間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)壓脫氣裝置設(shè)計(jì)分析

張俊麗

摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)用水的需求量逐年增加，在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)用水中，冷卻水的用量占60%～70%以上，這就對(duì)工業(yè)冷卻用水的循環(huán)利用提出了更高的要求。采用密閉式循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)備和管道不易腐蝕，可以提高設(shè)備和管道的使用壽命，滿足工藝系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境、安全生產(chǎn)和節(jié)約資源的目的。

關(guān)鍵詞 閉式循環(huán)水系統(tǒng);穩(wěn)壓脫氣;壓力檢測(cè);溫度控制

間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是指被冷卻介質(zhì)與循環(huán)冷卻水采用間接傳熱且冷卻介質(zhì)與循環(huán)冷卻水也采用間接傳熱的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。由于閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)利用了回水背壓，冷卻水在管道內(nèi)完全密閉循環(huán)，不與大氣接觸，且內(nèi)部循環(huán)水為脫鹽水，其水質(zhì)不受周圍環(huán)境的影響，管道和設(shè)備不易腐蝕，系統(tǒng)具有節(jié)水、節(jié)能、延長設(shè)備使用壽命等特點(diǎn)。下文主要針對(duì)間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行分析論述。

根據(jù)《化學(xué)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》? GB50648-2011中3.1.7條及《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50050-2017中3.2.5條規(guī)定，間冷閉式系統(tǒng)的膨脹罐應(yīng)具有氮?dú)庾詣?dòng)調(diào)壓、水位監(jiān)測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)水與泄水以及防止空氣進(jìn)入水系統(tǒng)等功能[1]。其中膨脹罐的功能是吸收系統(tǒng)因溫度變化而產(chǎn)生的膨脹量，避免系統(tǒng)壓力急劇變化，減少安全閥的泄壓次數(shù)和自動(dòng)補(bǔ)水閥的補(bǔ)水次數(shù)。

以常規(guī)電石項(xiàng)目為例，間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)主要有閉式冷卻塔（銅質(zhì)盤管）、循環(huán)水泵、水分配器、冷卻元件、集水器、脫氣罐、穩(wěn)壓罐等組成。其工作流程為：循環(huán)水經(jīng)水泵加壓后直接送往電爐換熱設(shè)備，與被冷卻設(shè)備換熱后的循環(huán)水經(jīng)脫氣穩(wěn)壓處理后利用余壓進(jìn)入閉式冷卻塔，冷卻后循環(huán)水直接進(jìn)入循環(huán)水泵再次送往電爐換熱設(shè)備，如此往復(fù)循環(huán)。

在整個(gè)運(yùn)行過程中系統(tǒng)是密閉循環(huán)的，水質(zhì)不受外界污染。為穩(wěn)定系統(tǒng)壓力和控制系統(tǒng)補(bǔ)充水及排出系統(tǒng)中產(chǎn)生氣體，設(shè)有穩(wěn)壓罐和脫氣罐。穩(wěn)壓罐除了承受系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)熱膨脹及收縮功能以外，其重要作用是：整個(gè)密閉冷卻系統(tǒng)的水位控制、溢流閥控制、分離氣體的排放、罐體安全壓力控制、超壓閥控制以及N2氣壓力控制等功能。

以內(nèi)蒙某電石項(xiàng)目為例，循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)壓脫氣裝置主要有以下作用：

1消除系統(tǒng)中的氣體

循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)氣體能否及時(shí)排放，是系統(tǒng)壓力、流量穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。由于循環(huán)冷卻水經(jīng)過換熱設(shè)備后，回水管路中的溫度較高，當(dāng)回水管路出現(xiàn)U型時(shí)，最高點(diǎn)處容易出現(xiàn)集氣從而產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，影響冷卻元件的冷卻效果，若產(chǎn)生汽化現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)冷卻元件及管路破壞，造成更大的安全事故。故在設(shè)計(jì)中需將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的回水管路布置成一定坡度，使回水向上流動(dòng)，以便于氣體排出。針對(duì)此原則，將每組冷卻單元回水集水器安裝標(biāo)高高于給水分配器，脫氣罐、穩(wěn)壓罐安裝標(biāo)高高于回水集水器。

經(jīng)過換熱設(shè)備的循環(huán)水通過電石爐車間內(nèi)各集水器將循環(huán)回水沿一定坡度匯集至回水總管，后進(jìn)入脫氣罐。脫氣罐采用臥式儲(chǔ)罐，罐體設(shè)置氣包、排氣管口、排水口等。由于循環(huán)水從回水管進(jìn)入脫氣罐時(shí)，管徑突然變大，冷卻水流速急劇降低，從而使循環(huán)冷卻水中所含氣體分離溢出，氣體聚集在脫氣罐頂部的氣包內(nèi)，并通過氣包頂部的排氣管排至穩(wěn)壓罐內(nèi)分離氣體后排放，達(dá)到脫氣的目的。

2穩(wěn)定系統(tǒng)壓力

穩(wěn)壓罐是整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)壓力檢測(cè)和控制主要設(shè)備。為了保持密閉冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定的壓力，在罐頂設(shè)有壓力檢測(cè)，用于檢測(cè)罐內(nèi)氣體壓力。當(dāng)穩(wěn)壓罐液位下降時(shí)，穩(wěn)壓罐頂部連鎖打開補(bǔ)氣閥進(jìn)行充氮加壓;當(dāng)罐內(nèi)壓力達(dá)到目標(biāo)壓力值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)氣閥;液位上升時(shí)，自動(dòng)打開排氣閥，罐內(nèi)壓力達(dá)到目標(biāo)壓力值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉排氣閥，以此維持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

為了避免密閉冷卻系統(tǒng)與大氣中的氧接觸，穩(wěn)壓罐用氮?dú)庋a(bǔ)壓。同時(shí)充氮管線上配有減壓閥、止回閥及氣動(dòng)球閥，以保證補(bǔ)充氮?dú)鈮毫Ψ€(wěn)定在一定范圍內(nèi)，并防止氮?dú)馔ㄟ^管路回流。為防止穩(wěn)壓罐罐頂壓力過高，設(shè)有氣動(dòng)閥門連鎖進(jìn)行排氣。

3控制系統(tǒng)溫度

在電石爐生產(chǎn)過程中，需要嚴(yán)格控制并掌握循環(huán)水系統(tǒng)的回水溫度，以此來判斷系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。因此，在循環(huán)冷卻單元重要冷卻元件的回水支管上均設(shè)有流量計(jì)，其控制系統(tǒng)需記錄各個(gè)冷卻單元的出水支管密閉冷卻水的流量和溫度曲線;當(dāng)冷卻元件的回水支管密閉冷卻水的流量和溫度曲線與正常生產(chǎn)過程有偏離時(shí)，或有突變的情況時(shí)，說明電石爐冷卻對(duì)象局部過熱或有冷卻水滲漏等非正常爐況出現(xiàn)，這時(shí)，電石爐操作室會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，預(yù)警操作人員注意爐況，檢查回水集水器以及回水支管壓力情況，避免密閉冷卻水泄漏事故的發(fā)生。

4系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水功能的設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓罐內(nèi)設(shè)置液位測(cè)量裝置（可采用音叉液位計(jì)），用于罐內(nèi)液位監(jiān)控。液位計(jì)從上至下設(shè)有超高、高、補(bǔ)水、低、超低5個(gè)水位，穩(wěn)壓罐液位信號(hào)同時(shí)與循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水泵的啟停信號(hào)及補(bǔ)水管上氣動(dòng)蝶閥進(jìn)行連鎖，保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)泄漏，并自動(dòng)補(bǔ)水。其功能說明如下：

當(dāng)穩(wěn)壓罐液位超高時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)水閥、打開排水閥，待罐內(nèi)液位恢復(fù)到正常水位后，關(guān)閉排水閥;當(dāng)罐內(nèi)液位高時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)水閥;當(dāng)罐內(nèi)液位達(dá)到補(bǔ)水液位時(shí)，啟動(dòng)一臺(tái)補(bǔ)水泵、打開補(bǔ)水閥;當(dāng)罐內(nèi)液位過低時(shí)，打開第二臺(tái)補(bǔ)水泵、打開補(bǔ)水閥，同時(shí)在循環(huán)水站操作室報(bào)警;當(dāng)罐內(nèi)液位超低時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)第3臺(tái)補(bǔ)水泵，打開補(bǔ)水閥，同時(shí)在循環(huán)水操作室、電石爐操作室報(bào)警，立即檢查密閉冷卻系統(tǒng)和補(bǔ)水系統(tǒng)。

5保障系統(tǒng)安全

由于電石生產(chǎn)過程中嚴(yán)禁遇水，為了隨時(shí)檢測(cè)循環(huán)水系統(tǒng)水流的情況和快速查出事故時(shí)漏水的管道，需在電石爐系統(tǒng)的各個(gè)水分配器和集水器總進(jìn)、回水管上分別安裝流量計(jì)，當(dāng)冷卻元件進(jìn)/出水總管流量偏差異常時(shí)，電石爐操作室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，即可判斷該冷卻單元是否有水泄露情況發(fā)生。

為了安全起見，穩(wěn)壓罐內(nèi)設(shè)置液位測(cè)量裝置，液位測(cè)量裝置安裝在穩(wěn)壓罐測(cè)量筒上，監(jiān)控幾個(gè)關(guān)鍵液位高度，通過穩(wěn)壓罐液位的變化可以快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的泄漏情況，并可以在實(shí)際運(yùn)行中通過泄漏量和泄露速度設(shè)定不同的級(jí)別，來判定并采取相應(yīng)的保護(hù)安全生產(chǎn)措施（如電石爐跳閘保護(hù)、循環(huán)水補(bǔ)水、補(bǔ)氣等），同時(shí)控制補(bǔ)水系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。

6結(jié)束語

想要解決閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中所存在的問題，充分發(fā)揮穩(wěn)壓脫氣裝置的作用，更好地為工藝裝置服務(wù)，保證項(xiàng)目的安全生產(chǎn)，必須要從實(shí)際出發(fā)，考慮到各種問題的實(shí)際情況，并通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的勘察，提供相應(yīng)的預(yù)防措施與解決方案，從而實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 化學(xué)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50648-2011[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2011.