冷凝水回收系統換熱效果差原因分析及對策

陶衛君

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

克拉瑪依石化公司對全廠各個裝置的蒸汽冷凝水按照含油和無油分類回收、統一換熱、處理、再利用。其中無油冷凝回水先與新水換熱，再進行除氧后作為熱電廠鍋爐給水；含油冷凝水先與新水換熱，再進行除油后作為常溫軟化水用于各裝置工藝注水、濕式空冷器噴淋用水等。換熱后新水進入化學除鹽系統離子交換器除鹽作為鍋爐補給水。無油冷凝回水和含油冷凝水與新水換熱的是2臺板式換熱器，其中含油冷凝水與新水換熱的2#板式換熱器投運后換熱效果一直不理想。

1 板式換熱器參數及存在的問題

1.1 板式換熱器參數

無油和含油冷凝水與新水換熱的2臺換熱器均為北京華都換熱設備廠生產的板式換熱器，主要性能參數：型號H200-0.8M-120 m2，負荷3000 kW，冷凝水進/出口溫度80℃/60℃，新水進/出口溫度20℃/45℃，板片數量146片，單片換熱面積0.82 m2，熱交換面積120 m2，設計壓力1.6 MPa，設計溫度150℃，板片材料SUS304，密封墊材料丁晴橡膠。該板式換熱器采用簡單夾緊式框架結構和U形流程組合，2種流體進行全逆流換熱。

1.2 存在問題

（1）換熱效果差，冷凝水熱量無法回收。含油冷凝水與新水換熱的2#板式換熱器投用后不到3個月，換熱效果開始變差，換熱后冷凝水側出口溫度從約60℃升高到75℃，僅比進口低約5℃，遠達不到設計的換熱效果。換熱效果變差帶來兩個直接后果，一是含油冷凝水熱量無法回收，造成含油冷凝水熱量浪費；二是含油冷凝水換熱后溫度偏高，作為常溫軟化水用于濕式空冷器噴淋用水，對空冷器安全運行很不利。

（2）新水側流量小、進出口壓差大。2#板式換熱器新水側流量明顯降低，對新水側進口過濾器進行檢查、清理后，新水流量仍然小。該板式換熱器設計新水側流量為120 t/h，但根據測算實際新水流量僅約為40 t/h，遠遠低于設計值。新水側的進出口壓差從剛開始投運時的（0.01～0.02）MPa增到約0.15 MPa。

2 原因分析

2.1 新水側結垢嚴重，堵塞通道

（1）根據2#板式換熱器新水側流量降低、進出口壓差增大、冷凝水側出口溫度升高等現象，判斷是2#板式換熱器新水側板片間通道堵塞導致換熱效果不理想。經檢測，與含油冷凝水換熱的新水硬度比較高，鈣、鎂離子含量最高接近200 mg/L，含油冷凝水溫度又比較高，最高達到95℃。新水與含油冷凝水換熱后溫度升高，易在新水側板片間通道內形成水垢，再加上板式換熱器換熱通道非常狹窄，水垢進一步縮小了換熱通道，使得新水通流量降低、進出口壓差增大。由于水垢的導熱系數遠低于不銹鋼板片的導熱系數，因此大大降低了換熱器板片的傳熱效率。

（2）熱電廠內的新水管道使用年限比較長，管壁生銹嚴重。尤其是新水中斷重新投用后，管壁上大量鐵銹泥垢隨著新水進入與換熱器板片表面的水垢結合，形成巧克力色的水垢片（圖1），嚴重堵塞換熱通道，造成換熱器換熱效率降低。

2.2 含油冷凝水側油垢影響換熱效率

圖1 新水側板片間水垢

含油冷凝水匯集了全廠數十個裝置的蒸汽冷凝水，成分復雜，各類油品泄漏進入冷凝水時有發生，尤其是瀝青膠質類稠油隨著冷凝水進入換熱器，易在換熱器板片表面形成黏稠的油垢（圖2），雖然不會堵塞換熱通道，但大大降低了板片換熱系數，影響換熱效率。

3 板式換熱器解體清洗及效果

3.1 解體清洗步驟

（1）拆卸板片。拆卸板片前，先測量好板片兩端壓緊板之間的距離值，然后用扳手將夾緊螺母按照對角交叉的順序分組均勻松動，逐步卸去每組夾緊螺桿載荷，最后把板片移到上導桿缺口處取出，并記錄板片的排列順序號。

（2）清洗、檢查板片。對2#板式換熱器解體后發現，新水側板片間積存了大量的巧克力色的水垢，已將通道堵塞。板片拆卸過程中大部分水垢即自行脫落，對板片上剩余水垢采用人工用不銹鋼清潔球和清水刷洗，以保證板片表面的清潔干凈。

（3）清洗密封槽、更換密封墊。從密封槽中提出舊的墊片，徹底清洗密封槽，含油冷凝水側槽內油垢可以用刷子沾溶劑丙酮擦洗。清洗干凈并擦干后按照原來的密封形式更換新的密封墊片。

（4）組裝板片。按拆下時記錄的板片排列順序號依次將板片排列好，然后按規定的順序均勻對角擰緊螺栓，以保持板片的平行狀態，直到擰緊到固定板和活動版之間的距離達到解體前所測量的距離值。

（5）液壓試驗。板式換熱器組裝后要進行液壓試驗，液壓試驗要按新水側和含油冷凝水側分別進行，緩慢升壓至工作壓力的1.25倍，保持30 min無泄漏、掉壓現象為合格。

圖2 含油冷凝水側板片間油垢

3.2 解體清洗后運行效果

通過解體清洗，2#板式換熱器的換熱效果基本恢復，含油冷凝水側出口溫度降到約60℃，基本達到設計值，新水側進出口壓差恢復到（0.01～0.02）MPa。但解體清洗后不到3個月，2#板式換熱器又出現換熱效果變差、新水側流量小、進出口壓差大等現象，再次解體清洗。之后2#板式換熱器正常運行周期越來越短，而且解體清洗后板片間的密封墊現場粘貼質量不好，密封效果不理想，運行時有內、外泄漏現象，已經影響到2#板式換熱器的正常運行。

4 更換管殼式換熱器及效果

4.1 更換管殼式換熱器型號

鑒于板式換熱器本身存在換熱通道狹窄，新水側易結垢堵塞換熱通道，導致含油冷凝水與新水換熱效果差，而且頻繁的解體拆洗導致密封墊泄漏嚴重，決定將2#板式換熱器更換為無錫鼎邦換熱設備有限公司生產的BES800-1.6-160-6/25-4型管殼式換熱器，主要性能參數，見表1。

4.2 換熱器換型后運行效果

管殼式換熱器投運后，含油冷凝水與新水換熱效果比較好，含油冷凝水換熱后溫度穩定在（60～65）℃，新水換熱后溫度穩定在（40～45）℃，而且新水側進出口壓差一直＜0.02 MPa。

5 結論

板式換熱器雖然傳熱系數比較高，但由于換熱通道狹窄，新水側易結垢導致通流量減少，進出口壓差大，需要頻繁解體清洗換熱器，實際換熱效果并不理想。更換為管殼式換熱器之后，盡管傳熱系數下降，但是管程新水換熱通道較大，不易堵塞，含油冷凝水與新水實際換熱效果比較好，既充分回收了含油冷凝水的熱量，又有利于濕式空冷器的安全經濟運行。

表1 管殼式換熱器主要性能參數