石油石化行業鍋爐凈水除氧技術的運用

路珈 王澤鑫 惠艷蓉

1. 陜西延長石油（集團）延安石油化工廠 陜西 延安 727406

2. 陜西延長石油（集團）延安煉油廠 陜西 延安 727406

對于石油化工企業來說，鍋爐進水處理系統長期受氧腐蝕影響，會產生許多小孔型或潰瘍性腐蝕，這種腐蝕對鍋爐的金屬構件會造成嚴重的破壞，如除氧技術應用效果不佳則會造成設備腐蝕，不僅會影響設備正常使用，甚至還有可能會發生導管爆炸事故，增加企業的生產經營風險。因此為促進企業長久健康發展，并降低企業的經營成本，需要加強對鍋爐進水除氧技術的研究，通過技術分析選擇最適合企業的除氧技術，為企業鍋爐維護管理提供重要支持。

1 研究背景

鍋爐是石油化工企業主要的生產設備，在鍋爐使用過程中常溫常壓環境下鍋爐進水的溶解氧在7～9mg/L之間，這對于金屬設備來說長期處于高氧環境下，如不能及時除氧，就會導致鍋爐內壁出現小孔狀態腐蝕或潰瘍性腐蝕，使鍋爐受熱面出現大量結垢，影響鍋爐的熱效能。同時在垢面的腐蝕影響下還會縮短鍋爐的使用壽命，嚴重的情況下甚至會引發管道爆炸等嚴重的安全事故。因此石油化工企業為保障鍋爐長期安全使用，必須定期進行鍋爐進水除氧。

根據國家標準相關規定，當工業鍋爐進水系統蒸發量大于或等于2t/h或水溫高于95°時就必須進行除氧[1]。目前面向我國工業產業需求有許多物理及化學除氧技術，而石油石化行業中比較常用的包括熱力除氧、真空除氧等多種常規除氧技術，其應用效果具有一定的局限性。比如在數除氧技術應用過程中會存在耗能高或除氧效果不佳的問題，很容易造成鍋爐二次腐蝕或鍋爐內部污染等問題。近年來隨著我國工業技術的不斷發展，也研發出了許多新的抽除氧技術，例如膜分離除氧，作為新技術具有較高的節能性和應用性效果。

隨著我國除氧技術的不斷進步，目前許多除氧技術都能夠為石油石化行業鍋爐除氧提供重要支持，但是仍舊有很多企業在選擇除氧技術時存在諸多難題，因此需要對各類培除氧技術進行詳細分析，指出除氧原理和除氧效果，為石油石化企業鍋爐進水除氧技術應用提供重要支持。

2 鍋爐除氧途徑

近年來隨著我國除氧技術的不斷發展，鍋爐除氧途徑也變得更加豐富，主要除氧途徑如下。

2.1 物理除氧

物理除氧主要是依托于亨利定律，利用壓力與氣體之間的溶解度關系，在壓力的作用下使空氣與氧氣的分壓力逐漸變小，當水溫達到100℃時氧氣的分壓力則會下降至0，溶解氧也會隨之降低。因此伴隨著氣溫不斷升高，能夠有效減少鍋爐中氧的溶解度，使水中的氧氣逐漸被排除。當空間氧氣分子被排出水面之后，也可被轉化成其他氣體。目前在石油石化行業物理除氧是比較常用的一種除氧手段，比較常見的有熱力除氧、真空除氧和解析除氧等不同方式。

2.2 化學除氧

化學除氧主要是依托于各種化學反應來消除鍋爐水中的氧氣，使水中的溶解氧能夠轉變成其他穩定的金屬成分或化學化合物，最終將其消除。目前化學除氧的效果十分可靠，而且所使用的設備簡單、投資較少，往往在化學除氧工作開展過程中只需要藥箱、藥泵即可滿足工作需求。再加上化學除氧的操作方式比較靈活，因此大部分石油石化企業都會采用這樣的除氧方式。但是化學除氧的手段很容易導致水中的除氧藥劑殘留，難以有效清除，如除氧藥劑過量使用還會增加成本。目前比較常用的化學除氧方式包括藥劑除氧和鋼屑除氧等。

2.3 電化學除氧

電化學除氧方式是一種依托于電化學保護原理的除氧方式，能夠使鍋爐中的氧化金屬物質產生電化學腐蝕反應，最終消耗掉水中的氧化物質。簡單來講電化學除氧的工作原理就是將鈉離子交換器處理后的軟化水通過計量泵與亞硫酸鈉溶液混合，使亞硫酸鈉溶液混合進入催化反應器，與罐內的填料催化劑快速產生化學催化除氧反應，最終去除水中的氧氣。目前來看這種除氧方式與化學除氧基本類似，都是通過化學物質使鍋爐中的氧氣產生化學反應，但是與化學除氧方法不同的是，電化學除氧會運用相應的儀器和設備，使除氧更加徹底。

3 石油石化行業鍋爐進水除氧技術對比分析

在石油石化行業不斷發展過程中，鍋爐作為主要設備，應做好其維護管理與使用工作。而鍋爐在使用過程中所產生的溶解氧會對鍋爐自身造成極大的影響，必須科學應用除氧技術去除鍋爐中的溶解氧，保障鍋爐能夠在良好的狀態下持續供熱，延長鍋爐壽命。目前石油石化工行業比較常用的除氧技術主要如下。

3.1 熱力除氧

熱力除氧是目前石油石化企業比較常用的一種除氧方式，也被廣泛應用于企業蒸汽鍋爐水除氧。這一技術主要是依據亨利定律，讓鍋爐在加熱的過程中受到壓力的飽和溫度影響，從而降低氧氣在水中的溶解度，最終達到除氧的效果。目前來看熱力除氧能夠有效去除鍋爐中的二氧化碳、氮氣等常見氣體，并且在除氧過后不會增加水中的含鹽量，對于大部分企業來說這種除氧方式相對安全，也比較簡單[2]。但是熱力除氧需要使用的蒸汽較多，鍋爐熱負荷變化十分頻繁，難以進行人為干預和及時調整，所以具體的除氧效果無法得到有效保障。而且熱力除氧設備占地面積較大，經常需要在室外或室內空曠區域放置除氧設備，導致設備在使用過程中很容易出現冷凝水損失。尤其是在冬季使用時很容易導致蒸汽彌漫，管線附近凍結現象十分嚴重，如不能及時清理，則有可能會影響設備正常使用，這也給除氧工作帶來了許多安全隱患。

當前隨著我國石油石化行業的不斷發展，其技術能力得到了巨大提升，近年來也出現了很多新的熱力除氧技術和儲氧除氧設備，取得了良好的應用效果，該技術目前的除氧效果、負荷能力、適應能力均有所提高。因此企業在進行熱力除氧的過程中一定要注意技術設備的及時更新，保障除氧效果。

3.2 真空除氧

真空除氧主要是依托于鍋爐中水的溫度和壓力進行除氧工作，簡單來講真空除氧與熱力除氧的原理基本相同，但是在具體的操作過程中真空除氧會更加依賴于鍋爐中壓力，對溫度的依賴性較低。在抽樣過程中主要是通過減輕鍋爐中壓力的方式加強含氧水霧化，溫度30～60℃之間都可以進行真空除氧，能夠實現水面低溫狀態下除氧。對于熱力鍋爐及負荷波動較大的蒸汽鍋爐均能達到良好的除氧效果。目前真空除氧需要使用蒸汽或電力驅動到噴射式抽氣設備才能夠達到良好的應用效果，相比起熱力除氧，真空除氧設備的占地面積較小，且噴頭在使用過程中能夠達到良好的霧化效果，擴大了霧化面積，不僅能夠有效除氧，還能夠改善設備使用條件，即便是在冬季的使用過程中也可以有效避免凍結問題。但真空除氧技術目前仍舊存在一些缺點，比如該設備在使用過程中對相關條件及噴射泵等設備的要求較高，再加上設備中增加了換熱設備和循環水箱，設備維護成本較高。

目前真空除氧技術在我國石油石化企業中均得到了有效應用，并取得了良好的除氧效果。隨著現代技術的不斷發展，近年來石油石化企業在不斷探索經濟高效的除氧方式，而真空除氧就是被許多石油石化企業選擇的最佳除氧方法，這一除氧方法對加熱環境的條件要求較低，操作相對便捷，除氧效果較好，因此對于大部分石油石化企業來說是一種比較理想的除氧方式。

3.3 解析除氧

解析除氧同樣是基于亨利定律采用的一種除氧方式，可以將鍋爐中的氣體與含氧水進行混合，使溶解在水中的氧排出氣體。在實際除氧工作開展過程中，解析除氧能夠將待處理的水通過鍋爐除氧泵輸送到引射器當中，通過引射器的流通形成一定負壓，并將有氧氣體吸入，水與無氧氣體混合形成有氧氣體，在混合的過程中將混合物送入解析器當中，解析器能夠對混合物中的氧進行解析，再次將有氧氣體擴散到無氧氣體當中，帶氧氣體能夠通過解析器進入汽水分離器，經過汽水分離器之后對其進行加熱，在溫度上升到60℃以上時就會再次進入反應器，與反應器中的還原劑發生反應，重新成為無氧氣體。解析除氧設備相對來說耗損較小，能夠無限重復使用，達到連續工作的實際效果。目前在解析除氧技術的應用過程中解析除氧設備對安裝條件要求較高，設備需要配置單獨的地基，并預設鋼板保持反應器底部的水平標準，同時還需要在附近安裝配電柜。在每次進行氧氣解析工作時需要對設備的功率、壓力進行詳細測定，保障設備能夠穩定工作。這一技術在使用過程中不需要使用預熱技術，有效減少了蒸汽消耗，而且不需要添加任何化學藥品，安全性較高。但是設備的除氧效果不夠穩定，在除氧過程中很難調整控制設備的除氧效果，一旦有大量二氧化碳溶入水中還會導致酸腐蝕，這在一定程度上影響了技術的應用效果。

3.4 化學藥劑除氧

化學藥劑除氧也是目前比較常用的一種除氧方式，該除氧方式需要在鍋爐水中投放相應的化學藥劑，使化學藥劑與水中的溶解氧化物反應之后產生新的化合物并將化合物排出鍋爐，最終達到除氧的目的。目前這一技術主要應用于各種中小型鍋爐，也可作為熱力除氧的補充技術。比較常見的化學藥劑除氧主要有三種，一是鋼屑除氧，鍋爐中的水經過鋼屑過濾處理之后，鋼屑會被氧化并將水中的氧溶解去除，這種方式需要水溫高于70℃，鋼屑需要壓緊，降低水流流速。相對來說水流流速越低，除氧效果越好，近年來隨著除氧技術要求不斷提高，鋼屑除氧這種方式一般僅作為輔助措施或者是小型鍋爐房；二是亞硫酸鈉除氧，亞硫酸鈉是一種比較有效的除氧劑，這種方式主要是在進水系統中增加亞硫酸鈉達到除氧的效果。這種除氧方式投資低、安全性高、操作也十分簡單，但是在使用過程中藥量不易，控制效果難以保障，而且還會增加鍋爐水中的含鹽量，增加污染，因此這種方法不會進行大范圍的除氧工作，是一種比較常見的輔助除氧方式；三是聯氨除氧，目前高壓鍋爐會采用聯氨除氧的方式進行除氧，使聯氨與鍋爐中的氧發生反應形成氮和水，氮和水能夠有效阻止氧對鍋爐進一步腐蝕，但是由于連聯氨具有一定的毒性，一般不會直接用于鍋爐除氧，甚至有很多單位限制使用這一除氧方式，所以也是比較常用的一種輔助除氧手段。

當前在石油石化行業中，化學藥劑除氧的方式應用較少，主要是以輔助除氧為主，因為這種除氧方式具有一定污染性和危害性。

3.5 膜分離除氧

膜分離除氧是近年來我國比較常用的一種工業除氧技術，這一技術無論是在除氧效果還是節能效果方面都有非常突出的優勢，是除氧技術的最新研發成果。該技術主要是將需要除氧的水通過中空纖維膜進行過濾，中空纖維膜具有較強的滲透率，在過濾的過程中可以達到分離空氣的目的，所以能夠有效去除水中含有的氧化物。目前這一設備的操作也非常簡單，主要是通過微電腦進行控制，設備的自動化程度較高，設備占地面積較小。設備在使用過程中除了基本耗材之外，基本上不需要更換任何零件，設備的使用時間基本上可以超過20年。其設備維護費用也相對較低，再加上除氧效果與其他技術相比具有較大優勢，因此這一技術目前被廣泛應用于化工企業的鍋爐除氧工作。

膜分離除氧技術已經成為工業體系中除氧效果最好的技術之一，再加上其設備占地面積小、維護成本低、管理難度低的優勢是大部分石油石化企業的首選技術。但是這一技術也存在缺點，如膜分離技術缺乏良好的耐藥性、耐熱性和耐溶劑能力，在使用過程中不能對腐蝕性較大的液體進行氧氣分離，所以在技術應用過程中也可以融合其他幾種除氧技術，達到最佳的除氧效果。

4 結束語

綜上所述，目前石油石化行業中比較常用的除氧技術主要包含物理方式、化學方式和電化學方式幾種不同類型，主要技術包含熱力除氧、真空除氧、解析除氧等5種常見技術。不同技術的除氧效果存在一定差異，為保障企業鍋爐除氧效果穩定，應根據實際情況以及技術的不同特點，在實際應用過程中考慮經濟價值、實用價值以及污染情況等不同因素選擇適合的除氧技術。相對來說，膜分離除氧技術是當前除氧效果比較優異的技術之一，在實際的除氧工作中，也可以搭配多種除氧技術，達到最佳的除氧效果。