間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)壓脫氣裝置設計分析

張俊麗

摘 要 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)用水的需求量逐年增加，在化學工業(yè)生產(chǎn)用水中，冷卻水的用量占60%～70%以上，這就對工業(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)，設備和管道不易腐蝕，可以提高設備和管道的使用壽命，滿足工藝系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行的要求，從而達到保護環(huán)境、安全生產(chǎn)和節(jié)約資源的目的。

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

間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是指被冷卻介質與循環(huán)冷卻水采用間接傳熱且冷卻介質與循環(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，其水質不受周圍環(huán)境的影響，管道和設備不易腐蝕，系統(tǒng)具有節(jié)水、節(jié)能、延長設備使用壽命等特點。下文主要針對間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行分析論述。

根據(jù)《化學工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計規(guī)范》? GB50648-2011中3.1.7條及《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》GB/T50050-2017中3.2.5條規(guī)定，間冷閉式系統(tǒng)的膨脹罐應具有氮氣自動調壓、水位監(jiān)測、自動補水與泄水以及防止空氣進入水系統(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)和自動補水閥的補水次數(shù)。

以常規(guī)電石項目為例，間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)主要有閉式冷卻塔（銅質盤管）、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備，與被冷卻設備換熱后的循環(huán)水經(jīng)脫氣穩(wěn)壓處理后利用余壓進入閉式冷卻塔，冷卻后循環(huán)水直接進入循環(huán)水泵再次送往電爐換熱設備，如此往復循環(huán)。

在整個運行過程中系統(tǒng)是密閉循環(huán)的，水質不受外界污染。為穩(wěn)定系統(tǒng)壓力和控制系統(tǒng)補充水及排出系統(tǒng)中產(chǎn)生氣體，設有穩(wěn)壓罐和脫氣罐。穩(wěn)壓罐除了承受系統(tǒng)中冷卻介質熱膨脹及收縮功能以外，其重要作用是：整個密閉冷卻系統(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)氣體能否及時排放，是系統(tǒng)壓力、流量穩(wěn)定的關鍵因素。由于循環(huán)冷卻水經(jīng)過換熱設備后，回水管路中的溫度較高，當回水管路出現(xiàn)U型時，最高點處容易出現(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)象嚴重時會對冷卻元件及管路破壞，造成更大的安全事故。故在設計中需將循環(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，以便于氣體排出。針對此原則，將每組冷卻單元回水集水器安裝標高高于給水分配器，脫氣罐、穩(wěn)壓罐安裝標高高于回水集水器。

經(jīng)過換熱設備的循環(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，后進入脫氣罐。脫氣罐采用臥式儲罐，罐體設置氣包、排氣管口、排水口等。由于循環(huán)水從回水管進入脫氣罐時，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，達到脫氣的目的。

2穩(wěn)定系統(tǒng)壓力

穩(wěn)壓罐是整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)壓力檢測和控制主要設備。為了保持密閉冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定的壓力，在罐頂設有壓力檢測，用于檢測罐內(nèi)氣體壓力。當穩(wěn)壓罐液位下降時，穩(wěn)壓罐頂部連鎖打開補氣閥進行充氮加壓;當罐內(nèi)壓力達到目標壓力值時，自動關閉補氣閥;液位上升時，自動打開排氣閥，罐內(nèi)壓力達到目標壓力值時，自動關閉排氣閥，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)壓罐用氮氣補壓。同時充氮管線上配有減壓閥、止回閥及氣動球閥，以保證補充氮氣壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，并防止氮氣通過管路回流。為防止穩(wěn)壓罐罐頂壓力過高，設有氣動閥門連鎖進行排氣。

3控制系統(tǒng)溫度

在電石爐生產(chǎn)過程中，需要嚴格控制并掌握循環(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有流量計，其控制系統(tǒng)需記錄各個冷卻單元的出水支管密閉冷卻水的流量和溫度曲線;當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，或有突變的情況時，說明電石爐冷卻對象局部過熱或有冷卻水滲漏等非正常爐況出現(xiàn)，這時，電石爐操作室會發(fā)出報警信號，預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)自動補水功能的設計

穩(wěn)壓罐內(nèi)設置液位測量裝置（可采用音叉液位計），用于罐內(nèi)液位監(jiān)控。液位計從上至下設有超高、高、補水、低、超低5個水位，穩(wěn)壓罐液位信號同時與循環(huán)水系統(tǒng)補充水泵的啟停信號及補水管上氣動蝶閥進行連鎖，保證及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)泄漏，并自動補水。其功能說明如下：

當穩(wěn)壓罐液位超高時，關閉補水閥、打開排水閥，待罐內(nèi)液位恢復到正常水位后，關閉排水閥;當罐內(nèi)液位高時，關閉補水閥;當罐內(nèi)液位達到補水液位時，啟動一臺補水泵、打開補水閥;當罐內(nèi)液位過低時，打開第二臺補水泵、打開補水閥，同時在循環(huán)水站操作室報警;當罐內(nèi)液位超低時，同時啟動第3臺補水泵，打開補水閥，同時在循環(huán)水操作室、電石爐操作室報警，立即檢查密閉冷卻系統(tǒng)和補水系統(tǒng)。

5保障系統(tǒng)安全

由于電石生產(chǎn)過程中嚴禁遇水，為了隨時檢測循環(huán)水系統(tǒng)水流的情況和快速查出事故時漏水的管道，需在電石爐系統(tǒng)的各個水分配器和集水器總進、回水管上分別安裝流量計，當冷卻元件進/出水總管流量偏差異常時，電石爐操作室發(fā)出報警信號，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)設置液位測量裝置，液位測量裝置安裝在穩(wěn)壓罐測量筒上，監(jiān)控幾個關鍵液位高度，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，并可以在實際運行中通過泄漏量和泄露速度設定不同的級別，來判定并采取相應的保護安全生產(chǎn)措施（如電石爐跳閘保護、循環(huán)水補水、補氣等），同時控制補水系統(tǒng)進行補水。

6結束語

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，保證項目的安全生產(chǎn)，必須要從實際出發(fā)，考慮到各種問題的實際情況，并通過對現(xiàn)場實際情況的勘察，提供相應的預防措施與解決方案，從而實現(xiàn)閉式循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] 化學工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計規(guī)范：GB50648-2011[S].北京：中國計劃出版社，2011.