石油石化行業鍋爐進水除氧技術應用進展

曾慶峰 劉富余 趙金海（中國石油天然氣股份有限公司規劃總院）

石油石化行業鍋爐進水除氧技術應用進展

曾慶峰 劉富余 趙金海（中國石油天然氣股份有限公司規劃總院）

鍋爐是石油石化行業生產過程中的關鍵設備。氧腐蝕除了影響鍋爐熱效率外，還會影響其長周期安全運行。除氧是鍋爐進水處理工藝中非常關鍵的環節。通過從技術原理、特點、應用效果等方面，對目前石油石化行業鍋爐進水除氧技術進行了分析，并著重介紹了目前除氧技術的最新研究進展——膜分離除氧技術，同時與熱力除氧技術能耗、運行費用、投資進行了對比，旨在增進對新技術的認識，為企業選擇鍋爐除氧技術提供參考。

鍋爐；熱力除氧；膜分離除氧

鍋爐是石油石化行業生產過程中的關鍵設備。在常溫常壓下，鍋爐給水中的溶解氧達7～9 mg/L，如果除氧效果不佳，會導致爐體腐蝕，不僅加快鍋爐受熱面的結垢速度，降低鍋爐熱效率，而且使鍋爐使用壽命縮短，嚴重時易引發安全事故。因此，氧腐蝕常常是影響鍋爐長周期安全運行的重要因素之一，鍋爐給水除氧在水處理過程中的作用顯得至關重要。

目前，工業應用的物理及化學除氧技術有熱力除氧、真空除氧、化學藥劑除氧、解析除氧、膜分離除氧等。其中，熱力除氧、真空除氧、化學除氧作為常規的除氧技術，具有一定的應用局限性，例如能耗較高，或者除氧后易造成鍋爐二次腐蝕、污染。膜分離除氧技術是近年來出現的一種除氧效果突出、節能效果顯著的新技術，具有較強的應用前景。

1 熱力除氧

熱力除氧技術廣泛應用于煉化企業蒸汽鍋爐給水除氧過程。該技術是依據亨利定律、通過將鍋爐給水加熱至一定壓力下的飽和溫度，降低氧在水中溶解度來實現除氧的。

熱力除氧技術優點是能除去氧氣以及二氧化碳、氮氣等氣體，除氧后不增加水中含鹽量，但常規的熱力除氧技術蒸汽耗量大，鍋爐熱負荷變化頻繁時，不易調整，除氧效果不易保證，設備占地面積大，同時由于放空乏汽不易有效回收，造成熱量以及冷凝水損失，另外冬季時裝置放空區蒸汽彌漫，附近管線結冰，一定程度上給安全生產帶來了隱患。

隨著國內外石油石化行業整體技術水平的進步，熱力除氧技術近年來也得到一定程度的發展。旋膜除氧器作為熱力除氧技術的新的結構型式，在煉化企業和油田得到了推廣應用，取得了較好的應用效果[1]。該技術結合了射流、旋轉膜、懸掛式泡沸三種傳質、傳熱方式，與常規熱力除氧技術相比，除氧效率有所提高，負荷適應性增強，加熱蒸汽用量有所降低[2]。

2 真空除氧

當水的溫度一定時，壓力越低，水中的溶解氣體越少。真空除氧與熱力除氧原理相同，不同之處在于除氧壓力。該技術具體是通過減壓（抽真空）、含氧水霧化，增加脫氧水的比表面積來實現脫氧目的，需要的真空可以利用蒸汽或電力驅動的噴射式抽汽設備實現。

真空除氧器占地面積小、結構緊湊；專用噴頭能滿足良好的霧化效果，擴大了脫氧水的比表面積，一定程度上保證了除氧效果。該技術相對于熱力除氧，加熱條件有所改善，自耗汽量減少，但熱力除氧的大部分缺點仍存在，同時對運行管理噴射泵等關鍵設備的要求高，另外還增加了換熱設備和循環水箱。真空除氧技術在中國石化、中國石油等油田企業注汽鍋爐進行了應用，取得了較好效果。

3 解析除氧

解析除氧是通過將不含氧氣體與待除氧水強烈混合接觸，使水中溶解氧擴散至氣體中去，如此循環往復進而達到脫氧目的。含氧氣體在反應器內反應成無氧的惰性氣體循環使用。該技術不需要預熱處理，不增加蒸汽消耗，常溫即可除氧，設備占地面積小，投資少，不需投加化學藥品，但除氧效果不穩定，反應過程難控制，會有大量二氧化碳溶入水中，增加了酸腐蝕的可能，一定程度上限制了該技術的應用[3]。

4 化學藥劑除氧

化學藥劑除氧是一種常用的除氧措施。該技術是通過向水中投加化學藥劑，使其與水中溶解氧發生化學反應、生產穩定的化合物，達到除氧目的。除了中小型供熱熱水鍋爐外除氧措施外，該技術還作為熱力除氧的補充措施用于除氧要求較高（氧含量7 μg/L）的場合。例如，中國石油某企業合成氨裝置鍋爐給水除氧器為單級除氧，鍋爐給水中溶解氧指標達不到外廠高壓鍋爐不大于7μg/L的除氧要求，加入N1700除氧劑后，滿足了指標要求。

該方法與其他技術相比，除氧效果較好，操作簡單易行，但由于增加了一定的化學藥品，一定程度上增加了二次污染的概率。

5 膜分離除氧

膜分離除氧技術是近年來工業應用的一種除氧效果突出、節能效果顯著的新技術。該技術是利用膜材料所具有的疏水、微孔透氣與減壓脫氧（膜的一側通水，另一側抽真空）原理相結合的新型脫氧技術。通過膜材料建立穩定的氣液界面，根據亨利定律和道爾頓分壓定律，改變氣相分壓，使水中溶解氧溢出，達到水中氧脫除的目的。其原理與真空法相同，但膜（中空纖維比表面積大）提供了比真空法高數百倍的氣液傳質面積，因此效率得到大幅提高。與熱力除氧技術相比較，具有以下優點：

1）常溫運行，無需消耗蒸汽，節能效果顯著，運行費用低，除消耗少量吹掃氣（氮氣）及電能外，不再消耗其它任何物質，噸水運行費用僅為熱力除氧技術費用的5%左右，維護費用為常規熱力除氧技術的1%左右。

2）可除去水中氧氣及二氧化碳，實現1 μg/L以下的極限除氧效果。

3）設備體積小、重量輕，對布置空間及位置要求較低，投資費用約為常規熱力除氧技術的70%左右，大大節約基建投資。

4）全自動控制，適宜長期運行，對負荷大的變化不敏感。

目前該技術已經在國內油田、化工、電力等單位應用，相關設備包括油田注汽鍋爐、蒸汽鍋爐、電力鍋爐等，可滿足較嚴苛的除氧要求（7 μg/L以下），取得了顯著的節能效果和經濟效益。

6 結論

目前，石油石化行業應用的除氧技術主要有熱力除氧、真空除氧、解析除氧、化學藥劑除氧、膜分離除氧等技術；各類技術均通過直接或間接方式降低氧在水中溶解度，但技術特點有所不同，在實際應用中，為保證鍋爐的安全穩定、高效經濟運行，應根據實際除氧要求、熱力參數、負荷變化、能耗、經濟性等情況綜合考慮；膜分離技術作為一種除氧效果突出、節能效果顯著的新技術，具有很好的應用前景；除氧效果好、運行可靠、管理簡單、投資少將是未來鍋爐給水除氧技術發展方向。

[1]楊杰，鄭力會，周建平，等.旋膜除氧技術在注汽鍋爐給水處理中的應用[J].石油機械，2007，35（12）：45-47.

[2]黃虎城，張柏祥.旋膜除氧器的技術經濟分析[J].石油和化工設備，2012，15（9）：81-82.

[3]劉有智，孟曉麗，劉會雪，等.鍋爐(給)水脫氧技術研究的進展[J].腐蝕科學與防護技術，2007，19（6）：433-434.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.005

2016-12-09

（編輯 沙力妮）

曾慶峰，工程師，2010年畢業于中國石油大學（北京），從事石油石化節能節水技術研究工作，E-mail：zengqingfeng@petrochina. com.cn，地址：北京市海淀區志新西路3號，100083。