水浴式汽化器節水降耗研究與應用

楊曉娟，唐新亮，張 云，程小勇，景旭升

（華亭華煤清能煤化工有限責任公司，甘肅平涼 744100）

0 前言

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行業、天然氣等行業的主要設備之一，在相關領域應用廣泛，水浴式汽化器也屬于換熱器的一種，用于氣化液氧、液氮、天然氣等氣體[2]。水浴式汽化器根據對殼程內的水加熱的形式不同，可分為蒸汽加熱式水浴式汽化器、熱水加熱式水浴式汽化器，及電加熱式汽化器。蒸汽加熱式水浴式汽化器應用較為廣泛，因其占地面積小、結構緊湊、熱源穩定、平穩耐用和投資小等優點，但其有一個重要缺點是在運行期間需要不斷的補充一次水保持溢流狀態，保證水浴式汽化器內的管束處在全浸狀態，才能夠充分的進行換熱。近年來，國家及公司倡導“節水減排”。我車間積極踐行“節水減排”工作，經過對生產現場各排放口排查、梳理，發現水浴式汽化器長流水問題必須得到解決，根據一系列分析、探索，得出對水浴式汽化器增加一臺液位計，將液位控制在不低于管束高點位置以上的范圍內，即可滿足水浴式汽化器使用要求，也達到了“節水減排”的目的。

1 研究與應用

1.1 背景與問題描述

為積極響應公司“節水減排”要求，加大對現場長流水、無規律排放等突出問題的整改力度，我公司對現場裝置進行了整體摸排。針對空分裝置存在的水浴式汽化器在投用期間需不斷補充一次水，保證水浴式汽化器在滿液位狀態保持溢流，以確保中壓氮泵正常運行外送的長流水情況，進行了討論研究。為解決水浴式汽化器投用期間溢流水排水的突出問題，提出了對水浴式汽化器節水改造。

圖1 改造前的水浴式氣化器設備圖1.氮氣出口管；2.熱水分布管；3.上環形支管；4.外循環管路；5.汽化管束；5a.螺旋單管；6.隔板；7.筒體；8.支撐架子；9.下環形支管；10.循環水泵；11.錐蓋；12.外管；13.內管；13a.法蘭；14.浮球；15.出液孔；16.分配孔；17.蒸汽入口管；18.進液管[2]

1.2 水浴式汽化器

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行業、天然氣等行業的主要設備之一，在相關領域應用廣泛，其主要優點有以下幾個方面：

（1）熱源采用蒸汽間接加熱方式，首先向水浴式汽化器通入低壓蒸汽加熱內部的介質一次水，一次水受到加熱后進而加熱管束內低溫液體，時使低溫液體氣化；需及時控制蒸汽用量的大小，保證水浴式汽化器出口溫度在0 ℃以上，為防止出口溫度過低導致出口管線損壞，必須在出口設置溫度測點＜-5 ℃的安全聯鎖，保證低溫液體汽化后的安全穩定；具有汽化量大，承壓能力范圍廣的優點[1]。

（2）不銹鋼材質的多層繞管式管束換熱器結構，適用于帶壓低溫液體的汽化并復熱至常溫的工藝過程；同時，繞管式管束結構可適應溫度劇烈變化，盤管管束可單獨抽芯，便于設備內部清潔與檢修，采用立式結構，占地面積小的優點[1]。

（3）水浴式汽化器設計結構簡單，操作便捷，運行可靠、經濟耐用，價格成本和維護成本低，故障率低，日常運行中只需要通過間接加熱控制好氮氣出口溫度即可。

（4）無需備用汽化器，工藝氣出口溫度不受環境氣溫影響。大型空分裝置配套水浴式汽化器要求汽化量大、承壓能力高、響應迅速、工作穩定、操作維護簡便。同時為了達到節能減排的目的，要求汽化器在設計過程中盡可能做到設計計算準確（即傳熱計算及流體流路設計等要符合所選擇的傳熱學計算準則數關聯式模型相應規定），使實物結構與設計計算更加符合[1]。但大部分廠家設計的水浴式氣化的缺點為在運行過程中，需要不斷的補充一次水，以確保水浴式汽化器的管束能夠在全侵并保持溢流，這樣就會有大量的熱水并沒有經過回收就已直接排走。這些損失勢必會造成能源的浪費，而且隨著裝置的大型化，浪費的水源也會隨之增多，這與今天我們所提倡的“節水減排”的主流思想不符[1]。

1.3 創新思路、基本原理、關鍵技術

（1）以黨的二十大精神為指引，深入貫徹落實習近平生態文明思想，認真落實省、市及華能集團、煤業公司和華亭煤業公司、清能煤化工公司各項環境保護決策部署，以“廢水減量化、廢氣超低化、固廢規范化”為目標，強化綜合治理、系統治理、精準治理成效。

（2）綜上所述，我們針對水浴式汽化器的優缺點進行了分析，本著節約水資源、回收利用的理念，對長流水進行改造整治。原設計水浴式汽化器設備使用過程中，需不斷的補入一次水，以保證設備內側的管束處于全浸狀態，這樣會導致換熱后的生產水從頂部溢流管流出排至地溝。為解決此問題，現場對設備內的液位控制范圍進行了實際測量，本著全浸、節水的目標，設置了液位計，使得液位控制在合理范圍內，既滿足工藝運行，又杜絕了一次水溢流排放。該項技術改造需要根據水浴式汽化器內部結構測量出最低水位點，以能夠全浸各管束為主，增設一臺就地液位計，可行性、適用性較強。具體實施步驟如下：

在水浴式汽化器停運期間，經查閱設備圖紙，查看結構后，打開水浴式汽化器頂部封頭，對設備內部的換熱盤管高度進行測量，標注到水浴式汽化器外壁，以確保標注的位置為最低控制液位高度，然后以標注的高度為中心，選擇一臺量程能夠從水浴式汽化器頂部到達在水浴式汽化器筒體標注位置下方的液位計，從水浴式汽化器頂部封頭下方1 cm處開φ12 mm的孔，作為液位計上部根部閥的連接點，然后用選出的液位計量出下部開孔點，作為液位計下部根部閥的連接點；上、下孔開好后，用焊機焊接好與液位計法蘭相同規格的法蘭連接，然后將液位計用螺栓固定牢固，也可在液位計前連接法蘭處增加上下根部閥，并在液位計上粘貼上、下限標貼，下限標貼不能低于水浴式汽化器內部的換熱管束高度（以測量標注的位置為準），高限粘貼處則為溢流口下方位置，經過以上步驟，在磁翻板液位計上可以清楚地看出液位計需要控制的范圍，在水浴式汽化器運行期間，將水浴式汽化器內的水液位控制在上、下限范圍內，可杜絕一次水溢流排放。圖2為增加液位計后的示意圖。

圖2 水浴式汽化器加裝液位計示意圖

2 改造后運行性能測試

2023年5月中旬，在公司集中消缺期間，依據廠家提供的水浴式汽化器設備圖紙，現場打開水浴式汽化器頂部蓋板，進行實際測量，以確保最低液位能夠全浸各管束，最高液位不高于溢流排放口，并做好相應標記，按照上文所述安裝方法進行了改造實施，根據現場設備實際情況，安裝了一臺量程為800 mm的磁翻板液位計，并用紅色標識限標出下限為350 mm，上限為650 mm。

2.1 改造完成后的投用操作

水浴式氣化器補水時，待液位計顯示350 mm以上時，現場關閉水浴式汽化器補水閥，防止水持續溢出；在運行期間，崗位操作人員每次巡檢時，檢查該液位計顯示，若下降至400 mm時，及時打開水浴式氣化器補水閥，補至550～600 mm即可，保證水浴式汽化器液位保持在上下限范圍內。

2.2 改造效果

水浴式汽化器改造前后，當氮氣外送量達到3000 m3（標）/h時運行參數對比統計見表1。

表1 水浴式汽化器改造前后運行參數對比統計表

通過以上運行數據對比分析，水浴式汽化器改造后在運行期間，將水浴式汽化器內的液位控制在上下限范圍內，且經過多次長時間運行試驗，能夠滿足其實際運行需求，未出現過水浴式汽化器出口溫度不達標的問題，徹底解決了溢流水直排、浪費等問題，為公司節水減排管理及環保管理工作降低了管理難度和風險。

3 結語

1）水浴式汽化器是一種將水加熱，以水為傳熱介質，將液態氣體轉化為氣態氣體的設備。在大型空分裝置中，水浴式汽化器的作用是將液態氧、氮等氣體吸收足夠的熱量，使其轉變為氣態，以滿足工業生產的需求。在正常運行時，我公司水浴式汽化器需不斷補入一次水保證滿液位，使盤管能夠全浸其中，保證換熱充分，此技術改造的特點是在設備本體上增加了就地液位計，通過補水閥將液位控制在不低于換熱管束高度，不高于溢流口高度的限范圍內，在實際運行過程中，既滿足了“節水減排”，又能長期穩定運行。

2）該項技術改造具有投資少、性價比高、操作方便、簡便易行且安全可靠等優點。

3）水浴式汽化器在運行時，配備循環水泵主要目的是將加熱后的熱水充分的利用起來，可使浸泡在水側的管束充分吸收熱量，進行熱交換；能夠切實保證水浴式汽化器出口溫度滿足工藝要求。

4）液位計可選用遠傳液位計，可方便中控操作人員及時監控。