石油化工企業凝結水回收方案的選擇*

王春峰，孫惠山，姜繼偉，郭宣華

（中國石油華東勘察設計研究院，山東青島266071）

石油化工企業凝結水回收方案的選擇*

王春峰，孫惠山，姜繼偉，郭宣華

（中國石油華東勘察設計研究院，山東青島266071）

介紹了石油化工企業中常用的凝結水回收的方法，分析了開式回收系統的優缺點，介紹了閉式回收裝置的原理、應用方法，并闡述其優缺點及應用領域，指出閉式回收應該為凝結水回收系統設計的首選方案。

凝結水回收；節能；節水

石油化工企業生產過程中需要大量的蒸汽作為加熱介質。加熱蒸汽釋放顯熱與汽化潛熱加熱工藝物料，從而產生大量的凝結水。蒸汽放熱后變為近乎同溫同壓的飽和凝結水，含有的熱量可達蒸汽全部熱量的20%～30%[1]。這樣的凝結水具有兩個特點：其一，凝結水的溫度高，是相應壓力下的飽和水，本身含有高品位的熱能，同時高溫凝結水是由蒸汽凝結而來，基本不含鹽與氧，是作為鍋爐補水的優質水源；其二，蒸汽通過與工藝物料的換熱產生凝結水，由于設備泄漏、腐蝕等原因，凝結水中的油含量、鐵離子含量超標，如果直接作為鍋爐補給水不符合標準，需要處理以后才能使用。

凝結水的回收既是一種節能措施又是一種節水措施，在石化企業當中越來越受到重視。然而凝結水的回收再利用是一個系統的工程，涉及到疏水閥系統，凝結水回收系統，凝結水處理系統等三部分的內容。關于凝結水的處理系統方案，凝結水系統的管路設計注意事項[2]，已經有相關文獻給予系統論述，本文僅就凝結水回收系統進行討論。

長期以來凝結水回收都面臨著一對無法避免的矛盾，即一方面盡可能提高回收溫度，提高余熱回收率；另一方面高溫凝結水又給回收系統增大了難度。首先是水的溫度高會發生氣蝕，其次疏水閥漏氣會使系統的含汽量增加，改變凝結水管網的流態，不利于輸送。這是凝結水回收系統必須面臨的一個問題。

凝結水回收系統從回收形式上分為開式回收和閉式回收兩大類[3]。開式回收系統是過去設計常采用的形式，這種回收形式的基本思想是系統設置開口通大氣的閃蒸罐，冷凝水進入閃蒸罐后閃蒸降溫，閃蒸的二次蒸汽排入大氣，閃蒸以后的冷凝水降溫后用泵送入后續的凝結水處理系統。這種回收工藝，造價低、適應性強、操作也簡單，同時通過閃蒸降低了水的溫度，方便了凝結水的輸送。這是過去常用的回收辦法，然而這種回收方式卻有其自身不能克服的弊端：

泄漏蒸汽和閃蒸蒸汽都排入大氣，浪費了大量的熱量。同時放空的蒸汽夾帶了大量的水分，也浪費了水資源。總的來講，余熱回收率不會超過50%，除鹽水回收率不會超過70%左右[4]。

閃蒸的二次蒸汽在工廠內會造成白色污染，妨礙操作人員的視線。冬天二次蒸汽會很快凝固成小冰晶落在地面上，造成路面濕滑，影響操作人員通行。更應注意的是冬天二次蒸汽會在裝置的框架上結成冰鎦子，當冰鎦子落下的時候會對操作人員的生命造成危險。

凝結水閃蒸后雖然溫度降低，但是當用水泵抽水的時候，還是要有部分的凝結水汽化，造成水泵的汽蝕。因而凝結水罐必須設置在高位。

開式回收系統的閃蒸罐與大氣接觸的位置，使空氣中的氧氣進入凝結水，在較高的凝結水溫下，管道的氧腐蝕很嚴重。

基于以上幾點，現在的冷凝水回收技術已經放棄了開式回收的方案，而閉式回收系統以其節能、節水、環保的特點異軍突起，在冷凝水回收領域做出很大貢獻。下面將常用的閉式回收方案予以介紹。

1 常用的閉式凝結水回收方案

1.1 蒸汽壓力輸送

在工藝裝置中回收凝結水量較大時通常不采用疏水閥，而是采用并聯連通凝結水罐的處理方法，這樣既能回收凝結水，又能利用蒸汽的壓力作為凝結水輸送的動力。換熱器內部凝結水的水位和凝結水罐內的水位相同，利用物料出口的溫度調節凝結水出口的流量。沒有了疏水閥，減少了疏水閥的壓力損失。凝結水罐作為凝結水量的一種緩沖手段。這種方法需要精確的計算管路的壓力損失，如果進口蒸汽的壓力不能達到要求，則這種方式不能采取。流程工藝如圖1所示。

工藝裝置內部還有很多其他工藝路線方案可以利用作為凝結水的回收方案。除了利用蒸汽以外，還可以利用空氣，氮氣等不凝性氣體作為輸送動力源。

1.2 氣動泵輸送

氣動輸送泵的原理是利用泵體內凝結水的浮力帶動浮球運動，與浮球聯動的執行機構向泵體注入氣體加壓，將水排出，泵體內氣體泄壓，凝結水進入，這是一個間斷的過程。原理如圖2。

從換熱設備出來的低壓冷凝水進入氣動泵，此時，動力蒸汽或動力空氣的進氣閥門關閉，出氣閥門開啟，冷凝水進口閥門開啟，出口閥門關閉。此時設備內部的浮球受浮力上浮。當設備內部的凝結水達到一定水位的時候，與浮球聯動的機構動作，動力蒸汽和空氣的進氣閥門開啟，出氣閥門關閉，冷凝水進口閥門關閉，出口閥門開啟，全部閥門的開關狀態和開始的時候相反，泵體內壓力增大將凝結水排出。隨著凝結水排出，液位降低；當浮球達到低液位的時候，動力蒸汽和空氣的進氣閥門關閉，出氣閥門開啟，重新進入下一輪的進水過程。

此種設備的優點是無需電機驅動，無葉輪機械，可防止出現氣蝕、泄漏等現象，使用壽命長，對凝結水的水質無嚴格要求。但這種系統的輸送方式決定了該設備只能在凝結水溫度低，流量和揚程不高的情況下使用，尤其是很難達到高揚程。再者這種泵的流動形式為間斷輸送，在寒冷地區使用的時候要嚴格保溫，甚至伴熱，因為小流量的時候，泵的動作時間過長，管道內的凝結水由于管路過長散熱而發生冰凍，導致凝結水輸送管路不能正常工作。

在國內的市場上氣動泵主要依靠進口，美國的斯派莎克（SpiraxSarco），美國的阿姆斯壯（Armstrong Co）等公司的產品，其原理與結構大致相同。

1.3 閉式凝結水回收裝置輸送

此種凝結水回收方式是近年來國內比較流行的方法，工作原理為凝結水經過換熱器后進入回收裝置進行汽水分離，然后經除污設備，進入凝結水泵，然后利用凝結水泵將凝結水加壓后送入系統管網。

這個過程中關鍵的問題是如何解決水泵的汽蝕問題，凝結水經汽水分離以后成為飽和水，水泵的入口壓力低于飽和壓力，會有大量的氣泡產生，汽泡進入泵后受壓破裂，對泵的葉輪產生沖擊，破壞。

經過長時間的摸索，解決汽蝕的問題方法主要有兩種：

（1）泵打回流，此種方法的核心思想是將泵出口的高壓水通過導管引到泵的入口處，增加泵入口的壓力，從而防止出現汽蝕，根據飽和水的溫度不同，回流量也不同，需要詳細計算。此種方法實際上犧牲能量，換取解決汽蝕的方法。這種方式的特點能夠處理高溫高壓的凝結水，流程見圖3。

（2）通過多級水封定壓

此種方法為保證泵入口處壓力高于飽和壓力，凝結水經汽水分離以后沿導流裝置進入余壓利用裝置。此裝置內部設置自動調壓裝置，大部分采用多級水封與“U”形管原理，不同的是調壓裝置內設置了若干個單向壓力閥，閥壓根據凝結水余壓單獨設計[5]。

此外，在泵的入口設置導流設置，保證水進入泵吸入口的時候不會出現降水漏斗及漩渦，防止漩渦把蒸汽攜帶進入泵體。該裝置稱為汽蝕消除裝置，原理見圖4。

該設備的特點是不采用打回流的辦法增加泵入口的壓力，從節能的角度效果較好，在溫度低于150℃凝結水的回收效果較好。但由于其自身設計的局限性，此種設備不宜用于高溫高壓凝結水。

1.4 蒸汽引射降溫

此種方法的核心思想是采用文丘里式蒸汽噴射器，當高壓蒸汽通過蒸汽噴射器的時候，在噴射器的喉管部分產生低壓區，從而可以把低壓蒸汽引入噴射器，實現低壓蒸汽與高壓蒸汽混合，同時凝結水實現低壓閃蒸，凝結水的溫度降低，便于輸送[6]，蒸汽引射降溫方法流程見圖5。

低壓的具體數據應根據工程實際情況計算，然后調節蒸汽的入口流量，合理選擇噴射器。同時低壓蒸汽和高壓蒸汽混合，作為混合蒸汽參與工藝過程。這樣既回收了凝結水同時也回收了二次蒸汽。該方案的實現關鍵是混合蒸汽的參數能夠滿足工藝要求。

2 結束語

以上介紹了凝結水回收常采用的形式，闡述了每一種回收設備的應用場合。同時值得注意的是凝結水回收沒有固定的模式，應該根據工程的實際情況選擇一種形式，或將幾種形式結合，才能達到最優的效果。

[1]楊輝，陳貴軍.高溫凝結水回收及熱能的梯級利用[J].節能，2010（1）：1-2.

[2]白瑛華.蒸汽凝結水回收系統中常見問題探討[J].河南化工，2008（1）：1-11.

[3]李冰.工業企業蒸汽凝結水回收可行性分析[J].工程建設與設計，2008（11）：1-2.

[4]菜文海.蒸汽凝結水回收技術的幾個問題[J].能源與環境，2005（2）：2-3.

[5]李樹生.凝結水箱的更新換代產品—凝結水回收器問世[J].能源技術，1997（3）：2.

[6]孫可君.熱泵式凝結水回收裝置在燃料場的應用[J].燃料與染色，2008（8）：2-3.

Selection of Condensate Recovery Method in Petrochemical Enterprises

WANG Chun-feng，SUN Hui-shan，JIANG Ji-wei，GUO Xuan-hua

（CNPC EastChina Design Institute，Shandong Qingdao 266071，China）

Common condensate recovery methods in petrochemical enterprises were introduced.Advantages and disadvantages of open condensate recovery system were analyzed.Principle and application field of closed condensate recovery system were discussed as well as its advantages and disadvantages.It was pointed out that closed condensate recovery system was the first scheme during design of condensate recovery system.

Condensate recovery；Saving energy；Saving water

TQ085+.2

A

1671-0460（2010）02-0162-03

2009-11-11

王春峰（1979-），男，河北滄州人，碩士，工程師，2006年畢業于河北工業大學，從事煉油廠熱工設計工作。

E-mail:wangchunfeng2010@126.com，電話：0532-83871210。