樣品準(zhǔn)確性較差。

(4)設(shè)備請(qǐng)購(gòu)文件中未注意鍋爐給水泵機(jī)封沖洗方式的選擇，選擇的API標(biāo)準(zhǔn)中Plan32沖洗方法，采用的是外加脫鹽水沖洗方式。外加脫鹽水未經(jīng)過(guò)除氧，氧含量較高，對(duì)鍋爐給水引起二次污染，造成鍋爐給水氧含量增加。

(5)除氧器的放空管管徑和閥門通經(jīng)偏小，放空量不達(dá)標(biāo)。鍋爐水解析出的氧，不能及時(shí)排出，使除氧水中的溶解氧含量增大，影響除氧效果。除氧器內(nèi)部填料脫落，堵塞鍋爐給水泵進(jìn)口閥門，影響介質(zhì)流量。

(6)加藥裝置系統(tǒng)性差，自動(dòng)化控制水平不高，加藥量波動(dòng)大，不利于除氧。

(7)經(jīng)V0117(與除氧器配套的冷凝液閃蒸槽)返回除氧系統(tǒng)的冷凝液由除氧器塔頭底部加入，未經(jīng)過(guò)熱力除氧。

1.2 操作問(wèn)題

(1)聯(lián)胺的加入量控制不規(guī)范、不穩(wěn)定。

(2)除氧器壓力和溫度控制不穩(wěn)定，溫度在80～110℃之間大幅波動(dòng)。除氧器液位控制不穩(wěn)定，液位調(diào)節(jié)幅度過(guò)大，除氧系統(tǒng)的補(bǔ)液量時(shí)大時(shí)小。

(3)沒(méi)有嚴(yán)格按照操作規(guī)程取樣[1]，樣品有漏氣現(xiàn)象，數(shù)據(jù)失真。同時(shí)取樣時(shí)取樣介質(zhì)冷凝不充分，時(shí)常高于45℃。

1.3 設(shè)備問(wèn)題[2]

除氧系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)鍋爐給水進(jìn)口有堵塞現(xiàn)象，清理發(fā)現(xiàn)是由于除氧器填料下漏進(jìn)入鍋爐給水泵進(jìn)口管線造成。同時(shí)在除氧器頂部放空管線和除氧器頂部壓板上均發(fā)現(xiàn)有填料存在。經(jīng)分析出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是設(shè)備自身存在問(wèn)題，設(shè)備填料支撐板和壓板強(qiáng)度不夠，間隙過(guò)大。

加藥系統(tǒng)采用的傳統(tǒng)手動(dòng)加藥設(shè)備，加藥系統(tǒng)存在的系統(tǒng)性差和波動(dòng)大的缺陷，加藥量控制不穩(wěn)定。

2 解決鍋爐水氧含量超標(biāo)的措施[3]

2.1 進(jìn)行工藝技術(shù)改造

(1)新增一臺(tái)鍋爐給水取樣冷卻器，分別獨(dú)立取樣，避免鍋爐給水與鍋爐循環(huán)水交叉污染，保證樣品的代表性。且應(yīng)適當(dāng)增大取樣器的換熱面積，經(jīng)過(guò)工藝計(jì)算，在要求的水溫下，能夠達(dá)到樣品流量要求，保證了取樣分析化驗(yàn)所需的條件。并要求及時(shí)檢查、更換取樣器內(nèi)冷卻盤管，防止盤管結(jié)垢影響冷卻效果。

(2)獨(dú)立引用鍋爐給水取樣冷卻器和鍋爐循環(huán)水取樣冷卻器冷卻水，增大循環(huán)水流量，提高取樣冷卻器冷卻效果，確保樣品溫度滿足分析化驗(yàn)要求。

(3)取樣點(diǎn)采用專用針閥設(shè)計(jì)。其中靠近工藝管線設(shè)置高質(zhì)量切斷閥，用于在取樣系統(tǒng)故障時(shí)切斷樣品采集系統(tǒng)與工藝管線，在實(shí)際操作中為常開(kāi)閥。下部的取樣閥門為專用針型閥，通過(guò)該針型閥使樣品降壓，針型閥后通過(guò)快速接頭與樣品取樣容器相連。增加系統(tǒng)的密閉性，保證樣品的準(zhǔn)確性。

為取得具有代表性的樣品，取樣管的接管位置選取很重要。這主要與管道中介質(zhì)流動(dòng)形態(tài)密切相關(guān)。介質(zhì)在管道內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中，由于流動(dòng)邊界層的存在，在管道的中心部分為流體的主動(dòng)流動(dòng)，而在管道的側(cè)壁，由于管壁的粘帶作用使流體流動(dòng)出現(xiàn)邊壁效應(yīng)，邊壁處流體的流動(dòng)呈滯后狀態(tài)。因此，對(duì)化工裝置的取樣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為得到典型樣品，嚴(yán)格的做法是取管道內(nèi)徑的1/3～2/3處，達(dá)到流體主動(dòng)流動(dòng)部分取樣，以確保樣品準(zhǔn)確且有代表性。

(4) P0103鍋爐給水泵的機(jī)封水由外加脫鹽水改為自沖洗水(鍋爐給水)，即從P0103鍋爐給水泵出口引機(jī)封沖洗水，避免使用外加脫鹽水做機(jī)封水引起的二次污染。如圖1。

圖1 改造流程圖

(5)調(diào)整除氧器放空閥門開(kāi)度，使解析出來(lái)的溶解氧充分排空。

除氧水經(jīng)過(guò)蒸汽加熱，達(dá)到該壓力下的飽和溫度，水中的溶解氧則從除氧器頂部放空閥門排出，如果閥門開(kāi)度過(guò)大，雖然能達(dá)到除去溶解氧效果，但同時(shí)會(huì)有大量蒸汽逸出，造成熱量及汽水損失；閥門關(guān)閉或開(kāi)度較小，則解析出來(lái)的氣體無(wú)法排出，氣體分壓隨之增加，影響對(duì)蒸汽對(duì)除氧水的加熱，阻礙了除氧器頂部的除氧作用，使除氧水中的溶解氧含量增大。同時(shí)排氣管道應(yīng)盡量減少?gòu)濐^的設(shè)置，降低排氣阻力，防止冬季時(shí)排氣管線內(nèi)的疏水凍結(jié)阻礙氧氣排空。

將溫度、負(fù)荷、最佳進(jìn)水溫度控制在最佳結(jié)果內(nèi)，矯正放空閥門開(kāi)度，依次為1/5、1/4/、1/3、1/2、1轉(zhuǎn)，每次改變依次穩(wěn)定在0.5h。并且每隔10min測(cè)定一次含量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出最佳放空閥門開(kāi)度為1/2，此時(shí)的霧化度最好，利于水中溶解氧的析出。

對(duì)除氧器內(nèi)部填料進(jìn)行更換。采用新型高效SW系列網(wǎng)孔波紋填料，改造后鍋爐給水與蒸汽能夠進(jìn)行充分接觸，加熱到飽和溫度并進(jìn)行深度除氧，除氧效果顯著。同時(shí)解決了鍋爐水給水泵進(jìn)口閥門被堵以及汽水分布不均的問(wèn)題。

(6)采用一體化先進(jìn)成套的加藥設(shè)備，設(shè)備采用自動(dòng)閉環(huán)控制工藝?？朔藗鹘y(tǒng)加藥設(shè)備存在的系統(tǒng)性差的缺陷，工藝性能更優(yōu)化，效果顯著。

2.2 規(guī)范操作

(1)加強(qiáng)加藥系統(tǒng)的配藥和加藥管理，嚴(yán)格按照配藥及加藥系統(tǒng)操作規(guī)程操作，做到標(biāo)準(zhǔn)化配藥和加藥。

(2)規(guī)范工藝操作，嚴(yán)格控制除氧器的壓力，均衡進(jìn)水，調(diào)整時(shí)做到"少量多次"，避免有大的波動(dòng)；控制除氧器水位，以利于除氧水在水箱內(nèi)進(jìn)一步擴(kuò)散除氧；控制除氧器進(jìn)汽壓力和流量，以利于除氧器水溫的穩(wěn)定，保證含氧量合格。

2.3 分析取樣方法

取樣的方法是否科學(xué)有效，對(duì)于分析結(jié)果的準(zhǔn)確與否起到至關(guān)重要的作用。取樣操作正確與否, 決定抽檢樣品是否有代表性, 也決定樣品檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。若分析取樣方法不科學(xué)、不正確, 其后所有的工作都是做無(wú)用功, 甚至耽誤生產(chǎn)、 造成損失。

分析專業(yè)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)操作手冊(cè)及規(guī)范，并總結(jié)了取樣方法和分析方法，規(guī)范操作，嚴(yán)格控制取樣點(diǎn)的溫度，密閉取樣，減少分析偏差。

3 改造后運(yùn)行效果

3.1 鍋爐給水泵機(jī)封沖洗水改造前

P0103鍋爐給水泵機(jī)封沖洗水改造前，先完成了鍋爐給水取樣冷卻器的增設(shè)，并將取樣冷卻器的冷卻水由二次水改成了一次水；規(guī)范工藝和分析操作；嚴(yán)格加藥配藥量的控制；強(qiáng)化除氧器溫度和壓力的控制。鍋爐給水中的氧含量得到了一定的控制，能將氧含量控制在50×10-9以下。裝置運(yùn)行后需要較長(zhǎng)時(shí)間后鍋爐給水中的氧含量才能穩(wěn)定，每次裝置開(kāi)車后需要經(jīng)過(guò)約4～5天才能將氧含量控制到35×10-9以下。

3.2 鍋爐給水泵機(jī)封沖洗水改造后

工藝改造方案評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，于2017年3月完成了P0103鍋爐給水泵機(jī)封沖洗水的改造。P0103鍋爐給水泵機(jī)封沖洗水改造完成后，硝酸裝置于3月30日開(kāi)車，4月1日鍋爐給水中的氧含量下降至小于15×10-9，隨后的運(yùn)行中甚至降低至小于10×10-9。4～6月裝置數(shù)次開(kāi)車后，鍋爐給水中的氧含量一直合格，數(shù)值均小于15×10-9。

3.3 改造前后鍋爐給水分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.3.1 技術(shù)改造前分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

技術(shù)改造前分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 技術(shù)改造前分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

注：以上統(tǒng)計(jì)的僅選取2016年技術(shù)改造前具有代表性的數(shù)據(jù)，鍋爐給水中的氧含量一直不合格(>142×10-9)。

3.3.2 技術(shù)改造后分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

技術(shù)改造后分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 技術(shù)改造后分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)過(guò)分析對(duì)比和實(shí)際運(yùn)行情況說(shuō)明降低鍋爐給水中的氧含量技術(shù)改造是成功的。

4 結(jié)論

以上措施實(shí)施后，鍋爐給水溶解氧含量降低至15×10-9以下。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行近2年來(lái)，鍋爐給水溶解氧含量一般穩(wěn)定在15×10-9左右，除氧效果明顯，合格率大于100%，消除了硝酸裝置廠周期穩(wěn)定運(yùn)行的安遠(yuǎn)隱患，同時(shí)減少鍋爐給水系統(tǒng)對(duì)設(shè)備、管道腐蝕，在延長(zhǎng)其使用壽命方面起到了很好的作用。如果鍋爐給水氧含量長(zhǎng)期超標(biāo)嚴(yán)重，將會(huì)縮短鍋爐給水系統(tǒng)的使用壽命，裝置需提前進(jìn)行設(shè)備、管道更換，每次更換設(shè)備和管道會(huì)增加投資，因此該技術(shù)改進(jìn)間接為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，也為整個(gè)公司的穩(wěn)定生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力保障。