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      低壓鍋爐內(nèi)置式除氧器在運(yùn)行中存在的問(wèn)題及改造

      2014-07-10 12:32:30張金華神華包頭煤化工有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古包頭014010
      氮肥與合成氣 2014年7期
      關(guān)鍵詞:氧水內(nèi)置式除氧器

      張金華(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭014010)

      低壓鍋爐內(nèi)置式除氧器在運(yùn)行中存在的問(wèn)題及改造

      張金華
      (神華包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭014010)

      施托克內(nèi)置式除氧器是一種熱力除氧器,具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、可滑壓運(yùn)行、除氧效果好、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái),隨著煤化工的發(fā)展,為了回收熱能,大量低壓鍋爐被使用,除氧器的規(guī)模越來(lái)越大,內(nèi)置式除氧器也開(kāi)始應(yīng)用于大流量低壓鍋爐水除氧。神華包頭煤化工有限責(zé)任公司在變換系統(tǒng)低壓鍋爐中首次使用了施托克內(nèi)置式除氧器,但開(kāi)車(chē)以來(lái)除氧器除氧效果不佳,除氧水中氧質(zhì)量濃度一直達(dá)不到要求。

      1 施托克內(nèi)置式除氧器運(yùn)行情況

      神華包頭煤化工有限責(zé)任公司甲醇裝置凈化系統(tǒng)的施托克內(nèi)置式除氧器設(shè)計(jì)最大處理量為1 400 t/h,額定處理量為1 000 t/h,設(shè)計(jì)溫度104 ℃,設(shè)計(jì)壓力0.12 MPa(絕壓)。除氧器進(jìn)水為脫鹽水,設(shè)計(jì)進(jìn)除氧器脫鹽水溫度90 ℃、氧質(zhì)量濃度10~20 mg/L,設(shè)計(jì)出口除氧水中氧質(zhì)量濃度15 μg/L。自2010年開(kāi)車(chē)以來(lái),施托克內(nèi)置式除氧器出口除氧水氧質(zhì)量濃度一直居高不下,運(yùn)行時(shí)有明顯振動(dòng)。通過(guò)提高除氧器操作溫度、全開(kāi)除氧器開(kāi)工放空閥、除氧藥液添加量增加至設(shè)計(jì)值的 2~4倍,氧質(zhì)量濃度由原最高128 μg/L降至60~70 μg/L,再之后的調(diào)整沒(méi)有明顯效果。2012年 10月,打開(kāi)除氧器人孔檢查除氧器內(nèi)件,發(fā)現(xiàn)除氧器初級(jí)除氧區(qū)內(nèi)10根多孔蒸汽鼓泡管中有7根折斷脫落,還有1根焊口已產(chǎn)生裂紋;深度除氧區(qū)內(nèi)1根多孔蒸汽鼓泡管折斷脫落,6根焊口產(chǎn)生裂紋。經(jīng)檢修處理,裝置自2012年重新開(kāi)車(chē)后除氧水氧質(zhì)量濃度降至20~30 μg/L,增大除氧藥液添加量后,脫氧效果改善不明顯,無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。2012年 11月20日起,除氧水中氧質(zhì)量濃度開(kāi)始上升并維持在60~80 μg/L;增大除氧藥液添加量后,無(wú)明顯改觀(guān)。除氧器振動(dòng)有所增大,懷疑有蒸汽鼓泡管再次脫落。除氧器除氧水氧質(zhì)量濃度維持在60~80 μg/L,溫度和壓力分別控制在 104 ℃ 左右和0.02 MPa,頂部放空閥全開(kāi),除氧藥液(聯(lián)氨)添加量2.5~3.0 t/月,除氧蒸汽消耗30~40 t/h。由于除氧器運(yùn)行效果不好,造成變換單元各低壓廢熱鍋爐腐蝕泄漏,所產(chǎn)蒸汽品質(zhì)下降,并加劇了蒸汽用戶(hù)設(shè)備腐蝕,給裝置安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患。

      2 施托克內(nèi)置式除氧器工作原理

      施托克內(nèi)置式除氧器采用物理方法進(jìn)行除氧,除氧過(guò)程分為初級(jí)除氧和深度除氧2步進(jìn)行。

      (1)初級(jí)除氧過(guò)程

      溫度較低的補(bǔ)水(脫鹽水)和凝結(jié)水混合后,通過(guò)噴嘴以霧狀細(xì)小水滴方式噴入除氧器。細(xì)小的水滴立即與來(lái)自水相和除氧器尾部的飽和蒸汽換熱,加熱至接近除氧器的工作溫度。而引入到除氧器內(nèi)的飽和蒸汽,在此被全部凝結(jié)成水后,重新返回水相。氧氣和不凝氣體伴隨著少量的蒸汽穿透細(xì)水珠薄層后排向大氣。

      (2)深度除氧過(guò)程

      由于水在噴霧箱區(qū)的氣相空間停留的時(shí)間少于1 s,所以要達(dá)到理想的100%的除氧是不可能的。為此,施托克內(nèi)置式除氧器在除氧器水箱下部的水相空間設(shè)計(jì)和布置了蒸汽鼓泡管。

      飽和蒸汽通過(guò)水面下的蒸氣鼓泡管被均勻地分配到除氧器內(nèi)的各個(gè)區(qū)域。大部分蒸汽凝結(jié)成水,少量的蒸汽穿越水箱水層后,到達(dá)除氧器水面上方的氣相區(qū)。在此過(guò)程中,絕大部分氧氣和不凝氣體被攜帶入氣相,從而達(dá)到除氧目的。經(jīng)過(guò)二次除氧的水,其氧質(zhì)量濃度在1~5 μg/L。除氧器內(nèi)部示意見(jiàn)圖1。

      圖1 除氧器內(nèi)部示意

      3 除氧水微氧含量超標(biāo)原因分析

      通過(guò)對(duì)設(shè)備、設(shè)計(jì)偏差、工藝條件、操作、進(jìn)料位置、排氣配管等各方面進(jìn)行分析排查,造成除氧水中氧質(zhì)量濃度超標(biāo)的主要原因如下。

      (1)蒸汽鼓泡管斷裂

      在正常工況下,除氧器實(shí)際進(jìn)水溫度約為76 ℃,與設(shè)計(jì)值偏差14 ℃,由于進(jìn)水溫度偏低,加熱所需飽和蒸汽量增大,蒸汽鼓泡管上小孔的蒸汽流速已超過(guò)80 m/s,產(chǎn)生振動(dòng)。另外,蒸汽鼓泡管上小孔僅布置在管上方一側(cè),蒸汽噴出后的反沖力也是單向的,鼓泡管焊接根部長(zhǎng)期處于疲勞受力狀況,容易引起鼓泡管的根部斷裂、脫落。蒸汽鼓泡管斷裂造成初級(jí)除氧區(qū)內(nèi)蒸汽分布不均,除氧效果差。

      (2)除氧器進(jìn)水溫度偏離設(shè)計(jì)值

      除氧器進(jìn)水溫度偏離設(shè)計(jì)值(90 ℃)。由于變換系統(tǒng)廢熱鍋爐的換熱效率設(shè)計(jì)余量比較大,

      出廢熱鍋爐的工藝氣溫度為154 ℃,低于設(shè)計(jì)值(169 ℃),變換系統(tǒng)整體熱負(fù)荷前移,導(dǎo)致后工段給脫鹽水加熱的工藝氣溫度比較低。另外,實(shí)際工藝流程比設(shè)計(jì)工藝流程增加1臺(tái)甲醇鍋爐給水加熱器,除氧器實(shí)際運(yùn)行進(jìn)水溫度為76 ℃左右,與設(shè)計(jì)值偏差14 ℃。若進(jìn)除氧器脫鹽水溫度降低,不僅除氧器初級(jí)除氧區(qū)除氧效率下降,而且脫鹽水溫度來(lái)不及升高至要求指標(biāo)就進(jìn)入深度除氧區(qū)會(huì)增大深度除氧區(qū)負(fù)荷,同時(shí)造成蒸汽鼓泡管振動(dòng)增大。

      (3)進(jìn)料及排氣配管

      原設(shè)計(jì)蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進(jìn)入除氧器氣相空間,影響除氧效果。

      4 改造措施

      (1)重新對(duì)除氧器除氧能力進(jìn)行核算后,于2013年6月大修期間對(duì)除氧器蒸汽鼓泡管進(jìn)行了更換。新蒸汽鼓泡管開(kāi)孔由單向布置改為周向布置,開(kāi)孔數(shù)增加至108個(gè),長(zhǎng)度縮短300 mm。更換蒸汽鼓泡管后,除氧器于2013年7月開(kāi)車(chē),氧質(zhì)量濃度最低56 μg/L,仍未達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

      (2)2013年7月19日,在低壓鍋爐給水換熱器鍋爐水進(jìn)口閘閥前至鍋爐水出口管線(xiàn)之間增加了2根Φ152 mm的旁路管線(xiàn)(圖2),將進(jìn)除氧器脫鹽水溫度提高至85~90 ℃,同時(shí)加強(qiáng)微氧含量分析檢測(cè)環(huán)節(jié)控制。7月22日完成旁路管線(xiàn)改造。投用后,除氧器出口除氧水氧質(zhì)量濃度逐漸下降至15 μg/L,達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行要求。

      圖2 工藝改造流程

      (3)原蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進(jìn)入除氧器氣相空間,影響除氧效果。通過(guò)配管將蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣改至進(jìn)入鍋爐排污閃蒸氣管線(xiàn),避免蒸汽在排氧氣管內(nèi)凝結(jié),降低對(duì)除氧器除氧效果的影響。

      施托克內(nèi)置式除氧器標(biāo)準(zhǔn)排汽裝置見(jiàn)圖3。

      圖3 施托克內(nèi)置式除氧器標(biāo)準(zhǔn)排汽裝置

      (4)將除氧器操作溫度提高至105 ℃,壓力提高至0.022 MPa(表壓),將除氧器水封堵住,加強(qiáng)對(duì)除氧器操作管理,嚴(yán)格控制升、降溫速率,減

      少對(duì)除氧器影響。

      5 改造效果

      改造后,凈化系統(tǒng)除氧器除氧效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,出口除氧水氧質(zhì)量濃度在10 μg/L以下,除氧藥液月添加量由2.2 t降至1.0 t以下,消除了影響除氧裝置安全運(yùn)行的隱患,保障了各廢熱鍋爐的安全運(yùn)行,保證了蒸汽品質(zhì),為裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿(mǎn)優(yōu)運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件。

      施托克內(nèi)置式除氧器與傳統(tǒng)的噴霧填料式除氧器相比,具有處理能力大、除氧效果好、運(yùn)行成本較低、排放量少、消耗低、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、檢修成本低等優(yōu)點(diǎn),有廣泛的應(yīng)用前景,但是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)操作要求較高,制造成本較高,同時(shí)除氧器的設(shè)計(jì)必須與生產(chǎn)實(shí)際情況相結(jié)合,并根據(jù)實(shí)際運(yùn)用領(lǐng)域情況不斷改進(jìn)完善。

      2014- 05- 05)

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