慶陽(yáng)石化公司凝水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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簡(jiǎn)介：本文簡(jiǎn)要介紹其蒸汽（工藝用汽和采暖、伴熱用汽）凝結(jié)水回收、處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是回收設(shè)備的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，回收方案的擬定。節(jié)能分析通過(guò)成本核算強(qiáng)調(diào)了在蒸汽系統(tǒng)中冷凝水回收，效益是十分可觀的。
關(guān)鍵字：回收泵 疏水閥 蒸汽泄漏

1．概況

慶陽(yáng)石化公司是隨長(zhǎng)慶油田開(kāi)發(fā)而興建的小型石油化工企業(yè)，該公司建廠時(shí)由于規(guī)模相對(duì)較小，設(shè)計(jì)的蒸汽系統(tǒng)沒(méi)有考慮凝結(jié)水的回收，隨著公司的發(fā)展，建筑面積的增多，水源的日益緊張，以及人們環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能意識(shí)的提高，要求盡快對(duì)全廠凝水系統(tǒng)進(jìn)行回收改造。

全廠凝水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍包括以下三部分：

⑴ 凝結(jié)水回收泵站系統(tǒng)。

⑵ 管道系統(tǒng)。各凝結(jié)水回收泵站到鍋爐冷凝水儲(chǔ)存水箱的管道布置。

⑶ 鍋爐房?jī)?nèi)冷凝水儲(chǔ)水箱系統(tǒng)。包括冷凝水箱接管系統(tǒng)布置﹑保溫等。

2．回收設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

本工程難點(diǎn)在于各裝置內(nèi)所用蒸汽管線小而數(shù)量多，因此宜在各裝置內(nèi)布置凝結(jié)水回收設(shè)備，特別是常壓、催化、聚丙烯三大車間對(duì)設(shè)備的安全性，可靠性要求較高，這就要求凝水回收設(shè)備安全，可靠，運(yùn)行簡(jiǎn)便，穩(wěn)定。改造后要體現(xiàn)出節(jié)水、節(jié)能的特點(diǎn)。同時(shí)，擬定方案時(shí)要考慮到本工程用蒸汽作動(dòng)力源比用電方便，設(shè)備占地要少，要求易于施工等因素。

2.1 回收設(shè)備技術(shù)分析

長(zhǎng)期以來(lái)，由于蒸汽疏水設(shè)備質(zhì)量不過(guò)關(guān)或由于選型不當(dāng)，疏水閥安裝上之后，不是疏水不暢，就是跑冒滴漏嚴(yán)重，成為企業(yè)的文明生產(chǎn)的嚴(yán)重隱患。不僅如此，在冷凝水回收系統(tǒng)中，還可能由于一些低質(zhì)量的疏水閥有很高的泄漏率，往往會(huì)造成冷凝水回水管線壓力過(guò)高，影響其它疏水閥的正常工作，造成凝結(jié)水不能回收，甚至影響生產(chǎn)，導(dǎo)致更大的能源浪費(fèi)?？梢?jiàn)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)中，解決了疏水閥和凝結(jié)水回收裝置等設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題，就等于抓住了解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

阿姆斯壯國(guó)際公司是世界著名的蒸汽管網(wǎng)設(shè)備生產(chǎn)商，它的發(fā)展至今已經(jīng)有近百年的歷史。在不斷的更新和適應(yīng)市場(chǎng)的過(guò)程中，形成了其獨(dú)到的的產(chǎn)品性能：加工精密，設(shè)計(jì)合理，蒸汽泄漏率低（〈 3‰），運(yùn)行可靠。下面就其疏水閥和凝結(jié)水回收裝置的技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品做一比較

2.1.1 疏水閥的比較

目前廠家所普遍采用的熱靜力型疏水閥，不能達(dá)到溫度要求，因此只能排放掉一部分蒸汽。這樣不但浪費(fèi)了大量蒸汽，而且使得罐區(qū)周圍一年四季都是蒸汽籠罩，特別是冬季，泄漏的蒸汽更多。這不僅浪費(fèi)了能源，同時(shí)也造成了環(huán)境污染。是與當(dāng)今文明生產(chǎn)的要求很不協(xié)調(diào)的。

倒置桶型型疏水器是美國(guó)阿姆斯壯公司專利產(chǎn)品，其特點(diǎn)具有耐磨損，耐腐蝕，耐水擊特性；在背壓時(shí)也可正常工作；能夠連續(xù)排放空氣和二氧化碳；運(yùn)行工作可靠，免除污物的困擾；無(wú)蒸汽損失[蒸汽泄露率3‰遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5%的允許泄露率]；獨(dú)特的自我清洗作用。 原理：根據(jù)蒸汽和水比重不同進(jìn)行工作。

工作壓力：0- 18.6Mpa, 最高溫度：538℃，排量：0- 9072Kg/h；

材質(zhì)：內(nèi)件—不銹鋼，閥體—鑄鐵，不銹鋼，鍛鋼，鍛鋼。

2.1.2 凝結(jié)水自動(dòng)回收泵的比較

阿姆斯壯凝結(jié)水自動(dòng)泵是專門(mén)為高溫凝結(jié)水的加壓回收所設(shè)計(jì)。適用場(chǎng)合：適用常壓或帶壓（真空～0.7Mpa）高溫?zé)崴淖詣?dòng)加壓泵，狹窄的場(chǎng)地，真空疏水。特點(diǎn)：無(wú)汽蝕，無(wú)土建，無(wú)維修，無(wú)配電，無(wú)密封損壞和泄漏。設(shè)備性能比較見(jiàn)表1

表1 阿姆斯壯凝結(jié)水自動(dòng)回收泵與普通泵比較

經(jīng)過(guò)設(shè)備性能比較后，選用了阿姆斯壯公司生產(chǎn)的凝水自動(dòng)泵（雙泵）和疏水閥。根據(jù)裝置分布及冷凝液排量設(shè)立泵站。

各泵站技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2

表2 各泵站技術(shù)參數(shù)

回水泵站編號(hào)凝結(jié)水量(kg/h)蒸汽壓力(Mpa)自動(dòng)泵型號(hào)背壓(Mpa)單臺(tái)流量×臺(tái)數(shù)(kg/h)備注1#(異構(gòu)化)13200.85PT-2040.3871×2室外布置2#(常壓)21800.85PT-2060.31134×2室外布置3#(催化)55000.85PT-3080.34264×2室外布置4#(聚丙烯)120000.85PT-5160.314494×1室外布置5#(球罐)6000.85PT-2040.3871×1室外布置6#(罐區(qū))11000.85PT-2060.31134×1室外布置7#（動(dòng)力）      7#(重整加氫)65000.85PT-3040.34264×2預(yù)留8#(新球罐)6000.85PT-2040.3871×1預(yù)留9#(新罐區(qū))2000.85PT-2040.3871×1預(yù)留

3、除油除鐵設(shè)備技術(shù)比較

凝結(jié)水回收系統(tǒng)中，除油、除鐵系統(tǒng)是非常重要的組成部分，也是技術(shù)含量及精度要求最高的部分，如果回收的凝結(jié)水含油、含鐵量超過(guò)鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)造成整個(gè)回收利用前功盡棄。

為了實(shí)現(xiàn)冷凝水合理利用，改善冷凝水水質(zhì)，首先必須采用先進(jìn)的高效率、高精度冷凝水除油工藝。由大連多幫科技商務(wù)有限公司開(kāi)發(fā)的HY系列油水自動(dòng)分離、分別回收裝置，運(yùn)用“阻截除油”新理念，獲得兩項(xiàng)國(guó)家專利技術(shù)及一項(xiàng)專有技術(shù)，除原油和瀝青外，對(duì)其它油類及脂類均有高效、高精度的油（脂）水分離功能，根據(jù)進(jìn)水的水質(zhì)情況及用戶的需要，油水分離的精度可以達(dá)到≤20、10、5、0.5、0.3、0.1㎎/L。進(jìn)入裝置的待處理含油水的水溫可以達(dá)到80℃以上，其容忍含油量可以達(dá)到500㎎/L，短時(shí)間可耐1000㎎/L的沖擊。

該裝置已在國(guó)內(nèi)多家大型石化企業(yè)獲得成功的應(yīng)用，取得了十分明顯的效益。根據(jù)多年來(lái)HY系列阻截除油裝置在石化企業(yè)冷凝水除油項(xiàng)目上的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于公司冷凝水除油項(xiàng)目，該裝置是完全適用的。

3.1、“阻截除油”技術(shù)工藝原理及流程簡(jiǎn)介

“阻截除油”是一種完全不同于吸附的全新的油水分離技術(shù)，它利用獨(dú)特的HK纖維構(gòu)成一種膜材料——HK阻截膜來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水中憎水性分散質(zhì)的分離。當(dāng)HK阻截膜浸沒(méi)于水中后，膜的HK纖維就會(huì)與水發(fā)生水合反應(yīng)，從而在纖維表面形成一層均勻、致密、牢固的結(jié)合水膜，這時(shí)它就體現(xiàn)出極強(qiáng)的憎油特性。HK阻截膜中的HK纖維密度足以使成膜纖維上的結(jié)合水膜相互重疊，這樣該膜就形成了以HK纖維為骨架，結(jié)合水為組織的一個(gè)有機(jī)整體。當(dāng)含油的水要透過(guò)這張活化了的HK阻截膜時(shí)，給水以適當(dāng)?shù)膲毫?，?lái)水側(cè)的水分子即可與膜內(nèi)水分子發(fā)生置換透過(guò)，而油等憎水性分散質(zhì)則不能與膜內(nèi)水分子發(fā)生置換被選擇性的阻截，從而成功地實(shí)現(xiàn)了油水分離，這種效應(yīng)被定義為動(dòng)態(tài)選擇阻透膜效應(yīng)，從現(xiàn)象上看，這是一種在一定條件下實(shí)現(xiàn)用水來(lái)濾水的水處理工藝。由于HK阻截膜的成膜纖維被結(jié)合在其上的水所嚴(yán)密覆裹，在工作過(guò)程中被阻擋下來(lái)的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，只能存留在膜外表面，隨著存留在膜外表面油粒的不斷增加，油粒相互間發(fā)生碰撞凝聚而逐步形成油粒在浮力作用下浮升，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了油水分離的目標(biāo)。

HY系列阻截油水分離裝置就是根據(jù)“阻截”除油新理念利用專利的HK阻截膜設(shè)計(jì)制造出來(lái)的高效率除油設(shè)備。用不同精度等級(jí)的HK阻截膜制成相應(yīng)的阻截除油單元，來(lái)分離水中不同分散程度的油類物資，根據(jù)用戶的具體除油精度要示，合理組合，分級(jí)處理，組成合適的油水分離系統(tǒng)裝置。

按照公司冷凝水除油回收的要求，采用HY20BR-X-Ⅱ型冷凝水油水分離系統(tǒng)裝置，即可實(shí)現(xiàn)含油冷凝水高效除油、優(yōu)質(zhì)回收的目的。該型油水分離系統(tǒng)裝置由四罐串聯(lián)組成：

第一級(jí)為抗御緩解事故沖擊用屏障工藝段，該罐主要用來(lái)做大油量泄漏時(shí)的預(yù)屏障緩沖負(fù)荷的作用，同時(shí)可濾除冷凝水中的懸浮物，對(duì)后繼處理段起保護(hù)作用，內(nèi)裝填料長(zhǎng)效、可再生。

第二級(jí)為富集阻截工藝段，用來(lái)去除水中的懸浮油和較大顆粒的乳化分散油粒。

第三級(jí)為復(fù)合阻截工藝段，用來(lái)分離水中的乳化油。

第四級(jí)為掃描捕集及終端禁油工藝段，在此罐內(nèi)水中高度分散的油份（化學(xué)溶解擴(kuò)散）被捕集、凝聚后由高精度阻截膜單元分離去除，從而確保出水含油量小于0.5mg/L。

具體工藝流程詳見(jiàn)后附圖。

3.2、技術(shù)特點(diǎn)

HY30BR-X-Ⅱ型冷凝水除油裝置除油過(guò)程是一個(gè)純物理過(guò)程，無(wú)需任何藥劑，除油后，可以很好地保持冷凝水水質(zhì)。在國(guó)內(nèi)多家特大型石化企業(yè)工業(yè)應(yīng)用的實(shí)踐證明，該種裝置具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，進(jìn)水含油量在較大幅度范圍內(nèi)（0~1000 mg/L）波動(dòng)時(shí)均能保持出水含油量在指標(biāo)范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)冷凝水的基本全額回收，無(wú)需高油量時(shí)排放。全周期內(nèi)無(wú)反洗，再生操作，運(yùn)行管理十分簡(jiǎn)便，無(wú)需專門(mén)設(shè)崗，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人崗位操作?？梢栽谳^高的水溫條件下運(yùn)行（58~80 ℃），從而可以保持一定的耗能。能耗、物耗水平極低，該系統(tǒng)裝置運(yùn)行中的唯一能耗僅是一般的水泵耗電，運(yùn)行中不產(chǎn)生任何水耗、藥耗。

3.3、阻截除油技術(shù)與傳統(tǒng)油水分離技術(shù)的區(qū)別

1、具有很高的除油精度和長(zhǎng)周期運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠。

2、對(duì)來(lái)水含油量的要求不苛刻。

3、設(shè)備運(yùn)行期間，無(wú)需反沖洗，也無(wú)需添加任何藥劑，操作極為簡(jiǎn)單。

4、具有極高的回收效率

5、徹底實(shí)現(xiàn)油水分離，分離出的油可回收。

6、可對(duì)除油裝置的精度做量化設(shè)計(jì)控制

7、高溫運(yùn)行、節(jié)能效果良好

8、具有自動(dòng)排除油污染事故的自我凈化能力

9、運(yùn)行費(fèi)用低，投資回收期短。

4、凝水回收設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性比較

4.1節(jié)水分析

回收的凝結(jié)水總量為所有泵站的凝結(jié)水量，具體為：

1320+2180+5500+12000+600+1100+6500+600+200=30000(kg/h)=30.00(噸/h)

每年按照運(yùn)行三個(gè)月計(jì)算（冬季用量）：

3*30*24*30.00=64800(噸/年)

夏季冷凝水回收量

9*30*24*10=64800(噸/年)

全年總計(jì)回收量 64800+64800=129600(噸/年)=12.96(萬(wàn)噸/年)

可見(jiàn)，對(duì)全廠凝水系統(tǒng)進(jìn)行回收改造后，每年可以節(jié)約用水12.96萬(wàn)噸，這在全球淡水日益緊張的今天，對(duì)保護(hù)環(huán)境，合理利用資源是非常有利的。

4.2 節(jié)能分析

在蒸汽系統(tǒng)中，最有效的節(jié)能方法是合理利用所有有價(jià)值的熱能，隨壓力的不同，存在于疏水器內(nèi)的凝結(jié)水含有從鍋爐中帶來(lái)的約20%的顯熱熱能。

有效回收凝結(jié)水可以減少以下成本：

⑴、減少預(yù)熱補(bǔ)水所節(jié)約的燃料/能源成本

⑵、鍋爐補(bǔ)水及污水處理所需費(fèi)用

⑶、減少排污費(fèi)

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)70～90℃的冷凝水價(jià)格測(cè)算，價(jià)格最低也要達(dá)到12~15元/噸。

全年回收冷凝水量12.96萬(wàn)噸折合：

129600 × 12 =155.52萬(wàn)元

降低蒸汽泄漏率折算

國(guó)標(biāo)規(guī)定蒸汽疏水閥泄漏率應(yīng)小于5%，同時(shí)所有疏水閥完好率達(dá)到90%即為合格。冷凝水回收量按蒸汽用量的80%計(jì)算，其蒸汽用量為

30.00/0.8=37.5噸/h

根據(jù)新安裝的阿姆斯壯疏水閥的使用情況，蒸汽泄漏率≤ 3‰，每小時(shí)可以節(jié)約1噸蒸汽。每年則可節(jié)約蒸汽：

每小時(shí)節(jié)約蒸汽量 = 37.5 × 5% = 1.875 噸/h

每月節(jié)約蒸汽量 = 1.875 × 24 × 30 =1350噸/月

每年按照運(yùn)行三個(gè)月計(jì)算（僅考慮冬季節(jié)約蒸汽量）

全年節(jié)約蒸汽量 =1350 × 3 = 4050噸/年

國(guó)內(nèi)每噸蒸汽價(jià)格為：80~110元，安裝Armstrong疏水閥一年節(jié)約蒸汽4050噸折合：

4050 × 100 = 40，5000.00元（40.5萬(wàn)元人民幣）

回收冷凝水所需能源

阿姆斯壯冷凝水自動(dòng)回收泵采用蒸汽或壓縮空氣為動(dòng)力，回收1噸冷凝水只消耗蒸汽2~3公斤。

回收12.96萬(wàn)噸冷凝水消耗蒸汽量 = 129600 × 0.003 =388.8噸

回收12.96萬(wàn)噸冷凝水消耗蒸汽折合：

388.8 × 100元/噸 = 3.844萬(wàn)元

除油除鐵運(yùn)行費(fèi)用：濾料更換9萬(wàn)元/年，電功率13KW，0.45元/度計(jì)，電費(fèi)共計(jì)5萬(wàn)元/年。合計(jì)14萬(wàn)元/年。

回收部分冷凝水，減少了污水處理站負(fù)荷，節(jié)省污水處理成本及排污費(fèi)用：

129600×1.0/10000=12.96萬(wàn)元/年

129600×0.5/10000=6.48萬(wàn)元/年

當(dāng)年效益，節(jié)約蒸汽價(jià)值40.5萬(wàn)元+回收冷凝水價(jià)值155.52萬(wàn)元+12.96+6.48 – 回收12.96萬(wàn)噸冷凝水消耗蒸汽價(jià)值3.844萬(wàn)元-除油除鐵運(yùn)行費(fèi)用14萬(wàn)元=197.616萬(wàn)元人民幣。

該冷凝水回收及處理系統(tǒng)的投資在320萬(wàn)元以內(nèi)，在一年運(yùn)行期內(nèi)，就可以節(jié)省197.616萬(wàn)元?？梢?jiàn)蒸汽系統(tǒng)的冷凝水回收，效益是十分可觀的。

5. 回收方案

凝結(jié)水回收管網(wǎng)設(shè)一個(gè)系統(tǒng)，各加熱或伴熱線末端增設(shè)疏水閥，在各個(gè)回收泵站的凝水自動(dòng)泵前，一律加設(shè)擴(kuò)容裝置。為了避免系統(tǒng)的總回收水箱冒汽，在水箱內(nèi)增加水噴淋旁路，并在總排大氣管道上加特制的消汽裝置。凝水自動(dòng)泵配管如下圖所示。對(duì)回收回來(lái)的凝結(jié)水經(jīng)除油、除鐵處理裝置達(dá)到鍋爐進(jìn)水指標(biāo)后進(jìn)入除氧器。

圖1－凝水自動(dòng)泵配管圖

1—凝結(jié)水自動(dòng)泵 2—消汽裝置 3—膨脹罐 4—疏水器 5—逆止閥

6—流量調(diào)節(jié)閥 7—截止閥 8—過(guò)濾器 9—壓力表

10—溫度計(jì) 11—橡膠墊 12—放水閥

參考資料：國(guó)家電力公司東北電力設(shè)計(jì)院 徐坤《大連輝瑞凝水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

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