化工生產裝置蒸汽凝液回收與利用

樊小明

(陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西渭南 714100)

陜西陜化煤化工集團有限公司1,4-丁二醇 (BDO)裝置與尿素分廠氨冷器裝置約產生100 t/h蒸汽凝液。原設計中此部分蒸汽冷凝液回收至動力分廠脫鹽水站工藝水箱再次利用，但因BDO凝液回收過程中多次出現電導率(≤10 μs/cm)、Fe2+質量濃度(≤100 μg/L)的超標現象，造成凝液混床樹脂出現交叉污染。產水電導率從0.07 μs/cm直接上升至0.46 μs/cm，二氧化硅質量濃度從2.7 μg/L上升至198 μg/L，對鍋爐及后續化工生產造成嚴重威脅。

按照原設計繼續回收利用，風險較大，因此在初期改造中，利用進鍋爐除氧水對此部分凝液進行換熱，之后送至脫鹽水一次水箱進行升溫(≤30 ℃)，但由于凝液回收量較大，造成預處理超濾進水溫度過高(>30 ℃)，影響脫鹽水膜系統的安全運行。最終，大部分凝液不經任何處理被直接排放至地溝，造成資源浪費。

凝液混床凈化項目改造，能夠將BDO、尿素、廢鍋凝液、脫硫等裝置產生的近170 t/h蒸汽凝液全部集中回收處理，達到節能減排的目的。

1 技術改造

將BDO、尿素、廢鍋凝液、脫硫等全裝置產生的170 t/h蒸汽凝液(溫度小于80 ℃)送至脫鹽水新增凝液水箱，再通過凝液水泵送至凝液混床處理，產生合格脫鹽水(電導率≤0.2 μs/cm、二氧化硅質量濃度≤20 μg/L)后，送至一期脫鹽水箱。 通過凝液凈化項目改造，化工系統富余蒸汽凝液得到回收再利用，提高了脫鹽水裝置的運行產能，緩解了運行壓力，降低了運行費用。

1.1 改造要點

改造初期：經過除氧器前換熱器換熱(用脫鹽水進行換熱)，提高了進水溫度，節約鍋爐除氧器換熱用蒸汽；將凝液換熱后回收至脫鹽水工藝水箱或原水箱，進行處理后送至化工系統，節約水資源和藥劑。

改造后期：針對BDO凝液多次出現電導率和鐵含量超標現象，經過現場考察和論證，在脫鹽水裝置中新增1套容積為200 m3的凝液水箱，1臺揚程為30 m、質量流量為200 t/h的凝液水泵，1套質量流量為200 t/h的凝液混床，產水出口總管配置電導率表、在線硅表和流量計。混床前設置除鐵保安過濾器，混床后配置樹脂捕捉器。混床產水配置DN200管連接至脫鹽水箱總管。

1.2 處理流程

系統凝液改造簡圖見圖1。BDO和尿素凝液→板式換熱器(經過1#除氧器脫鹽水換熱)→一期、二期原水箱或新增凝液水箱→凝液水泵→大流量過濾器→高速凝液混床→一期脫鹽水箱。

圖1 系統凝液改造簡圖

2 設備要求及規范

2.1 凝液水箱、凝液水泵

凝液水箱用于貯存凝液并提升水量及水壓，與凝液水泵配套使用。

本項目中，凝液水箱為立式不銹鋼制結構容器,體積為200 m3，尺寸為6 m×6 m×5.6 m，設備按標準進行設計、制造和試驗，配有出水管、排污管、溢流水管和液位計接口管等全套附件，以及具有就地液位顯示及4～20 mA電流的側入式液位計。凝液水箱制作完畢后進行時長為24 h的盛水試驗，要求不得有滲漏及異常變形現象。

同時，與凝液水箱配套的凝液水泵，主要參數見表1。

表1 凝液水泵主要參數

2.2 凝液混床

配置一套立式柱形結構凝液混床，內部進水裝置為母支管型，出水裝置為多孔板加不銹鋼水帽。混床內壁襯軟橡膠和半硬橡膠(天然無硅橡膠)各一層，總厚度不得小于5 mm；襯膠完整無針孔，能承受15～20 kV電火花試驗不被擊穿。混床后配樹脂捕捉器，其前后設差壓表及相應接管。樹脂捕捉器濾元縫隙寬度為0.2 mm。捕捉器應為304不銹鋼濾元結構，殼體為鋼制襯膠，當捕捉器完全堵塞時，不會因管道內的壓力導致破裂。凝液混床的主要參數見表2。

表2 凝液混床主要參數

2.3 凝液混床樹脂

脫鹽水系統采用陰陽離子交換樹脂復合床處理工藝，所選用的樹脂必須滿足混床產水水質要求，且能保證系統穩定可靠運行。采購樹脂時要滿足以下條件：

(1) 由賣方現場指導填裝樹脂。

(2) 混床運行3個月之內，在進水水質正常情況下，新加的陰陽離子交換樹脂顏色不會加深。

(3) 新裝樹脂在投運1 a內出現任何質量問題，買方接到通知后24 h內到達現場進行檢查處理。

(4) 混床時，其陰陽離子交換樹脂有效粒徑之差的絕對值不大于0.10 mm。

(5) 樹脂填裝完成后,在運行過程中，不能出現混脂、多次分層現象。

(6) 投運后混床產水電導率小于0.2 μs/cm、二氧化硅質量濃度小于20 μg/L。

(7) 樹脂運行3 a內，交換容量降低率小于3%。

(8) 新投運混床出現水質不合格或者周期制水量降低時，由廠方現場解決。

2.4 除鐵保安過濾器

設置1臺DN750、體積流量為200 m3/h的除鐵保安過濾器，內裝12支聚丙烯(PP)噴熔濾芯，過濾精度為10 μm。濾芯的起始壓差一般為0.025～0.030 MPa，最大允許壓差為0.35 MPa。設計溫度為85 ℃，進入除鐵過濾器的凝結水中，含鐵質量濃度不大于2 000 μg/L。除鐵保安過濾器配置完整的閥門、儀表、內部鏈接管路、附件以及控制設備等。

除鐵保安過濾器單元設置0～100%旁路系統。來水溫度大于80 ℃時，進出閥門關閉，凝液水泵自停。當其壓降達到設定值時，該除鐵保安過濾器自動退出運行，更換濾芯后并入系統。當機組正常運行且凝液水泵出水水質確實很好時，進水懸浮物質量濃度≤10 μg/L的情況下，經人工確認后，打開旁路門，除鐵保安過濾器停止運行，處于備用狀態。

2.5 自動程序控制

當運行混床出水的電導率、二氧化硅質量濃度中的任一參數達到設定值，失效混床自動退出運行，啟動再生系統，自動進行分離和徹底的化學再生。混床自動化全部實現中控數據通信系統(DCS)操作，閥門和在線表全部實現DCS監控。

3 實施過程

2020年11月15日，項目開始施工，舊設備拆除；2020年11月20日至12月10日，設備制作；2020年12月10日至12月30日，完成設備安裝；2021年1月，調試設備；同年2月正式投運。

4 工藝技術要求

本項目處理蒸汽冷凝液所選用的離子樹脂脫鹽運行方式為混合床除鹽工藝。將陰陽離子交換樹脂按一定比例均勻混合裝在同一交換器中，通過混合床完成多級陰、陽離子交換過程。

凝液混床進水、出水指標要求見表3。混床運行中，肉眼觀察陰陽離子交換樹脂，不允許出現紅色液體。混床進水溫度為80 ℃時，系統運行壓力為≤0.6 MPa(g)。

表3 凝液混床進水、出水指標

5 性能驗收

按照DL/T 543—2009 《電廠用水處理設備驗收導則》進行設備性能驗收。凝結凈化系統連續72 h試運行后效果見表4。

表4 凝結凈化系統連續72 h試運行后效果

凝液水質處理前后數據對比，見表5。

表5 凝液水質處理前后數據對比

6 實際效益

2021年2月15日，BDO和尿素凝液全部回收至新凝液混床處理，顯示回收水量為100 t/h左右，以一次水脫鹽水成本為2.3元/t計算，每年(按365 d計算)節約費用為201.5萬元。

混床進水溫度為74 ℃左右，產水工藝指標穩定，凝液實現全部回收處理，既節約了水資源又利用了冷凝液的熱量，同時降低了工業一次原水用量，減少了外排水量，利于環境保護。

7 結語

在國內氮肥行業企業經濟效益普遍下滑的大背景下，陜西陜化煤化工集團有限公司不斷挖潛降耗。凝液回收裝置投運后，效益可觀，同時還節約了一次水及藥劑用量，提高了企業競爭力。