減少蒸汽伴熱系統(tǒng)冷凝水排放量研究

李春峰 劉冬

（1.大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司；2.大慶油田有限責任公司第二采油廠）

減少蒸汽伴熱系統(tǒng)冷凝水排放量研究

李春峰1劉冬2

（1.大慶油田有限責任公司儲運銷售分公司；2.大慶油田有限責任公司第二采油廠）

在使用蒸汽鍋爐對油庫生產(chǎn)設(shè)施伴熱及生活辦公設(shè)施取暖時，庫區(qū)一般布局分散，沿途熱網(wǎng)管線的熱損失大，使用蒸汽量多，凝結(jié)水量大。通過對蒸汽冷凝水排放的現(xiàn)狀進行分析，指出了冷凝水水質(zhì)不合格為冷凝水排放的主要原因。通過調(diào)查與分析，得出了影響冷凝水水質(zhì)的因素，提出并通過實驗驗證了安裝曝氣射流裝置、錳砂罐、安裝除氧器、使用蒸汽管道保護劑可以有效地改善冷凝水水質(zhì)從而減少冷凝水排放量。

蒸汽伴熱系統(tǒng)；冷凝水；除氧器；管道保護劑

1 蒸汽冷凝水排放量現(xiàn)狀

冷凝水的品質(zhì)遠高于軟化水，接近純水，是優(yōu)質(zhì)的熱源給水，加以利用會明顯減少鍋爐燃料消耗。然而工業(yè)鍋爐由于蒸汽品質(zhì)易受污染，用汽設(shè)備及地點較為分散等原因，蒸汽冷凝水的回收有難度，特別是凝結(jié)水中鐵離子含量較高，容易造成鍋爐結(jié)垢，嚴重時會造成鍋爐腐蝕，影響安全[1]。蒸汽鍋爐普遍應(yīng)用于油庫生產(chǎn)設(shè)施伴熱及生活辦公設(shè)施取暖，由于庫區(qū)布局分散，鍋爐房距輸油泵房、閥組間、儲油罐區(qū)等生產(chǎn)區(qū)域較遠，沿途熱網(wǎng)管線的熱損失大，導(dǎo)致凝結(jié)水排放量大，并且蒸汽冷凝水呈明顯鐵銹色，內(nèi)有懸浮雜質(zhì)，無法回收利用，只能排放。大慶油田南一油庫1年冷凝水排放量達到了12 085 t，經(jīng)調(diào)查該油庫冷凝水排放原因占比如圖1所示。

根據(jù)排放原因排列圖，可以看出“冷凝水水質(zhì)不合格”占影響冷凝水排放量的70.59%，是主要因素。

2 冷凝水水質(zhì)不合格原因

對采用冷凝水過濾工藝流程的南三油庫原水、鍋爐水、蒸汽冷凝水進行化驗，得出如下化驗結(jié)果，見表1。

圖1 影響冷凝水排放量排列

表1 南一油庫鍋爐水樣化驗結(jié)果

由化驗結(jié)果可知冷凝水的pH值呈弱酸性，主要原因為低壓鍋爐用水一般不進行降堿處理，鍋爐補給水中含有碳酸氫鹽，碳酸氫根進入鍋爐后分解生成的CO2氣體隨著蒸汽一起進入蒸汽管網(wǎng)，溶解到蒸汽冷凝水中就形成碳酸，使蒸汽冷凝水呈弱酸性。由表1可知鍋爐水氯根含量較來水氯根含量明顯升高。氯根形成主要原因為在鍋爐運行時，隨給水帶入的氯離子既不會揮發(fā)，也不會呈固體析出，隨著運行時間的增長，如果不采取一定措施，鍋爐水中的氯根就會不斷增多[2]。

鍋爐排放的冷凝水的顏色為磚紅色，分析可以推斷蒸汽回水管線內(nèi)部發(fā)生了酸腐蝕和氧腐蝕，產(chǎn)生大量鐵的氧化物，蒸汽冷凝水中含有CO2氣體和溶解氧。由于低于10 t/h的蒸汽鍋爐用水一般不進行除氧處理，給水中的溶解氧進入鍋爐，隨著蒸汽一起帶出，熱量釋放后溶解到蒸汽冷凝水中。若蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)不密閉，空氣中的溶解氧也會溶解到冷凝水中，進一步增加蒸汽冷凝水中溶解氧的含量。

3 提高冷凝水水質(zhì)方法

3.1 安裝水質(zhì)過濾處理裝置

具體包括曝氣射流裝置、錳砂罐、除氧器。在南一油庫總來水處增設(shè)錳砂濾罐及曝氣設(shè)備，除去水中的CO2和鐵離子，同時通過除氧器除去生水中的氧氣，改善蒸汽冷凝水水質(zhì)。在一定壓力下，將水加熱至飽和狀態(tài)。如果液面上氣相中凝結(jié)氣體的分壓力小于其平衡壓力，氣體會在不平衡壓差作用下離析出來[3]。該方案投入使用后，冷凝水顏色恢復(fù)正常，生水中CO2、鐵離子都達到標準（表2）。

表2 安裝水質(zhì)過濾設(shè)備前后對比

3.2 采用蒸汽管道專用保護劑

針對蒸汽冷凝水水質(zhì)差的原因，采用蒸汽管道保護劑，其主要成分為化學(xué)肼和肟的混合物（化學(xué)式為N2H4·H2O），能迅速消耗掉給水中的溶解氧和腐蝕性氣體，有較強的還原性，能將水中的三價鐵還原成低價鐵甚至純鐵。同時它能夠提高冷凝回水的pH值，減少管線內(nèi)部腐蝕產(chǎn)物，其中的肟類成分可在蒸汽管道表面形成鈍化膜，廢液無毒且污染較小，能夠阻止腐蝕的發(fā)生。

1）為證實管道保護劑的實際使用效果，進行了對比實驗。通過實驗對比自來水、蒸汽冷凝水、保護劑溶液對金屬的腐蝕性。實驗方法為將三段同樣材質(zhì)的管線放入三種溶液中。8個月后，發(fā)現(xiàn)自來水、冷凝水瓶內(nèi)的管線腐蝕較嚴重，管線表面布滿腐蝕產(chǎn)物，尤其是冷凝水容器底部出現(xiàn)磚紅色沉淀。而保護劑水溶液中的管線表面僅有少量磚紅色斑點腐蝕，瓶底部出現(xiàn)少量絮狀沉淀。

2）為確定管道保護劑的實際應(yīng)用效果，在南一油庫鍋爐崗開展了現(xiàn)場實驗。在反復(fù)考察鍋爐上水流程及蒸汽流程后，選擇軟化水箱作為藥液加注點。藥液加注到軟化水箱中，與軟化水充分混合后，通過給水泵進入鍋爐，再隨蒸汽進入管網(wǎng)。每2 h對蒸汽回水取樣化驗，觀察水質(zhì)變化情況，記錄化驗數(shù)據(jù)。對鍋爐水pH值、堿度、氯根等數(shù)據(jù)的進行監(jiān)測（表3）。

表3 蒸汽伴熱回水化驗結(jié)果對比

水箱加注藥液8 h后，蒸汽伴熱回水顏色變?yōu)闊o色透明，pH值顯著提高，全鐵含量下降。專業(yè)檢測化驗機構(gòu)報告顯示，加注藥液后的蒸汽回水、鍋爐水各項指標均符合鍋爐運行標準，蒸汽冷凝水可以回收再利用。

4 效益分析

經(jīng)過改造后，鍋爐用水平均每天減少61 t。在1個采暖期內(nèi)，鍋爐節(jié)約水量10 980 m3。蒸汽回水回收利用后，高溫補給水進入鍋爐，大大降低了鍋爐天然氣消耗量。同等工況下日節(jié)省天然氣約1908 m3。

由于蒸汽冷凝水全部回收利用，軟化水的消耗量減少，樹脂罐的處理水量就相應(yīng)減少，樹脂罐清洗周期由原來的3天延長至10天左右，年節(jié)省工業(yè)鹽用量34 t。

蒸汽管道保護劑投用后，可以在管道內(nèi)壁上形成一層鈍化膜，減緩管道的腐蝕，延長管線使用壽命。以往南一油庫蒸汽管網(wǎng)每4年需全部更換一次，費用約為750萬元。使用蒸汽管線保護劑后，使用周期預(yù)計可以延長為8～10年。

5 結(jié)論

蒸汽冷凝水水質(zhì)問題是企業(yè)面臨的一個普遍問題，很多工廠、車間都存在蒸汽冷凝水水質(zhì)不合格、不能回收利用的現(xiàn)象，造成能源資源大量浪費。大慶油田南一油庫采用冷凝水處理措施后，經(jīng)濟效益可觀，社會效益顯著。如果冷凝水過濾工藝流程和蒸汽管網(wǎng)加注保護劑相結(jié)合的方法得以推廣使用，企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)資源、能源的低耗高效利用。

[1]李長林，張文品.鍋爐蒸汽冷凝水回收利用方法[J].科協(xié)論壇（下半月），2009（10）：82-83.

[2]徐虹.鍋水氯根忽高忽低的原因分析及解決辦法[J].中國井礦鹽，2005，36（1）：36-38.

[3]李桂龍.幾種除氧器除氧效果的分析[J].電力建設(shè)，2004，25（4）：44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.002

2016-07-04

（編輯 鞏亞清）

李春峰，2010年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院（電氣工程及自動化專業(yè)），從事油氣田儲運、油氣集輸管理工作，E-mail：gaoy0459@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)乘風莊馬鞍山儲運銷售分公司南一油庫，163000。