石油石化行業(yè)鍋爐凈水除氧技術(shù)的運(yùn)用

路珈 王澤鑫 惠艷蓉

1. 陜西延長石油（集團(tuán)）延安石油化工廠 陜西 延安 727406

2. 陜西延長石油（集團(tuán)）延安煉油廠 陜西 延安 727406

對于石油化工企業(yè)來說，鍋爐進(jìn)水處理系統(tǒng)長期受氧腐蝕影響，會產(chǎn)生許多小孔型或潰瘍性腐蝕，這種腐蝕對鍋爐的金屬構(gòu)件會造成嚴(yán)重的破壞，如除氧技術(shù)應(yīng)用效果不佳則會造成設(shè)備腐蝕，不僅會影響設(shè)備正常使用，甚至還有可能會發(fā)生導(dǎo)管爆炸事故，增加企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險。因此為促進(jìn)企業(yè)長久健康發(fā)展，并降低企業(yè)的經(jīng)營成本，需要加強(qiáng)對鍋爐進(jìn)水除氧技術(shù)的研究，通過技術(shù)分析選擇最適合企業(yè)的除氧技術(shù)，為企業(yè)鍋爐維護(hù)管理提供重要支持。

1 研究背景

鍋爐是石油化工企業(yè)主要的生產(chǎn)設(shè)備，在鍋爐使用過程中常溫常壓環(huán)境下鍋爐進(jìn)水的溶解氧在7～9mg/L之間，這對于金屬設(shè)備來說長期處于高氧環(huán)境下，如不能及時除氧，就會導(dǎo)致鍋爐內(nèi)壁出現(xiàn)小孔狀態(tài)腐蝕或潰瘍性腐蝕，使鍋爐受熱面出現(xiàn)大量結(jié)垢，影響鍋爐的熱效能。同時在垢面的腐蝕影響下還會縮短鍋爐的使用壽命，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)l(fā)管道爆炸等嚴(yán)重的安全事故。因此石油化工企業(yè)為保障鍋爐長期安全使用，必須定期進(jìn)行鍋爐進(jìn)水除氧。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，當(dāng)工業(yè)鍋爐進(jìn)水系統(tǒng)蒸發(fā)量大于或等于2t/h或水溫高于95°時就必須進(jìn)行除氧[1]。目前面向我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)需求有許多物理及化學(xué)除氧技術(shù)，而石油石化行業(yè)中比較常用的包括熱力除氧、真空除氧等多種常規(guī)除氧技術(shù)，其應(yīng)用效果具有一定的局限性。比如在數(shù)除氧技術(shù)應(yīng)用過程中會存在耗能高或除氧效果不佳的問題，很容易造成鍋爐二次腐蝕或鍋爐內(nèi)部污染等問題。近年來隨著我國工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，也研發(fā)出了許多新的抽除氧技術(shù)，例如膜分離除氧，作為新技術(shù)具有較高的節(jié)能性和應(yīng)用性效果。

隨著我國除氧技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前許多除氧技術(shù)都能夠?yàn)槭褪袠I(yè)鍋爐除氧提供重要支持，但是仍舊有很多企業(yè)在選擇除氧技術(shù)時存在諸多難題，因此需要對各類培除氧技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，指出除氧原理和除氧效果，為石油石化企業(yè)鍋爐進(jìn)水除氧技術(shù)應(yīng)用提供重要支持。

2 鍋爐除氧途徑

近年來隨著我國除氧技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐除氧途徑也變得更加豐富，主要除氧途徑如下。

2.1 物理除氧

物理除氧主要是依托于亨利定律，利用壓力與氣體之間的溶解度關(guān)系，在壓力的作用下使空氣與氧氣的分壓力逐漸變小，當(dāng)水溫達(dá)到100℃時氧氣的分壓力則會下降至0，溶解氧也會隨之降低。因此伴隨著氣溫不斷升高，能夠有效減少鍋爐中氧的溶解度，使水中的氧氣逐漸被排除。當(dāng)空間氧氣分子被排出水面之后，也可被轉(zhuǎn)化成其他氣體。目前在石油石化行業(yè)物理除氧是比較常用的一種除氧手段，比較常見的有熱力除氧、真空除氧和解析除氧等不同方式。

2.2 化學(xué)除氧

化學(xué)除氧主要是依托于各種化學(xué)反應(yīng)來消除鍋爐水中的氧氣，使水中的溶解氧能夠轉(zhuǎn)變成其他穩(wěn)定的金屬成分或化學(xué)化合物，最終將其消除。目前化學(xué)除氧的效果十分可靠，而且所使用的設(shè)備簡單、投資較少，往往在化學(xué)除氧工作開展過程中只需要藥箱、藥泵即可滿足工作需求。再加上化學(xué)除氧的操作方式比較靈活，因此大部分石油石化企業(yè)都會采用這樣的除氧方式。但是化學(xué)除氧的手段很容易導(dǎo)致水中的除氧藥劑殘留，難以有效清除，如除氧藥劑過量使用還會增加成本。目前比較常用的化學(xué)除氧方式包括藥劑除氧和鋼屑除氧等。

2.3 電化學(xué)除氧

電化學(xué)除氧方式是一種依托于電化學(xué)保護(hù)原理的除氧方式，能夠使鍋爐中的氧化金屬物質(zhì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，最終消耗掉水中的氧化物質(zhì)。簡單來講電化學(xué)除氧的工作原理就是將鈉離子交換器處理后的軟化水通過計量泵與亞硫酸鈉溶液混合，使亞硫酸鈉溶液混合進(jìn)入催化反應(yīng)器，與罐內(nèi)的填料催化劑快速產(chǎn)生化學(xué)催化除氧反應(yīng)，最終去除水中的氧氣。目前來看這種除氧方式與化學(xué)除氧基本類似，都是通過化學(xué)物質(zhì)使鍋爐中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但是與化學(xué)除氧方法不同的是，電化學(xué)除氧會運(yùn)用相應(yīng)的儀器和設(shè)備，使除氧更加徹底。

3 石油石化行業(yè)鍋爐進(jìn)水除氧技術(shù)對比分析

在石油石化行業(yè)不斷發(fā)展過程中，鍋爐作為主要設(shè)備，應(yīng)做好其維護(hù)管理與使用工作。而鍋爐在使用過程中所產(chǎn)生的溶解氧會對鍋爐自身造成極大的影響，必須科學(xué)應(yīng)用除氧技術(shù)去除鍋爐中的溶解氧，保障鍋爐能夠在良好的狀態(tài)下持續(xù)供熱，延長鍋爐壽命。目前石油石化工行業(yè)比較常用的除氧技術(shù)主要如下。

3.1 熱力除氧

熱力除氧是目前石油石化企業(yè)比較常用的一種除氧方式，也被廣泛應(yīng)用于企業(yè)蒸汽鍋爐水除氧。這一技術(shù)主要是依據(jù)亨利定律，讓鍋爐在加熱的過程中受到壓力的飽和溫度影響，從而降低氧氣在水中的溶解度，最終達(dá)到除氧的效果。目前來看熱力除氧能夠有效去除鍋爐中的二氧化碳、氮?dú)獾瘸Ｒ姎怏w，并且在除氧過后不會增加水中的含鹽量，對于大部分企業(yè)來說這種除氧方式相對安全，也比較簡單[2]。但是熱力除氧需要使用的蒸汽較多，鍋爐熱負(fù)荷變化十分頻繁，難以進(jìn)行人為干預(yù)和及時調(diào)整，所以具體的除氧效果無法得到有效保障。而且熱力除氧設(shè)備占地面積較大，經(jīng)常需要在室外或室內(nèi)空曠區(qū)域放置除氧設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備在使用過程中很容易出現(xiàn)冷凝水損失。尤其是在冬季使用時很容易導(dǎo)致蒸汽彌漫，管線附近凍結(jié)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，如不能及時清理，則有可能會影響設(shè)備正常使用，這也給除氧工作帶來了許多安全隱患。

當(dāng)前隨著我國石油石化行業(yè)的不斷發(fā)展，其技術(shù)能力得到了巨大提升，近年來也出現(xiàn)了很多新的熱力除氧技術(shù)和儲氧除氧設(shè)備，取得了良好的應(yīng)用效果，該技術(shù)目前的除氧效果、負(fù)荷能力、適應(yīng)能力均有所提高。因此企業(yè)在進(jìn)行熱力除氧的過程中一定要注意技術(shù)設(shè)備的及時更新，保障除氧效果。

3.2 真空除氧

真空除氧主要是依托于鍋爐中水的溫度和壓力進(jìn)行除氧工作，簡單來講真空除氧與熱力除氧的原理基本相同，但是在具體的操作過程中真空除氧會更加依賴于鍋爐中壓力，對溫度的依賴性較低。在抽樣過程中主要是通過減輕鍋爐中壓力的方式加強(qiáng)含氧水霧化，溫度30～60℃之間都可以進(jìn)行真空除氧，能夠?qū)崿F(xiàn)水面低溫狀態(tài)下除氧。對于熱力鍋爐及負(fù)荷波動較大的蒸汽鍋爐均能達(dá)到良好的除氧效果。目前真空除氧需要使用蒸汽或電力驅(qū)動到噴射式抽氣設(shè)備才能夠達(dá)到良好的應(yīng)用效果，相比起熱力除氧，真空除氧設(shè)備的占地面積較小，且噴頭在使用過程中能夠達(dá)到良好的霧化效果，擴(kuò)大了霧化面積，不僅能夠有效除氧，還能夠改善設(shè)備使用條件，即便是在冬季的使用過程中也可以有效避免凍結(jié)問題。但真空除氧技術(shù)目前仍舊存在一些缺點(diǎn)，比如該設(shè)備在使用過程中對相關(guān)條件及噴射泵等設(shè)備的要求較高，再加上設(shè)備中增加了換熱設(shè)備和循環(huán)水箱，設(shè)備維護(hù)成本較高。

目前真空除氧技術(shù)在我國石油石化企業(yè)中均得到了有效應(yīng)用，并取得了良好的除氧效果。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來石油石化企業(yè)在不斷探索經(jīng)濟(jì)高效的除氧方式，而真空除氧就是被許多石油石化企業(yè)選擇的最佳除氧方法，這一除氧方法對加熱環(huán)境的條件要求較低，操作相對便捷，除氧效果較好，因此對于大部分石油石化企業(yè)來說是一種比較理想的除氧方式。

3.3 解析除氧

解析除氧同樣是基于亨利定律采用的一種除氧方式，可以將鍋爐中的氣體與含氧水進(jìn)行混合，使溶解在水中的氧排出氣體。在實(shí)際除氧工作開展過程中，解析除氧能夠?qū)⒋幚淼乃ㄟ^鍋爐除氧泵輸送到引射器當(dāng)中，通過引射器的流通形成一定負(fù)壓，并將有氧氣體吸入，水與無氧氣體混合形成有氧氣體，在混合的過程中將混合物送入解析器當(dāng)中，解析器能夠?qū)旌衔镏械难踹M(jìn)行解析，再次將有氧氣體擴(kuò)散到無氧氣體當(dāng)中，帶氧氣體能夠通過解析器進(jìn)入汽水分離器，經(jīng)過汽水分離器之后對其進(jìn)行加熱，在溫度上升到60℃以上時就會再次進(jìn)入反應(yīng)器，與反應(yīng)器中的還原劑發(fā)生反應(yīng)，重新成為無氧氣體。解析除氧設(shè)備相對來說耗損較小，能夠無限重復(fù)使用，達(dá)到連續(xù)工作的實(shí)際效果。目前在解析除氧技術(shù)的應(yīng)用過程中解析除氧設(shè)備對安裝條件要求較高，設(shè)備需要配置單獨(dú)的地基，并預(yù)設(shè)鋼板保持反應(yīng)器底部的水平標(biāo)準(zhǔn)，同時還需要在附近安裝配電柜。在每次進(jìn)行氧氣解析工作時需要對設(shè)備的功率、壓力進(jìn)行詳細(xì)測定，保障設(shè)備能夠穩(wěn)定工作。這一技術(shù)在使用過程中不需要使用預(yù)熱技術(shù)，有效減少了蒸汽消耗，而且不需要添加任何化學(xué)藥品，安全性較高。但是設(shè)備的除氧效果不夠穩(wěn)定，在除氧過程中很難調(diào)整控制設(shè)備的除氧效果，一旦有大量二氧化碳溶入水中還會導(dǎo)致酸腐蝕，這在一定程度上影響了技術(shù)的應(yīng)用效果。

3.4 化學(xué)藥劑除氧

化學(xué)藥劑除氧也是目前比較常用的一種除氧方式，該除氧方式需要在鍋爐水中投放相應(yīng)的化學(xué)藥劑，使化學(xué)藥劑與水中的溶解氧化物反應(yīng)之后產(chǎn)生新的化合物并將化合物排出鍋爐，最終達(dá)到除氧的目的。目前這一技術(shù)主要應(yīng)用于各種中小型鍋爐，也可作為熱力除氧的補(bǔ)充技術(shù)。比較常見的化學(xué)藥劑除氧主要有三種，一是鋼屑除氧，鍋爐中的水經(jīng)過鋼屑過濾處理之后，鋼屑會被氧化并將水中的氧溶解去除，這種方式需要水溫高于70℃，鋼屑需要壓緊，降低水流流速。相對來說水流流速越低，除氧效果越好，近年來隨著除氧技術(shù)要求不斷提高，鋼屑除氧這種方式一般僅作為輔助措施或者是小型鍋爐房；二是亞硫酸鈉除氧，亞硫酸鈉是一種比較有效的除氧劑，這種方式主要是在進(jìn)水系統(tǒng)中增加亞硫酸鈉達(dá)到除氧的效果。這種除氧方式投資低、安全性高、操作也十分簡單，但是在使用過程中藥量不易，控制效果難以保障，而且還會增加鍋爐水中的含鹽量，增加污染，因此這種方法不會進(jìn)行大范圍的除氧工作，是一種比較常見的輔助除氧方式；三是聯(lián)氨除氧，目前高壓鍋爐會采用聯(lián)氨除氧的方式進(jìn)行除氧，使聯(lián)氨與鍋爐中的氧發(fā)生反應(yīng)形成氮和水，氮和水能夠有效阻止氧對鍋爐進(jìn)一步腐蝕，但是由于連聯(lián)氨具有一定的毒性，一般不會直接用于鍋爐除氧，甚至有很多單位限制使用這一除氧方式，所以也是比較常用的一種輔助除氧手段。

當(dāng)前在石油石化行業(yè)中，化學(xué)藥劑除氧的方式應(yīng)用較少，主要是以輔助除氧為主，因?yàn)檫@種除氧方式具有一定污染性和危害性。

3.5 膜分離除氧

膜分離除氧是近年來我國比較常用的一種工業(yè)除氧技術(shù)，這一技術(shù)無論是在除氧效果還是節(jié)能效果方面都有非常突出的優(yōu)勢，是除氧技術(shù)的最新研發(fā)成果。該技術(shù)主要是將需要除氧的水通過中空纖維膜進(jìn)行過濾，中空纖維膜具有較強(qiáng)的滲透率，在過濾的過程中可以達(dá)到分離空氣的目的，所以能夠有效去除水中含有的氧化物。目前這一設(shè)備的操作也非常簡單，主要是通過微電腦進(jìn)行控制，設(shè)備的自動化程度較高，設(shè)備占地面積較小。設(shè)備在使用過程中除了基本耗材之外，基本上不需要更換任何零件，設(shè)備的使用時間基本上可以超過20年。其設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也相對較低，再加上除氧效果與其他技術(shù)相比具有較大優(yōu)勢，因此這一技術(shù)目前被廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)的鍋爐除氧工作。

膜分離除氧技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)體系中除氧效果最好的技術(shù)之一，再加上其設(shè)備占地面積小、維護(hù)成本低、管理難度低的優(yōu)勢是大部分石油石化企業(yè)的首選技術(shù)。但是這一技術(shù)也存在缺點(diǎn)，如膜分離技術(shù)缺乏良好的耐藥性、耐熱性和耐溶劑能力，在使用過程中不能對腐蝕性較大的液體進(jìn)行氧氣分離，所以在技術(shù)應(yīng)用過程中也可以融合其他幾種除氧技術(shù)，達(dá)到最佳的除氧效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，目前石油石化行業(yè)中比較常用的除氧技術(shù)主要包含物理方式、化學(xué)方式和電化學(xué)方式幾種不同類型，主要技術(shù)包含熱力除氧、真空除氧、解析除氧等5種常見技術(shù)。不同技術(shù)的除氧效果存在一定差異，為保障企業(yè)鍋爐除氧效果穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況以及技術(shù)的不同特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中考慮經(jīng)濟(jì)價值、實(shí)用價值以及污染情況等不同因素選擇適合的除氧技術(shù)。相對來說，膜分離除氧技術(shù)是當(dāng)前除氧效果比較優(yōu)異的技術(shù)之一，在實(shí)際的除氧工作中，也可以搭配多種除氧技術(shù)，達(dá)到最佳的除氧效果。