高溫凝結水處理工藝在煅后焦裝置的應用

陳昌青，馬　斐，宋紹軍

(中海石油煉化有限責任公司惠州煉化分公司，廣東　惠州　516086)

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生產技術

高溫凝結水處理工藝在煅后焦裝置的應用

陳昌青，馬斐，宋紹軍

(中海石油煉化有限責任公司惠州煉化分公司，廣東惠州516086)

根據石化行業凝結水的特點，結合40萬噸煅后焦裝置凝結水的現狀，采用磁增益復合除鐵和阻截除油技術對凝結水中鐵、油進行去除，從而實現回收高溫凝結水作為鍋爐給水的目的。該工藝能夠全面去除凝結水中的油、鐵和懸浮物等雜質，出水符合國家鍋爐補水標準，具備耐高溫性強、熱效率高、處理效率高、自動化程度高、投資回報率高、運行成本低等特點。該工藝在現場應用效果明顯，回收效益顯著。

凝結水；處理；煅后焦

蒸汽是最常見的二次能源，作為載熱介質，蒸汽攜帶著大量的熱能被輸送給各個需要熱量的單元，釋放熱量后重新變成凝結水，凝結水擁有大量的熱量，因此若能將高溫冷凝水回用，不僅節約了工業用水，更會節約大量的燃料。目前凝結水的回用主要有三種方式：鍋爐補水、換熱的利用和閃蒸汽的利用[1]，在40萬噸煅后焦項目中，主要采用回用高溫凝結水作為鍋爐補水循環利用。隨著節能降耗政策的逐步推廣，以及企業自身規模的擴大，許多企業都在想辦法降低成本、節能降耗，尤其是在水資源日益緊張的情況下，企業逐步意識到凝結水回收和處理給企業帶來的巨大效益[2]。

蒸汽在使用過程中，由于換熱器點蝕，在設備的焊接處會有微量泄露和物質滲透，蒸汽凝結水的帶油問題是不可避免的，這種帶油的蒸汽凝結水回收后，如果直接作為鍋爐給水時，會在鍋爐汽包內碳化形成焦油似的塊狀物，不僅影響過熱器的傳熱效果，甚至引起爆管，或在堿性條件下產生油泡沫、或生成水中漂浮水渣，促使蒸汽品質惡化；再者，由于設備和管道的腐蝕，致使凝結水中帶有鐵等的金屬腐蝕產物。因此，凝結水必須經除鐵、除油后才能作為鍋爐補給水。目前，國內高溫凝結水處理技術[3]主要有類萃取技術、復合雙層膜技術[4]、陶瓷膜超濾技術[5]和超微過濾組合纖維吸附技術。40萬噸煅后焦項目為了實現對周邊生產廠凝結水回收，于2011年建設2×50噸/小時凝結水處理裝置,該裝置采用采用磁增益復合除鐵和阻截除油技術,現場應用效果明顯。

1　凝結水處理工藝流程

本項目選用“換熱-除鐵-除油”的生產工藝，主要裝置包括：換熱器、過濾器等裝置。

圖1　除油除鐵凝結水工藝流程示意圖

如圖1工藝流程圖所示，回收到水處理站界區內的凝結水經換熱器回收部分熱能后匯集于凝結水箱，經凝結水泵抽提后，先進入磁增益器，由于凝結水所含的鐵主要是氧化鐵(Fe3O4、Fe2O3)，氧化鐵不溶于水，只能以固體顆粒或膠體微粒形式存在于水中。在磁物理特征上，氧化鐵具有順磁性，在強磁場環境中分散于水中的氧化鐵微粒可以被磁場感應而成為具有一定磁性的微粒，這將使被磁感應的氧化鐵微粒相互間吸附凝聚的可能性增大，更重要的是這種被磁感應的氧化鐵微粒較容易被具有磁性的物質選擇性吸附。在增益器中裝填的高聚磁功能陶瓷顆粒填料層施加了強磁場后，該填料層即被磁感應而形成高梯度磁場，在該填料層內形成密集的高能磁吸附極。當含有微量鐵的凝結水在流經磁增益器內的磁場環境時，水中氧化鐵即在高強度磁場中被磁化而具有一定的磁性，并被高聚磁功能陶瓷填料上的高能磁吸附極吸附截留。隨著磁增益器內功能陶瓷填料顆粒上吸附的氧化鐵不斷累積、凝聚、增厚，到一定程度它們就可能被水流沖脫而隨水流帶出磁增益器。這些被凝結水沖脫帶出磁增益器的氧化鐵已經是經過凝聚形成的較大尺度的氧化鐵團塊。

出水進屏障精濾罐(Y罐)，屏障精濾罐進行保護性過濾，該罐內裝填了精細多孔稀土陶瓷砂作為過濾介質，這種濾料具有優異的表面吸附過濾能力，凝結水從磁增益器中沖脫的氧化鐵凝聚碎塊被多孔陶瓷濾料截濾，同時凝結水中的膠態氫氧化鐵以及其他懸浮雜質也被該設備中的濾料濾除。經過上述磁增益器和后級屏障精濾罐的連續處理，凝結水中的懸浮態和膠態鐵即被基本去除，水中其他懸浮雜質也被較徹底地過濾，該設備還起到對后續阻截除油膜裝置的保護性屏障作用。

Y罐出水自壓進入阻截除油第一級富集阻截除油段(A罐)，該罐內裝HKB-2型管式阻截膜除油單元，當HK纖維遇水時，極性的水分子即與纖維表層的官能基團發生強電性締合(鍵能高于水分子間的氫鍵)，從而在纖維表面形成較穩定的締合水膜。將HK纖維以足夠的密度組織成膜型材料——HK阻截膜，當該HK阻截膜浸入水中時，滲入膜結構空隙中的水分子即與纖維上的官能基團形成鍵締合，這個過程叫做HK膜的水合活化。當含油的水要透過這層水合活化的HK 阻截膜時，來水一側的水分子必須與膜結構中的締合水分子發生置換透過，而油等憎水性分散質則不能與膜內締合水發生置換而被阻截在膜外，從而成功地實現了油水分離，這種效應被定義為動態選擇阻截膜效應，也就是水過油不過。由于構成HK阻截膜的HK纖維被締合在其上的水所嚴密覆裹，在工作過程中被阻截的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，只能游移在膜外表面，隨著被阻截的油微粒不斷增加，油粒相互間發生碰撞凝聚而逐步形成較大油粒，在設定的水力條件作用下浮升，從而真正意義上實現了油水分離的目標，能夠高效阻截來水中的懸浮油和乳化油。

A罐出水進入下一級阻截凝聚禁油工藝段(B/C罐)，該罐為雙室結構，上室裝填了表面選擇親油能力優異的HK-LB除油纖維凝聚填料，該填料顆粒表面對凝結水中殘留的油分子(即所謂溶解油)，具有很突出的親和吸附能力，能夠捕捉分散在凝結水中的油微粒甚至分子，并使其在填料顆粒表面凝聚富集增長成油膜，待油膜累積到一定厚度時就可能被水流沖脫而回到水中，這使原來的油分子就被凝聚粗粒化。下室裝有高阻截效能的HKA-2型阻截除油膜單元，高精度阻截分離經上室掃描凝聚填料凝聚富集后再回吐到水中的油粒，至此本系統對凝結水的除油除鐵工序完成，出水含油量達到0.3 mg/L以下、含鐵量達到30 μg/L以下。

本流程中的A級除油罐、B/C級除油罐在材料有效使用周期內無需反沖洗。磁增益器及屏障精濾罐(Y罐)需要進行適當的反沖洗(Y罐運行周期為7天左右、磁增益器30天左右)，反沖洗可直接采用設備進水，不需要專門配置反沖洗水泵。

由于凝結水來水的含鹽量僅相當于一級除鹽水，除油除鐵后的出水油、鐵指標可以達到高壓鍋爐給水標準。在本項除油除鐵系統出水總管上配置水質監測儀表，對凝結水的電導率、油含量等進行實時在線監測，水質合格可直接供應到水質適合的用水點。

2　工藝特點分析

該工藝功能全，能夠全面去除凝結水中的油、鐵和懸浮物等雜質，從而達到鍋爐補水的要求。

該工藝耐高溫性強，最高能夠回收95 ℃凝結水，從而節省凝結水降溫所需的能耗。

該工藝熱利用率高，采用除鹽水與凝結水換熱和處理后凝結水與除鹽水混合等2種余熱回收方式，在回收凝結水的基礎上，回收大量的熱能。

該工藝處理效率高，除鐵效率≥85%，除油效率≥95%，在國內處于先進水平。

該工藝自動化程度高，勞動強度低，系統穩定可靠。

該裝置運行成本低，回收一噸凝結水的運行成本約0.15元；投資回報率高，1年內完成投資。

3　效益分析

(1) 按照煅后焦裝置除鹽水外供價格，每噸除鹽水約12元；

(2) 凝結水熱值：按處理后凝結水溫95 ℃與常溫25 ℃下的熱能差值折算成181元/噸中低壓蒸汽(當地蒸汽價格)熱量，可計算出：

凝結水熱值價值=(凝結水溫度-除鹽水溫度)×水比熱÷蒸汽熱焓×蒸汽熱值成本×熱能利用率=(95 ℃-25 ℃)×1 kcal/kg·℃÷660 kcal/kg×181 元/t×80%≈15.35元/t。

(3) 凝結水噸處理成本：0.15元/噸。

(4) 折舊和維修成本：4.3元/噸。

該裝置每回收一噸凝結水可節約費用：22.9元。

4　結　論

中海油40萬噸煅后焦裝置配套建設的2×50 t/h凝結水處理裝置，工藝技術先進，項目投運后，裝置處理效果顯著，環境效益和社會效益明顯，經過多年運行驗證，該工藝成熟可行，為公司節能環保工作做出了重要的貢獻。

[1]楊軍,楊月,王茂廷,等. 蒸汽凝結水的回收及利用[J].節能技術, 2004(1): 33-34.

[2]王文杰,王志紅. 凝結水處理技術在大港石化的應用[J].工業安全與環保, 2005(9): 36-37.

[3]于型偉,李向進,劉偉康, 等.煉化企業高溫凝結水除油除鐵技術研究及應用進展[J].廣東化工，2014,41(6): 103.

[4]李火兵,張曉春.復合雙層蒸汽凝結水精處理系統的應用[J].煉油技術與工程, 2007,37(7): 47-51.

[5]祁濤,鄭小軍.陶瓷膜除油除鐵技術在凝結水回收系統中的應用[J].石油化工應用，2013,32(10): 112-115.

Applications of High Temperature Condensate Water Treatment Process in Coke Calcining Facility

CHENChang-qing,MAFei,SONGShao-jun

(CNOOC Oil & Petrochemicals Co., Ltd., Huizhou Company, Guangdong Huizhou 516086, China)

According to the characteristics of the petrochemical industry condensate and the present situation for recovery condensate of 400000 tons coke calcining plant, making use of the gain magnetic iron removal compound and interdiction oil removing technology to remove the iron and oil from the condense water, the high temperature condensate recovered as boiler feed water purposes was achieved. The process can comprehensive removal of condensation water of oil, iron and suspended solids and impurities, and the output water quality met the national standards for boiler water and have high resistance to high temperature, high thermal efficiency, high efficiency, high degree of automation, the investment return rate of high and low operating cost characteristics. The technology applied in the field effect is obvious, recycling efficiency significantly.

condensate water; treatment; coke calcining

陳昌青(1981-)，男，中級工程師，主要研究方向：煉油化工。

TE9

A

1001-9677(2016)010-0188-02