蒸汽凝液系統問題分析及改造

李艷娟，朱 虹, 吳麗美

(1. 上海辰鼎石化工程設計有限公司，上海 200000；2. 上海三鼎工程技術咨詢有限公司，上海 200000)

蒸汽凝液系統問題分析及改造

李艷娟1，朱 虹2, 吳麗美1

(1. 上海辰鼎石化工程設計有限公司，上海 200000；2. 上海三鼎工程技術咨詢有限公司，上海 200000)

針對某化工裝置蒸汽凝液管網多處發生振動、蒸汽壓力低、凝液罐無法閃蒸的現象，經過現場測試和蒸汽凝液管網流體模擬計算，從而查找出蒸汽凝液管網運行問題的主要原因。分析結果表明，凝液發生二次閃蒸、凝液管線管徑偏小、流體匯合時流向對撞是導致蒸汽凝液管網發生振動的主要原因；調節閥開度偏小導致了蒸汽壓力低，從而造成凝液罐無法閃蒸。依據分析進行了蒸汽凝液管網改造，改造后振動現象消失，凝液由泵送出。

蒸汽凝液系統; 問題分析; 管網改造

蒸汽凝液管網中凝液溫度較高，在輸送過程中，隨著壓力降低，極易形成兩相流，當兩相流形成阻塞流時，就很容易發生振動現象，振動會對管線產生破壞性的影響，而且比一般的輸液系統嚴重。對管線中產生的巨大振動進行分析計算并尋找解決的方案非常重要。

某化工裝置在運行初期，裝置內0.6MPaG蒸汽凝液管網系統存在著振動現象，凝液罐也未能閃蒸出0.3MPaG低壓蒸汽。為解決此問題，做了大量的理論和實際現場分析，通過現場改造，取得了良好的效果，希望能為類似情況提供有益借鑒。

1 原蒸汽及凝液回收系統簡介及存在問題概述

使用蒸汽的設備主要包括裝置內的再沸器，蒸發器，煮沸機，干燥機等。為了滿足各種介質換熱升溫、精餾塔穩定操作要求，本裝置分別將裝置外送來蒸汽減壓到0.6MPaG和0.3MPaG。對應有兩個不同等級的蒸汽凝液系統。其中0.6MPaG蒸汽凝液進入凝液罐閃蒸出0.3MPaG的蒸汽補充0.3MPaG蒸汽管網，閃蒸后的凝液與0.3MPaG蒸汽用戶形成的凝液均送至鍋爐裝置。

此管網在裝置運行初期存以下三方面問題: ①本裝置內的0.6MPaG蒸汽凝液管網在投用后局部管線頻繁出現管線振動現象，凝液被迫就地外放，造成資源浪費，而且就地排放存在安全隱患; ②本裝置凝液總管與臨近裝置凝液匯合處也存在振動現象；③蒸汽進再沸器前的就低壓力表顯示壓力值很低，分別在0.1～0.35MPaG，凝液罐無辦法閃蒸出0.3MPaG蒸汽。

由于裝置主體和公用工程管網已經施工完畢，在解決問題的前提下，需要盡量減少管網變動。

2 現場蒸汽凝液管網測試

圖1 原蒸汽凝液回收工藝示意圖Fig.1 The sketch map of steam condensate recovery process

圖1為裝置內局部蒸汽凝液管網示意圖，其中1-7為經再沸器的蒸汽及凝液分支管，Z為匯合后進閃蒸罐的凝液總管，8為相鄰裝置匯過來的凝液管線。E1-E7為再沸器，A-G，Y為分支管及相鄰裝置凝液管匯入凝液總管的接入點。其中振動動主要集中在E-F-G段和Y接點。

經現場測試，當分支管1-7凝液全部匯入總管Z時管段E-F-G開始振動，伴隨著振動，結構框架也產生強烈振動。而當分支管1-4，5-7，8分組分別匯入到凝液總管時振動消失，E1-E7前的就低壓力表顯示數值在0.1～0.35MPaG范圍內，凝液罐內凝液不能閃蒸，只能直接泵送至鍋爐裝置。

3 蒸汽凝液管網模擬

采用ASPEN HYSYS軟件對凝液管網進行模擬。分支管凝液由疏水閥疏水后匯入到6米層水平總管。凝液分支管標高點示意圖如圖2所示。

以分支管6為例各個標高點處的汽相百分率和汽液相流速見表1。由圖2和表1可知隨著高度的升高(最主要是引起了管道壓力降低)，汽相百分率不斷增加，氣相流速不斷攀升，液相速率變化較小。在這種情況下，很容易造成分散汽泡聚合成大汽泡，從而形成段塞流。形成段塞流后，如果汽相速度過大，就會導致汽液通行的沖突，汽液相相互擠壓又會造成大氣泡破裂成小氣泡，如此反復。嚴重的就會管道振動。表2所列參數為模擬所得分支管1-7及總管質量流量及流速。由表2可看出當分支管1-7凝液全部匯入總管后，凝液總管流速比分支管流速大了很多。經軟件計算顯示，分支管中豎直管存在段塞流現象，但是分支管水平管為平穩兩相流。當A-D，E-G，Y分組分別進入到凝液總管時，凝液總管為平穩兩相流，但是當所有凝液全部匯入到凝液總管時，汽相百分率急劇增大，管道"噎塞"，程序無法進行。由此可見，總管管道選小造成了“噎塞”。

圖2 分支管標高示意圖Fig.2 The sketch map of elevation for condensate branch pipe表1 蒸汽凝液分支管6物流模擬結果Table 1 Simulation results of steam condensate pipe 6

位置點標高/m汽相分率/%液相流速/(m/s)汽相流速/(m/s)a0．500．3732-b3．80．420．37080．91c3．80．460．37070．94d70．710．369331．52e70．730．369311．53f60．70．36951．47

表2 蒸汽凝液管網物流模擬結果

注：*欄流速以全液相計。

4 問題分析結果

對于前文所述問題1，從模擬結果分析可知，凝液二次汽化產生的蒸汽形成了嚴重阻塞可能是導致管網振動的主要原因。根據裝置管網現場測試，當部分分支管凝液單獨進入總管時總管不振動，由模擬結果可知，此時總管道汽液物流通過量少，能形成平穩兩相流，如圖3中c流型所示。

當幾股分支凝液全部匯入到總管時，此時總管流量過大，管道流通面積過小，汽相匯聚形成了“噎塞”流，當汽液不斷相互擠壓，汽泡破裂，液柱重新彌合，如此過程，便產生了嚴重的振動。此過程即為圖3中a到b，再到a的反復過程[1-3]。

對于問題2，Y點發生振動原因，主要是因為相鄰裝置長距離輸送過程中壓力下降，凝液二次汽化，形成汽液兩相流，而此管道接入方式恰巧又是通過三通與本裝置凝液總管凝液形成對撞匯入，此時汽液兩相流很容易劇烈湍動，小氣泡聚合成大的汽泡，從而汽液無法很好的分層流動，所以導致了此點發生振動。

對于問題3，由現場測試可知，壓力低雖然不是管道振動原因，但是后續凝液罐無法閃蒸出0.3MPaG蒸汽，造成了能源的浪費。在化工設計中也要引起重視。而對于蒸汽壓力低，可能主要是因為換熱器負荷實際需求量小，換熱器前減壓閥降壓過猛造成的。

圖3 凝液管道流型示意圖Fig.3 The sketch map of flow pattern for condensate pipe

5 管網改造方案及效果

蒸汽凝液管網改造后示意圖如圖4，主要改造點如下：

(1)針對E-G管段的振動，采用增加一個分支總管Z1的方式，這樣既可以降低原總管流速，使管道內形成平穩的二相流，又可以將壓力更為接近的管道匯合輸送，可以更好避免段塞流的發生。

(2)針對Y接點的振動，將相鄰裝置的管道直接匯入凝液罐，避免了流體對撞湍動。

(3)針對壓力低無法閃蒸現象，短期內只能通過機泵直接送走，從長期運行來說，可以將裝置內不適宜用蒸汽伴熱的管道改為熱水伴熱，此凝液作為伴熱熱源[4]。

經過改造后振動問題得以解決，運行平穩。

圖4 改造后的蒸汽凝液回收工藝示意圖Fig.4 The sketch map of steam condensate recovery process after transformation

6 結論

(1)針對某化工裝置蒸汽凝液管網多處發生振動現象，通過現場測試與模擬計算分析振動原因。

(2)模擬分析結果所得到管網存在振動的位置與實際觀察到的管網振動位置一致。

(3)蒸汽凝液管網發生振動的原因：一方面是凝液匯入對撞湍動造成，另一方面是管道內壓力降低、產生二次汽化，管道截面積過小，形成了"噎塞流"，管道內汽液不斷相互擠壓，汽泡破裂，形成振動。

(4)通過改造，現場振動現象消除。

(5)通過此次改造經驗借鑒：裝置內凝液管道應采用較慢流速，一般～0.5m/s。凝液管道壓力相差較大的分支匯入到不同的凝液總管。凝液管道不宜對頂方向匯入總管。再沸器計算不宜余量過大，以免為了控制蒸汽流量減壓過猛。

[1] 陳 婧. MTP裝置蒸汽凝液回收系統工藝優化改造[J]. 廣州化工，2016，44(17)：163-164.

[2] 李振華，等.苯乙烯裝置蒸汽凝液管網水錘發生原因分析[J]. 計算機與應用化學，2010，27(12)：1643-1646.

[3] 汪勁松，等. 某丙烯酸廠凝液管線水錘問題分析研究[J]. 廣州化工，2013，41(7)：145-146.

[4] 路 祥，等. 蒸汽凝液閉式回收技術在化工裝置中的應用[J].工業水處理，2007，27(12)：71-73.

(本文文獻格式：李艷娟，朱 虹,吳麗美.蒸汽凝液系統問題分析及改造[J].山東化工，2017，46(14)：119-120，122.)

Problem Study and Transformation for Steam Condensate System

LiYanjuan1,ZhuHong2,WuLimei1

(1. Shanghai Chending Petrochemical Design Co., Ltd., Shanghai 200000, China；2. Shanghai Sanding Project Technology Consult Co., Ltd., Shanghai 200000, China)

According to the phenomenon of the steam condensate pipe vibrating, low vapor pressure and condensate tank can't flashing in a chemical plant, the simulation and field test for the steam condensate pipeline were carried out. The analysis results show that condensate flashing into two phases, pipe diameter being too small, and the two streams meeting face to face were the main reason for the vibration of condensate pipeline. Condition valve opening too small resulted in the steam pressure being low, which resulted in the condensate tank can't flashing. Based on the analysis, transformation were carried out. After the transformation, the vibration disappeared, and the condensate were all sent out by pump.

steam condensate, problem analysis, pipeline transformation,

2017-05-05

李艷娟(1982—)，女，河北省人，工程師，碩士，研究方向：從事化工裝置設計工作。

文獻標識碼：A 文章編號：1008-021X(2017)14-0119-02