大型煤化工項目蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)設計探析

周 威

（中國五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223）

隨著大型化、一體化、智能化煤化工項目的推進，水資源成為我國北方地區(qū)大型煤化工項目建設的制約因素，進而對全廠水資源的重復利用提出了更高要求。蒸汽冷凝液產生量約占全廠除鹽水總量的60%[1]，冷凝液所含的熱量約占蒸汽全熱量的25%[2]，因此，將蒸汽冷凝液回收并分級利用，將大大提高水資源的重復利用率和能源利用效率，起到很好的節(jié)能降耗效果。冷凝液回收系統(tǒng)一般分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)因具備節(jié)能效益好、水質變化小、設備使用壽命長、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等優(yōu)點而被廣泛推廣[3]。

本文結合北方某大型煤化工項目，對全廠外管廊蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)的工藝流程、工藝原理和采取的穩(wěn)定性措施進行探析，從而總結了該冷凝液回收系統(tǒng)的工藝特征，對大型煤化工項目蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)的設計和優(yōu)化具有一定參考意義。

1 蒸汽冷凝液回收流程設計

該化工項目蒸汽系統(tǒng)分七個等級：高壓過熱蒸汽（10.6MPa），次高壓過熱蒸汽（5.8MPa）、中壓過熱蒸汽（4.5MPa）、中壓飽和蒸汽（3.85MPa）、低壓過熱蒸汽（1.4MPa）和低低壓飽和蒸汽（1.0MPa）。全廠外管廊的蒸汽冷凝液主要來自蒸汽疏水和工藝管道伴熱。蒸汽冷凝液回收的工藝流程見圖1。冷凝液回收裝置設高壓閃蒸罐和常壓閃蒸罐，各等級的蒸汽冷凝液由獨立管線分別送至冷凝液回收裝置，蒸汽壓力等級1.0MPa 以上的蒸汽冷凝液排入高壓閃蒸罐，高壓閃蒸罐閃蒸后的蒸汽并入0.5MPa 蒸汽管網；蒸汽壓力等級1.0MPa及以下冷凝液和高壓閃蒸罐閃蒸后，冷凝液排入常壓閃蒸罐，常壓閃蒸汽（乏氣）通過常壓閃蒸冷凝器冷卻，冷卻后的冷凝液和常壓閃蒸罐中的冷凝液一并加壓送入蒸汽冷凝液總管。

2 蒸汽冷凝液回收工藝原理

2.1 分級閃蒸原理

閃蒸是通過高壓冷凝液進入較低壓力容器中，由于壓力的突然降低而再次蒸發(fā)得到該壓力下的飽和蒸汽和飽和液體。閃蒸壓力是根據蒸汽可利用程度、管網壓力損失、系統(tǒng)穩(wěn)定性和經濟性綜合考慮的。雖然閃蒸壓力越高冷凝液回收的效率越高，但是整體投入增多，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。根據全廠實際情況，本系統(tǒng)采用0.5MPa壓力和常壓分級閃蒸。一方面，高壓蒸汽冷凝液通過高壓閃蒸得到可再次利用的蒸汽。另外，由于高壓閃蒸罐系統(tǒng)內冷凝水壓力始終高于大氣壓力，使冷凝水處于飽和狀態(tài)，冷凝水的熱能也得到充分利用[4]。高壓閃蒸后的冷凝液及低壓冷凝液在常壓罐內閃蒸，為了降低冷凝液汽化量，閃蒸后的冷凝液需經冷凝器降溫后由泵輸送回收。整個冷凝液回收過程完全封閉，沒有蒸汽外漏和任何形式的疏水，回收了冷凝液的熱量和水資源的同時也保證了冷凝液的水質。

圖1 蒸汽冷凝液回收工藝流程

2.2 閃蒸量控制原理

通過調節(jié)閃蒸罐的液位來控制冷凝液的閃蒸量，避免冷凝液中蒸汽含量較大。一方面冷凝液中蒸汽含量較大，管道易形成氣液兩相流從而出現水錘現象，另一方面冷凝液中蒸汽含量較大會導致水泵出現汽蝕。高壓閃蒸罐采用液位控制調節(jié)閥的方式進行液位調節(jié)，通過液位控制傳感器反饋的信號調節(jié)閥門的開度進行液位調節(jié)；常壓閃蒸罐采用液位信號控制變頻電機對泵進行自動切換和多級調節(jié)的方式實現液位控制。全過程能實現冷凝液閃蒸的自動控制和調節(jié)，保證回收系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.3 噴射器工作原理

由于泵在輸送高溫凝液時容易產生汽蝕，從而損壞泵的葉輪降低泵的使用壽命。將噴射泵和離心泵結合起來可以大大提高泵的使用效率。該裝置在離心泵出口接入噴射泵，通過噴射器的高速水流將離心泵葉輪處的蒸汽抽吸、壓縮、混合于凝液中，從而改善離心泵的流體狀況，提高泵的使用壽命。同時為了進一步解決噴射泵的汽蝕問題，在噴射泵后接入三通調節(jié)閥，將噴射過程產生的蒸汽回收至常壓閃蒸罐，保證管道系統(tǒng)的穩(wěn)定。

2.4 二次蒸汽回收原理

閃蒸的作用是為了得到飽和狀態(tài)下的蒸汽冷凝液和對應壓力的蒸汽并將二者分離，降低各種壓力下的冷凝液在管網中產生二次蒸汽形成氣液兩相流的概率。高壓等級蒸汽進入0.5MPa 閃蒸罐閃蒸得到的0.5MPa 蒸汽，二次蒸汽進入0.5MPa蒸汽管網進行回收，底部0.5MPa 冷凝液送入常壓閃蒸罐。為了保證閃蒸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，在罐頂設有壓力表、安全閥和止回閥等。低壓冷凝液在常壓閃蒸罐內閃蒸后會形成大量乏氣，如果將乏氣直接排放至大氣中一方面會造成熱能和水資源的浪費，另外會產生環(huán)境污染。將乏氣進行冷卻得到低溫冷凝液進行回收，可以避免上述問題。通過二次蒸汽的多次回收可以有效提高冷凝液回收效率和熱能利用率。

3 冷凝液回收系統(tǒng)穩(wěn)定性措施分析

冷凝液回收系統(tǒng)的不穩(wěn)定性主要體現在管道的振動，各種溫度壓力等級的冷凝液統(tǒng)一回收，由于溫度壓力的不穩(wěn)定，系統(tǒng)內很容易形成汽液兩相流，從而產生水擊現象[5]，此為影響冷凝液回收系統(tǒng)穩(wěn)定的核心因素。本系統(tǒng)中采取了一些有效措施保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1）由于大型煤化工項目蒸汽疏水點數量多，種類復雜，分布范圍廣，如果單獨采用一套回收系統(tǒng)進行冷凝液回收，由于冷凝液管道隨著輸送距離的增加，壓降增大，水擊現象會愈發(fā)嚴重，無法實現系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。所以該冷凝液回收系統(tǒng)采取分布式布置，在一定范圍內布置一套回收系統(tǒng)，全廠布置若干套回收系統(tǒng)，保證各系統(tǒng)的獨立和穩(wěn)定運行。

2）各種等級的蒸汽冷凝液采用不同的回收管網分別回收至閃蒸罐，避免高壓冷凝液與低壓冷凝液合并時產生二次閃蒸。同時采用高低壓閃蒸罐分別收集，分級閃蒸，避免由于不同品質冷凝液進入同一系統(tǒng)而引起的水擊振動。

3）各個疏水點的冷凝液支管均45°斜接進入冷凝液集合管，避免垂直接入對集合管產生的沖擊振動。

4）當兩相流現象不可避免出現時，可以通過優(yōu)化管道設計將兩相流對系統(tǒng)的不穩(wěn)定影響降低到最低。如在壓力降允許的前提下將管徑縮小、在節(jié)流設施后采用大彎曲半徑彎頭等。

5）通過噴射泵、三通調節(jié)閥消除管路中產生的蒸汽，避免系統(tǒng)中形成汽液兩相流產生水擊振動。

6）為了保證閃蒸罐運行的安全穩(wěn)定，在閃蒸罐上部設有安全放空設施，當罐內蒸汽量較大系統(tǒng)壓力較高時，安全閥起跳進行壓力泄放，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。

4 蒸汽冷凝液回收工藝特點

1）節(jié)水節(jié)能，該系統(tǒng)回收了各個等級的蒸汽冷凝液，通過分級閃蒸逐級回收將冷凝液熱能進行了充分回收，同時回收了低等級蒸汽，節(jié)水節(jié)能效果良好。

2）安全環(huán)保，采用多種措施保證了回收系統(tǒng)的安全穩(wěn)定；對蒸汽疏水、伴熱等冷凝液進行全面回收減小了廠區(qū)內蒸汽的跑冒滴漏現象，減少了熱污染；同時在密閉系統(tǒng)中回收冷凝液，避免與大氣接觸污染，水質較好。

3）集成化程度高，該凝結水回收裝置采用模塊化設計，廠家整體撬裝，具有結構緊湊、占地少、安全性能好、經濟性高等特點。

4）自動化程度高，該系統(tǒng)采用壓力表、溫度計、液位計等測量元件對回收系統(tǒng)進行在線監(jiān)測和自動控制，控制信號接入DCS 系統(tǒng)，大大提高了回收系統(tǒng)的運行效率和安全性能。

5 結束語

蒸汽冷凝液回收流程設計能滿足大型化工項目復雜蒸汽系統(tǒng)冷凝液的回收需求，通過對分級閃蒸、閃蒸量控制、噴射器等工藝原理的介紹，分析了該回收系統(tǒng)的工作原理和性能特點，采用多種措施保證了回收系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該蒸汽冷凝液回收系統(tǒng)具有節(jié)水節(jié)能、安全環(huán)保、集成化和自動化程度高等特點。