間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)壓脫氣裝置設計分析

張俊麗

摘 要 隨著我國經濟的快速發(fā)展，工業(yè)用水的需求量逐年增加，在化學工業(yè)生產用水中，冷卻水的用量占60%～70%以上，這就對工業(yè)冷卻用水的循環(huán)利用提出了更高的要求。采用密閉式循環(huán)水系統(tǒng)，設備和管道不易腐蝕，可以提高設備和管道的使用壽命，滿足工藝系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行的要求，從而達到保護環(huán)境、安全生產和節(jié)約資源的目的。

關鍵詞 閉式循環(huán)水系統(tǒng);穩(wěn)壓脫氣;壓力檢測;溫度控制

間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，是指被冷卻介質與循環(huán)冷卻水采用間接傳熱且冷卻介質與循環(huán)冷卻水也采用間接傳熱的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。由于閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)利用了回水背壓，冷卻水在管道內完全密閉循環(huán)，不與大氣接觸，且內部循環(huán)水為脫鹽水，其水質不受周圍環(huán)境的影響，管道和設備不易腐蝕，系統(tǒng)具有節(jié)水、節(jié)能、延長設備使用壽命等特點。下文主要針對間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行分析論述。

根據《化學工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計規(guī)范》? GB50648-2011中3.1.7條及《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》GB/T50050-2017中3.2.5條規(guī)定，間冷閉式系統(tǒng)的膨脹罐應具有氮氣自動調壓、水位監(jiān)測、自動補水與泄水以及防止空氣進入水系統(tǒng)等功能[1]。其中膨脹罐的功能是吸收系統(tǒng)因溫度變化而產生的膨脹量，避免系統(tǒng)壓力急劇變化，減少安全閥的泄壓次數和自動補水閥的補水次數。

以常規(guī)電石項目為例，間冷閉式循環(huán)水系統(tǒng)主要有閉式冷卻塔（銅質盤管）、循環(huán)水泵、水分配器、冷卻元件、集水器、脫氣罐、穩(wěn)壓罐等組成。其工作流程為：循環(huán)水經水泵加壓后直接送往電爐換熱設備，與被冷卻設備換熱后的循環(huán)水經脫氣穩(wěn)壓處理后利用余壓進入閉式冷卻塔，冷卻后循環(huán)水直接進入循環(huán)水泵再次送往電爐換熱設備，如此往復循環(huán)。

在整個運行過程中系統(tǒng)是密閉循環(huán)的，水質不受外界污染。為穩(wěn)定系統(tǒng)壓力和控制系統(tǒng)補充水及排出系統(tǒng)中產生氣體，設有穩(wěn)壓罐和脫氣罐。穩(wěn)壓罐除了承受系統(tǒng)中冷卻介質熱膨脹及收縮功能以外，其重要作用是：整個密閉冷卻系統(tǒng)的水位控制、溢流閥控制、分離氣體的排放、罐體安全壓力控制、超壓閥控制以及N2氣壓力控制等功能。

以內蒙某電石項目為例，循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)壓脫氣裝置主要有以下作用：

1消除系統(tǒng)中的氣體

循環(huán)水系統(tǒng)內氣體能否及時排放，是系統(tǒng)壓力、流量穩(wěn)定的關鍵因素。由于循環(huán)冷卻水經過換熱設備后，回水管路中的溫度較高，當回水管路出現U型時，最高點處容易出現集氣從而產生氣阻現象，影響冷卻元件的冷卻效果，若產生汽化現象嚴重時會對冷卻元件及管路破壞，造成更大的安全事故。故在設計中需將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的回水管路布置成一定坡度，使回水向上流動，以便于氣體排出。針對此原則，將每組冷卻單元回水集水器安裝標高高于給水分配器，脫氣罐、穩(wěn)壓罐安裝標高高于回水集水器。

經過換熱設備的循環(huán)水通過電石爐車間內各集水器將循環(huán)回水沿一定坡度匯集至回水總管，后進入脫氣罐。脫氣罐采用臥式儲罐，罐體設置氣包、排氣管口、排水口等。由于循環(huán)水從回水管進入脫氣罐時，管徑突然變大，冷卻水流速急劇降低，從而使循環(huán)冷卻水中所含氣體分離溢出，氣體聚集在脫氣罐頂部的氣包內，并通過氣包頂部的排氣管排至穩(wěn)壓罐內分離氣體后排放，達到脫氣的目的。

2穩(wěn)定系統(tǒng)壓力

穩(wěn)壓罐是整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)壓力檢測和控制主要設備。為了保持密閉冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定的壓力，在罐頂設有壓力檢測，用于檢測罐內氣體壓力。當穩(wěn)壓罐液位下降時，穩(wěn)壓罐頂部連鎖打開補氣閥進行充氮加壓;當罐內壓力達到目標壓力值時，自動關閉補氣閥;液位上升時，自動打開排氣閥，罐內壓力達到目標壓力值時，自動關閉排氣閥，以此維持罐內壓力穩(wěn)定，保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。

為了避免密閉冷卻系統(tǒng)與大氣中的氧接觸，穩(wěn)壓罐用氮氣補壓。同時充氮管線上配有減壓閥、止回閥及氣動球閥，以保證補充氮氣壓力穩(wěn)定在一定范圍內，并防止氮氣通過管路回流。為防止穩(wěn)壓罐罐頂壓力過高，設有氣動閥門連鎖進行排氣。

3控制系統(tǒng)溫度

在電石爐生產過程中，需要嚴格控制并掌握循環(huán)水系統(tǒng)的回水溫度，以此來判斷系統(tǒng)是否正常運行。因此，在循環(huán)冷卻單元重要冷卻元件的回水支管上均設有流量計，其控制系統(tǒng)需記錄各個冷卻單元的出水支管密閉冷卻水的流量和溫度曲線;當冷卻元件的回水支管密閉冷卻水的流量和溫度曲線與正常生產過程有偏離時，或有突變的情況時，說明電石爐冷卻對象局部過熱或有冷卻水滲漏等非正常爐況出現，這時，電石爐操作室會發(fā)出報警信號，預警操作人員注意爐況，檢查回水集水器以及回水支管壓力情況，避免密閉冷卻水泄漏事故的發(fā)生。

4系統(tǒng)自動補水功能的設計

穩(wěn)壓罐內設置液位測量裝置（可采用音叉液位計），用于罐內液位監(jiān)控。液位計從上至下設有超高、高、補水、低、超低5個水位，穩(wěn)壓罐液位信號同時與循環(huán)水系統(tǒng)補充水泵的啟停信號及補水管上氣動蝶閥進行連鎖，保證及時發(fā)現系統(tǒng)泄漏，并自動補水。其功能說明如下：

當穩(wěn)壓罐液位超高時，關閉補水閥、打開排水閥，待罐內液位恢復到正常水位后，關閉排水閥;當罐內液位高時，關閉補水閥;當罐內液位達到補水液位時，啟動一臺補水泵、打開補水閥;當罐內液位過低時，打開第二臺補水泵、打開補水閥，同時在循環(huán)水站操作室報警;當罐內液位超低時，同時啟動第3臺補水泵，打開補水閥，同時在循環(huán)水操作室、電石爐操作室報警，立即檢查密閉冷卻系統(tǒng)和補水系統(tǒng)。

5保障系統(tǒng)安全

由于電石生產過程中嚴禁遇水，為了隨時檢測循環(huán)水系統(tǒng)水流的情況和快速查出事故時漏水的管道，需在電石爐系統(tǒng)的各個水分配器和集水器總進、回水管上分別安裝流量計，當冷卻元件進/出水總管流量偏差異常時，電石爐操作室發(fā)出報警信號，即可判斷該冷卻單元是否有水泄露情況發(fā)生。

為了安全起見，穩(wěn)壓罐內設置液位測量裝置，液位測量裝置安裝在穩(wěn)壓罐測量筒上，監(jiān)控幾個關鍵液位高度，通過穩(wěn)壓罐液位的變化可以快速發(fā)現系統(tǒng)的泄漏情況，并可以在實際運行中通過泄漏量和泄露速度設定不同的級別，來判定并采取相應的保護安全生產措施（如電石爐跳閘保護、循環(huán)水補水、補氣等），同時控制補水系統(tǒng)進行補水。

6結束語

想要解決閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中所存在的問題，充分發(fā)揮穩(wěn)壓脫氣裝置的作用，更好地為工藝裝置服務，保證項目的安全生產，必須要從實際出發(fā)，考慮到各種問題的實際情況，并通過對現場實際情況的勘察，提供相應的預防措施與解決方案，從而實現閉式循環(huán)水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] 化學工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設計規(guī)范：GB50648-2011[S].北京：中國計劃出版社，2011.