中壓廢熱鍋爐排污水指標(biāo)異常的原因分析及解決措施

張偉華,鄧文剛,趙 巖,孫 棟

(中海石油華鶴煤化有限公司, 黑龍江鶴崗 154100)

1 概述

中海石油華鶴煤化有限公司30萬t/a合成氨裝置、52萬t/a大顆粒尿素裝置于2015年5月9日成功投產(chǎn)。其中,合成氨裝置變換系統(tǒng)采用一段寬溫耐硫變換串一段低溫耐硫變換工藝(使用鈷鉬系耐硫變換催化劑),變換系統(tǒng)余熱采用多級(jí)換熱回收利用方式;作為變換反應(yīng)熱余熱回收設(shè)備之一,中壓廢熱鍋爐副產(chǎn)中壓蒸汽并入中壓蒸汽管網(wǎng)。中壓廢熱鍋爐屬變換系統(tǒng)重要設(shè)備,為保證其穩(wěn)定運(yùn)行,定期分析中壓廢熱鍋爐內(nèi)鍋爐水的pH值和電導(dǎo)數(shù)據(jù),防止增加整個(gè)中壓蒸汽和冷凝液系統(tǒng)的運(yùn)行成本,影響系統(tǒng)的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。2023年4月,變換系統(tǒng)運(yùn)行過程中,中壓廢熱鍋爐發(fā)生鍋爐水分析指標(biāo)偏離現(xiàn)象,其間通過采取排污改造,以及按時(shí)對(duì)蒸汽冷凝液、鍋爐水電導(dǎo)率和pH值進(jìn)行分析等方式,改善了鍋爐水品質(zhì),解決設(shè)備運(yùn)行隱患,實(shí)現(xiàn)裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。

2 工藝原理及流程

來自除鹽水界區(qū)的除鹽水(0.9 MPa、40 ℃)進(jìn)入除鹽水預(yù)熱器進(jìn)行換熱,當(dāng)被加熱至102 ℃時(shí),進(jìn)入鍋爐除氧器,在除氧器內(nèi)進(jìn)行熱力和化學(xué)除氧,使出水溫度達(dá)到130 ℃,氧質(zhì)量濃度小于7 μg/L;經(jīng)過除氧的合格給水再經(jīng)過中壓鍋爐給水泵(8.5 MPa、133 ℃)送入中壓鍋爐給水管網(wǎng),經(jīng)過了中壓鍋爐給水預(yù)熱器(E04105),壓力為8.4 MPa,與工藝氣換熱,中壓鍋爐給水被加熱至245 ℃,進(jìn)入中壓廢熱鍋爐(E04103)產(chǎn)生4.8 MPa、290 ℃的飽和蒸汽,經(jīng)過蒸汽過熱器(E04102),變?yōu)?40 ℃過熱蒸汽后送至中壓蒸汽管網(wǎng),供蒸汽管網(wǎng)汽輪機(jī)透平使用[1-2]。

進(jìn)入廢熱鍋爐的給水總是帶有一定的鹽分,鍋內(nèi)進(jìn)行加藥處理后,鍋水的結(jié)垢性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗?此外鍋水腐蝕金屬也會(huì)產(chǎn)生一些腐蝕產(chǎn)物。因此,在鍋水中含有各種可溶性和不溶性雜質(zhì),在鍋爐運(yùn)行中,這些雜質(zhì)只有很少部分被蒸汽帶走,絕大部分留在鍋水中,隨著鍋水不斷蒸發(fā),這些雜質(zhì)含量逐漸增大。鍋水雜質(zhì)含量過大,不僅影響蒸汽品質(zhì),而且造成受熱面結(jié)垢與腐蝕,影響鍋爐安全運(yùn)行。為了控制鍋水品質(zhì),必須進(jìn)行鍋爐排污,以排出部分被鹽質(zhì)和水渣污染的鍋水,并補(bǔ)充清給水。鍋爐排污分連續(xù)排污和定期排污兩種。連續(xù)排污的目的是排出鍋水中溶解的部分鹽,以維持鍋水一定的含鹽量和堿度[3-4]。這種排污是連續(xù)從鍋水含鹽量最大的蒸發(fā)表面排出,又稱表面排污。定期排污目的是排出鍋水中不溶性水渣,從沉積物聚集最多的水冷壁下聯(lián)箱排出。中壓廢熱鍋爐排污流程見圖1。

圖1 中壓廢熱鍋爐排污流程

3 問題描述

定期分析中壓廢熱鍋爐水,控制pH值為7.5～9.5、電導(dǎo)小于150 μs/cm。4月6日手動(dòng)分析中壓鍋爐水,其pH值為6.7,電導(dǎo)為200 μs/cm,測(cè)量指標(biāo)已偏離控制指標(biāo)。隨即對(duì)鍋爐水進(jìn)行判斷。

工藝分別檢查鍋爐水系統(tǒng)、鍋爐排污系統(tǒng),增加連排體積流量,從1 m3/h增加到2 m3/h;增加間排頻率,從每班2次增加到每班3次。現(xiàn)場(chǎng)重新對(duì)中壓鍋爐水上水、中壓廢熱鍋爐連排和中壓廢熱鍋爐間排取樣,分析結(jié)果見表1。

表1 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數(shù)據(jù)表

從表1可知：不同位置取樣,間斷排污數(shù)據(jù)存在不合格現(xiàn)象。針對(duì)問題,繼續(xù)加大間排排污量,每班1次取樣分析間排數(shù)據(jù)并觀察效果。

4月12日,中壓廢熱鍋爐間排pH值、電導(dǎo)第一次數(shù)據(jù)分別為7.6、61 μs/cm,第二次數(shù)據(jù)分別為7.7、73 μs/cm。分析合格后,將間斷排污量減少至每班2次,連排繼續(xù)維持2 m3/h的排污量。

4月15日,排污水情況惡化,分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數(shù)據(jù)表

從表2可知：連續(xù)4次分析不合格,且指標(biāo)沒有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì);每日分析數(shù)據(jù)變化很大。隨即對(duì)造成中壓排污水指標(biāo)惡化的原因進(jìn)行徹底分析。

4 原因分析

4.1 設(shè)備發(fā)生內(nèi)漏

中壓廢熱鍋爐屬于“U”形管換熱器,鍋爐水與變換反應(yīng)工藝氣進(jìn)行換熱,設(shè)備發(fā)生內(nèi)漏,工藝氣會(huì)竄入中壓鍋爐水中,對(duì)鍋爐水水質(zhì)造成惡化,同時(shí)中壓蒸汽品質(zhì)下降,中壓蒸汽汽輪機(jī)透平惡化。取樣分析中壓廢熱鍋爐飽和蒸汽,冷凝分析其不凝氣含量,對(duì)中壓蒸汽進(jìn)行可燃?xì)鈾z測(cè),分析結(jié)果見表3。

表3 中壓蒸汽檢測(cè)數(shù)據(jù)表

從表3可知：均未檢出中壓蒸汽中含有可燃?xì)夂筒荒龤?同時(shí)汽輪機(jī)真空和運(yùn)行參數(shù)未發(fā)生異常,說明蒸汽品質(zhì)未發(fā)生變化。2022年中壓廢熱鍋爐大修期間,對(duì)每根列管進(jìn)行渦輪檢測(cè),情況良好。查看設(shè)備圖紙,中壓廢熱鍋爐材質(zhì)為0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼,一般氯離子含量高才會(huì)造成設(shè)備腐蝕泄漏,以上情況證明中壓廢熱鍋爐發(fā)生內(nèi)漏情況基本不存在。

4.2 排污系統(tǒng)故障

通過排污流程可以看出連排和間排共用同一根管線,并入外觀廊擴(kuò)容器內(nèi),而間斷排污主要排出設(shè)備底部的沉淀物和水渣,所以間排采用就地排放的方式。當(dāng)就地排放打開后,連續(xù)排污也會(huì)根據(jù)壓差的原因排入地溝,如要產(chǎn)生良好的間排效果,間排時(shí)需將連排關(guān)閉切除,再進(jìn)行間排排污,反復(fù)切除、投用連排,加之長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)排污,連排閥門必然會(huì)發(fā)生內(nèi)漏。間排過程中,連排竄入的同時(shí),外觀廊擴(kuò)容器內(nèi)的蒸汽和冷凝液也會(huì)反竄至地溝排污管中,影響間排排污效果,進(jìn)而影響鍋爐水品質(zhì)。通過以上情況分析,排污系統(tǒng)故障是造成鍋爐水品質(zhì)下降的一項(xiàng)因素。

4.3 液位控制不當(dāng)

中壓廢熱鍋爐液位采用單回路自動(dòng)控制,列管高度為1 600 mm,總液位高為2 700 mm。為防止列管干燒,要求液位控制在65%以上。查看液位趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)實(shí)際液位為70%且非常穩(wěn)定。但是,將連續(xù)排污從擴(kuò)容器改至現(xiàn)場(chǎng)排污后,間排關(guān)閉,發(fā)現(xiàn)排污口出現(xiàn)鍋爐水、蒸汽和水汽混合3種狀態(tài)。查看設(shè)備圖,發(fā)現(xiàn)排污口高度為1 970 mm,換算成液位為73%,而本次液位控制在70%明顯低于排污口,同時(shí)換熱器內(nèi)部發(fā)生沸騰產(chǎn)生蒸汽,液位會(huì)發(fā)生波動(dòng),造成排污口出現(xiàn)3種狀態(tài)混合現(xiàn)象。穩(wěn)定運(yùn)行過程中,連排并入外觀廊擴(kuò)容器內(nèi),無法觀察到連排水狀態(tài),切換至就地排放后可通過排污管查看排污現(xiàn)象。通過以上情況,判斷液位控制不當(dāng)是造成排污水不合格的一項(xiàng)因素。

4.4 運(yùn)行時(shí)間及排污方式不對(duì)

變換系統(tǒng)運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)160 d,前一次停車是進(jìn)行換熱器更換,停車時(shí)間短,中壓廢熱鍋爐的鍋爐水沒有進(jìn)行置換或煮爐等操作,加之排污系統(tǒng)發(fā)生故障,長(zhǎng)周期運(yùn)行后中壓廢熱鍋爐內(nèi)水質(zhì)持續(xù)緩慢惡化。通過定期分析數(shù)據(jù)顯現(xiàn)問題本身,其間通過間斷開大連排和間排方式進(jìn)行處理,短暫產(chǎn)生效果。其原因主要是鍋爐水上水在底部,間排也設(shè)置在底部,剛進(jìn)入的鍋爐水還沒有充分換熱就被間排排至地溝,所以短暫的間排分析合格。但是,連排并入外觀廊擴(kuò)容器內(nèi)后,鍋爐水質(zhì)不合格。按照經(jīng)驗(yàn)和情況分析,排污水不合格是一項(xiàng)緩慢的過程,大幅度變化說明中壓廢熱鍋爐內(nèi)鍋爐水起到置換的作用。

4.5 取樣位置錯(cuò)誤

中壓鍋爐水取樣點(diǎn)設(shè)置在間排雙閥前,取樣只能測(cè)量間排處的排污水指標(biāo);連排未設(shè)置取樣點(diǎn),而連排才是控制排污水pH、電導(dǎo)的關(guān)鍵;連排取樣于地溝位置,取樣過程中勢(shì)必會(huì)關(guān)小連排和切除外管廊并入的閥門,但是切除外管廊閥門會(huì)發(fā)生內(nèi)漏,所以取連排會(huì)取一部分外管廊反竄回來的部分冷凝液,出現(xiàn)連排間斷合格的現(xiàn)象。

5 采取措施

5.1 改造排污水系統(tǒng)

針對(duì)間排和連排互竄的問題,采取管線改造的方式,將連排和間排分開排污,消除相互干擾。連排繼續(xù)排放至外觀廊擴(kuò)容器,間排直接排放至地溝,改造情況見圖2。

圖2 中壓廢熱鍋爐排污水改造圖

5.2 提高液位測(cè)量

針對(duì)液位控制不當(dāng)造成的后果,緩慢提高液位控制至72%,同時(shí)定期打開連排就地排放閥,查看連排狀態(tài)。

5.3 更換內(nèi)漏閥門

將外觀廊擴(kuò)容器切除隔離、泄壓部分,將連排切除,并更換發(fā)生內(nèi)漏的閥門,同時(shí)在操作過程中,將所有臨近設(shè)備和擴(kuò)容器的閥門全開,其余閥門微開進(jìn)行流量控制。長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生閥芯沖刷后,出現(xiàn)內(nèi)漏量增大的情況,切除臨近設(shè)備和擴(kuò)容器閥門,對(duì)內(nèi)漏閥門進(jìn)行研磨或更換處置。

6 效果檢查

采取以上3項(xiàng)措施后,每天分析中壓廢熱鍋爐排污水pH和電導(dǎo),數(shù)據(jù)見表4。

表4 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數(shù)據(jù)

從表4可知：經(jīng)過對(duì)中壓廢熱鍋爐排污的改造優(yōu)化后,鍋爐水的水質(zhì)得到改善。

7 結(jié)語

通過分析參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)排污現(xiàn)象,判斷影響中壓廢熱鍋爐排污水指標(biāo)異常的主要因素為排污系統(tǒng)故障和控制液位偏低。通過針對(duì)性采取措施,排污水指標(biāo)逐漸好轉(zhuǎn),但是引起排污水指標(biāo)異常的因素還有很多,不論是何種因素都會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成較大的影響,甚至?xí)p壞設(shè)備。要積極采取科學(xué)的技術(shù)防范措施,時(shí)刻關(guān)注工藝參數(shù),提高指標(biāo)敏感性,深刻汲取事故教訓(xùn),加強(qiáng)操作和管理人員的培訓(xùn),提升專業(yè)管理水平,避免類似情況發(fā)生,為裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障。