凝水回收設計

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摘要：摘要：本文簡要介紹其蒸汽（工藝用汽和采暖、伴熱用汽）凝結水回收、處理系統的設計，重點是回收設備的綜合技術經濟比較，回收方案的擬定。節能分析通過成本核算強調了在蒸汽系統中冷凝水回收，效益是十分可觀的。

關鍵詞：回收泵疏水閥蒸汽泄漏

1．概況

慶陽石化公司是隨長慶油田開發而興建的小型石油化工企業，該公司建廠時由于規模相對較小，設計的蒸汽系統沒有考慮凝結水的回收，隨著公司的發展，建筑面積的增多，水源的日益緊張，以及人們環保、節水、節能意識的提高，要求盡快對全廠凝水系統進行回收改造。

全廠凝水回收系統設計范圍包括以下三部分：

⑴凝結水回收泵站系統。

⑵管道系統。各凝結水回收泵站到鍋爐冷凝水儲存水箱的管道布置。

⑶鍋爐房內冷凝水儲水箱系統。包括冷凝水箱接管系統布置﹑保溫等。

2．回收設備技術經濟比較

本工程難點在于各裝置內所用蒸汽管線小而數量多，因此宜在各裝置內布置凝結水回收設備，特別是常壓、催化、聚丙烯三大車間對設備的安全性，可靠性要求較高，這就要求凝水回收設備安全，可靠，運行簡便，穩定。改造后要體現出節水、節能的特點。同時，擬定方案時要考慮到本工程用蒸汽作動力源比用電方便，設備占地要少，要求易于施工等因素。

2.1回收設備技術分析

長期以來，由于蒸汽疏水設備質量不過關或由于選型不當，疏水閥安裝上之后，不是疏水不暢，就是跑冒滴漏嚴重，成為企業的文明生產的嚴重隱患。不僅如此，在冷凝水回收系統中，還可能由于一些低質量的疏水閥有很高的泄漏率，往往會造成冷凝水回水管線壓力過高，影響其它疏水閥的正常工作，造成凝結水不能回收，甚至影響生產，導致更大的能源浪費?？梢娬羝芫W系統中，解決了疏水閥和凝結水回收裝置等設備質量問題，就等于抓住了解決問題的關鍵。

阿姆斯壯國際公司是世界著名的蒸汽管網設備生產商，它的發展至今已經有近百年的歷史。在不斷的更新和適應市場的過程中，形成了其獨到的的產品性能：加工精密，設計合理，蒸汽泄漏率低（〈3‰），運行可靠。下面就其疏水閥和凝結水回收裝置的技術參數及特點與國內產品做一比較

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，不能達到溫度要求，因此只能排放掉一部分蒸汽。這樣不但浪費了大量蒸汽，而且使得罐區周圍一年四季都是蒸汽籠罩，特別是冬季，泄漏的蒸汽更多。這不僅浪費了能源，同時也造成了環境污染。是與當今文明生產的要求很不協調的。

倒置桶型型疏水器是美國阿姆斯壯公司專利產品，其特點具有耐磨損，耐腐蝕，耐水擊特性；在背壓時也可正常工作；能夠連續排放空氣和二氧化碳；運行工作可靠，免除污物的困擾；無蒸汽損失[蒸汽泄露率3‰遠遠低于5%的允許泄露率]；獨特的自我清洗作用。原理：根據蒸汽和水比重不同進行工作。

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

材質：內件—不銹鋼，閥體—鑄鐵，不銹鋼，鍛鋼，鍛鋼。

2.1.2凝結水自動回收泵的比較

阿姆斯壯凝結水自動泵是專門為高溫凝結水的加壓回收所設計。適用場合：適用常壓或帶壓（真空～0.7mpa）高溫熱水的自動加壓泵，狹窄的場地，真空疏水。特點：無汽蝕，無土建，無維修，無配電，無密封損壞和泄漏。設備性能比較見表1

表1阿姆斯壯凝結水自動回收泵與普通泵比較

特性armstrong凝結水自動回收機組其他類型回收裝置

動力源蒸氣電

耗能低高

安裝簡單,只需管工一種專業,無土建即需管工又需電工且需建造泵房

維護設備采用自動工作,無需專人維護需要專人定期維護及清洗儲罐

壽命連續使用可達6年以上因汽蝕造成一般使用壽命為1~2年

備件無需配置額外配置備用泵、葉片及軸封

控制形式設備本體實現自動控制需專門自控系統操作,結構復雜不可靠

使用效果無蒸汽及冷凝水泄露因汽蝕造成漏汽跑水

可靠性與工廠蒸汽源同步若停電,不能工作,造成冷凝水溢流

故障處理可不停機更換機件必須停汽停電停工更換

經過設備性能比較后，選用了阿姆斯壯公司生產的凝水自動泵（雙泵）和疏水閥。根據裝置分布及冷凝液排量設立泵站。

各泵站技術參數見表2

表2各泵站技術參數

回水泵站編號凝結水量(kg/h)蒸汽壓力(mpa)自動泵型號背壓(mpa)單臺流量×臺數(kg/h)備注

1#(異構化)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)11000.85pt-2060.31134×1室外布置

7#（動力）

7#(重整加氫)65000.85pt-3040.34264×2預留

8#(新球罐)6000.85pt-2040.3871×1預留

9#(新罐區)2000.85pt-2040.3871×1預留

3、除油除鐵設備技術比較

凝結水回收系統中，除油、除鐵系統是非常重要的組成部分，也是技術含量及精度要求最高的部分，如果回收的凝結水含油、含鐵量超過鍋爐給水水質標準，就會造成整個回收利用前功盡棄。

為了實現冷凝水合理利用，改善冷凝水水質，首先必須采用先進的高效率、高精度冷凝水除油工藝。由大連多幫科技商務有限公司開發的hy系列油水自動分離、分別回收裝置，運用“阻截除油”新理念，獲得兩項國家專利技術及一項專有技術，除原油和瀝青外，對其它油類及脂類均有高效、高精度的油（脂）水分離功能，根據進水的水質情況及用戶的需要，油水分離的精度可以達到≤20、10、5、0.5、0.3、0.1㎎/l。進入裝置的待處理含油水的水溫可以達到80℃以上，其容忍含油量可以達到500㎎/l，短時間可耐1000㎎/l的沖擊。

該裝置已在國內多家大型石化企業獲得成功的應用，取得了十分明顯的效益。根據多年來hy系列阻截除油裝置在石化企業冷凝水除油項目上的成功應用經驗，對于公司冷凝水除油項目，該裝置是完全適用的。

3.1、“阻截除油”技術工藝原理及流程簡介

“阻截除油”是一種完全不同于吸附的全新的油水分離技術，它利用獨特的hk纖維構成一種膜材料——hk阻截膜來實現對水中憎水性分散質的分離。當hk阻截膜浸沒于水中后，膜的hk纖維就會與水發生水合反應，從而在纖維表面形成一層均勻、致密、牢固的結合水膜，這時它就體現出極強的憎油特性。hk阻截膜中的hk纖維密度足以使成膜纖維上的結合水膜相互重疊，這樣該膜就形成了以hk纖維為骨架，結合水為組織的一個有機整體。當含油的水要透過這張活化了的hk阻截膜時，給水以適當的壓力，來水側的水分子即可與膜內水分子發生置換透過，而油等憎水性分散質則不能與膜內水分子發生置換被選擇性的阻截，從而成功地實現了油水分離，這種效應被定義為動態選擇阻透膜效應，從現象上看，這是一種在一定條件下實現用水來濾水的水處理工藝。由于hk阻截膜的成膜纖維被結合在其上的水所嚴密覆裹，在工作過程中被阻擋下來的油粒不能吸附到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，從而真正意義上實現了油水分離的目標。

hy系列阻截油水分離裝置就是根據“阻截”除油新理念利用專利的hk阻截膜設計制造出來的高效率除油設備。用不同精度等級的hk阻截膜制成相應的阻截除油單元，來分離水中不同分散程度的油類物資，根據用戶的具體除油精度要示，合理組合，分級處理，組成合適的油水分離系統裝置。

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裝置，即可實現含油冷凝水高效除油、優質回收的目的。該型油水分離系統裝置由四罐串聯組成：

第一級為抗御緩解事故沖擊用屏障工藝段，該罐主要用來做大油量泄漏時的預屏障緩沖負荷的作用，同時可濾除冷凝水中的懸浮物，對后繼處理段起保護作用，內裝填料長效、可再生。

第二級為富集阻截工藝段，用來去除水中的懸浮油和較大顆粒的乳化分散油粒。

第三級為復合阻截工藝段，用來分離水中的乳化油。

第四級為掃描捕集及終端禁油工藝段，在此罐內水中高度分散的油份（化學溶解擴散）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。

具體工藝流程詳見后附圖。

3.2、技術特點

hy30br-x-ⅱ型冷凝水除油裝置除油過程是一個純物理過程，無需任何藥劑，除油后，可以很好地保持冷凝水水質。在國內多家特大型石化企業工業應用的實踐證明，該種裝置具有很強的抗沖擊負荷能力，進水含油量在較大幅度范圍內（0~1000mg/l）波動時均能保持出水含油量在指標范圍內，可以實現冷凝水的基本全額回收，無需高油量時排放。全周期內無反洗，再生操作，運行管理十分簡便，無需專門設崗，可實現無人崗位操作。可以在較高的水溫條件下運行（58~80℃），從而可以保持一定的耗能。能耗、物耗水平極低，該系統裝置運行中的唯一能耗僅是一般的水泵耗電，運行中不產生任何水耗、藥耗。

3.3、阻截除油技術與傳統油水分離技術的區別

1、具有很高的除油精度和長周期運行穩定安全可靠。

2、對來水含油量的要求不苛刻。

3、設備運行期間，無需反沖洗，也無需添加任何藥劑，操作極為簡單。

4、具有極高的回收效率

5、徹底實現油水分離，分離出的油可回收。

6、可對除油裝置的精度做量化設計控制

7、高溫運行、節能效果良好

8、具有自動排除油污染事故的自我凈化能力

9、運行費用低，投資回收期短。

4、凝水回收設備的經濟性比較

4.1節水分析

回收的凝結水總量為所有泵站的凝結水量，具體為：

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

每年按照運行三個月計算（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)

全年總計回收量64800+64800=129600(噸/年)=12.96(萬噸/年)

可見，對全廠凝水系統進行回收改造后，每年可以節約用水12.96萬噸，這在全球淡水日益緊張的今天，對保護環境，合理利用資源是非常有利的。

4.2節能分析

在蒸汽系統中，最有效的節能方法是合理利用所有有價值的熱能，隨壓力的不同，存在于疏水器內的凝結水含有從鍋爐中帶來的約20%的顯熱熱能。

有效回收凝結水可以減少以下成本：

⑴、減少預熱補水所節約的燃料/能源成本

⑵、鍋爐補水及污水處理所需費用

⑶、減少排污費

根據對國內70～90℃的冷凝水價格測算，價格最低也要達到12~15元/噸。

全年回收冷凝水量12.96萬噸折合：

129600×12=155.52萬元

降低蒸汽泄漏率折算

國標規定蒸汽疏水閥泄漏率應小于5%，同時所有疏水閥完好率達到90%即為合格。冷凝水回收量按蒸汽用量的80%計算，其蒸汽用量為

30.00/0.8=37.5噸/h

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

每小時節約蒸汽量=37.5×5%=1.875噸/h

每月節約蒸汽量=1.875×24×30=1350噸/月

每年按照運行三個月計算（僅考慮冬季節約蒸汽量）

全年節約蒸汽量=1350×3=4050噸/年

國內每噸蒸汽價格為：80~110元，安裝armstrong疏水閥一年節約蒸汽4050噸折合：

4050×100=40，5000.00元（40.5萬元人民幣）

回收冷凝水所需能源

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

回收12.96萬噸冷凝水消耗蒸汽量=129600×0.003=388.8噸

回收12.96萬噸冷凝水消耗蒸汽折合：

388.8×100元/噸=3.844萬元

除油除鐵運行費用：濾料更換9萬元/年，電功率13kw，0.45元/度計，電費共計5萬元/年。合計14萬元/年。

回收部分冷凝水，減少了污水處理站負荷，節省污水處理成本及排污費用：

129600×1.0/10000=12.96萬元/年

129600×0.5/10000=6.48萬元/年

當年效益，節約蒸汽價值40.5萬元+回收冷凝水價值155.52萬元+12.96+6.48–回收12.96萬噸冷凝水消耗蒸汽價值3.844萬元-除油除鐵運行費用14萬元=197.616萬元人民幣。

該冷凝水回收及處理系統的投資在320萬元以內，在一年運行期內，就可以節省197.616萬元。可見蒸汽系統的冷凝水回收，效益是十分可觀的。

5.回收方案

凝結水回收管網設一個系統，各加熱或伴熱線末端增設疏水閥，在各個回收泵站的凝水自動泵前，一律加設擴容裝置。為了避免系統的總回收水箱冒汽，在水箱內增加水噴淋旁路，并在總排大氣管道上加特制的消汽裝置。凝水自動泵配管如下圖所示。對回收回來的凝結水經除油、除鐵處理裝置達到鍋爐進水指標后進入除氧器。

1—凝結水自動泵2—消汽裝置3—膨脹罐4—疏水器5—逆止閥

6—流量調節閥7—截止閥8—過濾器9—壓力表

10—溫度計11—橡膠墊12—放水閥

參考資料：國家電力公司東北電力設計院徐坤《大連輝瑞凝水回收系統設計》

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