蒸汽凝液系統(tǒng)問(wèn)題分析及改造

李艷娟，朱 虹, 吳麗美

(1. 上海辰鼎石化工程設(shè)計(jì)有限公司，上海 200000；2. 上海三鼎工程技術(shù)咨詢有限公司，上海 200000)

蒸汽凝液系統(tǒng)問(wèn)題分析及改造

李艷娟1，朱 虹2, 吳麗美1

(1. 上海辰鼎石化工程設(shè)計(jì)有限公司，上海 200000；2. 上海三鼎工程技術(shù)咨詢有限公司，上海 200000)

針對(duì)某化工裝置蒸汽凝液管網(wǎng)多處發(fā)生振動(dòng)、蒸汽壓力低、凝液罐無(wú)法閃蒸的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和蒸汽凝液管網(wǎng)流體模擬計(jì)算，從而查找出蒸汽凝液管網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題的主要原因。分析結(jié)果表明，凝液發(fā)生二次閃蒸、凝液管線管徑偏小、流體匯合時(shí)流向?qū)ψ彩菍?dǎo)致蒸汽凝液管網(wǎng)發(fā)生振動(dòng)的主要原因；調(diào)節(jié)閥開(kāi)度偏小導(dǎo)致了蒸汽壓力低，從而造成凝液罐無(wú)法閃蒸。依據(jù)分析進(jìn)行了蒸汽凝液管網(wǎng)改造，改造后振動(dòng)現(xiàn)象消失，凝液由泵送出。

蒸汽凝液系統(tǒng); 問(wèn)題分析; 管網(wǎng)改造

蒸汽凝液管網(wǎng)中凝液溫度較高，在輸送過(guò)程中，隨著壓力降低，極易形成兩相流，當(dāng)兩相流形成阻塞流時(shí)，就很容易發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)會(huì)對(duì)管線產(chǎn)生破壞性的影響，而且比一般的輸液系統(tǒng)嚴(yán)重。對(duì)管線中產(chǎn)生的巨大振動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算并尋找解決的方案非常重要。

某化工裝置在運(yùn)行初期，裝置內(nèi)0.6MPaG蒸汽凝液管網(wǎng)系統(tǒng)存在著振動(dòng)現(xiàn)象，凝液罐也未能閃蒸出0.3MPaG低壓蒸汽。為解決此問(wèn)題，做了大量的理論和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)改造，取得了良好的效果，希望能為類(lèi)似情況提供有益借鑒。

1 原蒸汽及凝液回收系統(tǒng)簡(jiǎn)介及存在問(wèn)題概述

使用蒸汽的設(shè)備主要包括裝置內(nèi)的再沸器，蒸發(fā)器，煮沸機(jī)，干燥機(jī)等。為了滿足各種介質(zhì)換熱升溫、精餾塔穩(wěn)定操作要求，本裝置分別將裝置外送來(lái)蒸汽減壓到0.6MPaG和0.3MPaG。對(duì)應(yīng)有兩個(gè)不同等級(jí)的蒸汽凝液系統(tǒng)。其中0.6MPaG蒸汽凝液進(jìn)入凝液罐閃蒸出0.3MPaG的蒸汽補(bǔ)充0.3MPaG蒸汽管網(wǎng)，閃蒸后的凝液與0.3MPaG蒸汽用戶形成的凝液均送至鍋爐裝置。

此管網(wǎng)在裝置運(yùn)行初期存以下三方面問(wèn)題: ①本裝置內(nèi)的0.6MPaG蒸汽凝液管網(wǎng)在投用后局部管線頻繁出現(xiàn)管線振動(dòng)現(xiàn)象，凝液被迫就地外放，造成資源浪費(fèi)，而且就地排放存在安全隱患; ②本裝置凝液總管與臨近裝置凝液匯合處也存在振動(dòng)現(xiàn)象；③蒸汽進(jìn)再沸器前的就低壓力表顯示壓力值很低，分別在0.1～0.35MPaG，凝液罐無(wú)辦法閃蒸出0.3MPaG蒸汽。

由于裝置主體和公用工程管網(wǎng)已經(jīng)施工完畢，在解決問(wèn)題的前提下，需要盡量減少管網(wǎng)變動(dòng)。

2 現(xiàn)場(chǎng)蒸汽凝液管網(wǎng)測(cè)試

圖1 原蒸汽凝液回收工藝示意圖Fig.1 The sketch map of steam condensate recovery process

圖1為裝置內(nèi)局部蒸汽凝液管網(wǎng)示意圖，其中1-7為經(jīng)再沸器的蒸汽及凝液分支管，Z為匯合后進(jìn)閃蒸罐的凝液總管，8為相鄰裝置匯過(guò)來(lái)的凝液管線。E1-E7為再沸器，A-G，Y為分支管及相鄰裝置凝液管匯入凝液總管的接入點(diǎn)。其中振動(dòng)動(dòng)主要集中在E-F-G段和Y接點(diǎn)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，當(dāng)分支管1-7凝液全部匯入總管Z時(shí)管段E-F-G開(kāi)始振動(dòng)，伴隨著振動(dòng)，結(jié)構(gòu)框架也產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。而當(dāng)分支管1-4，5-7，8分組分別匯入到凝液總管時(shí)振動(dòng)消失，E1-E7前的就低壓力表顯示數(shù)值在0.1～0.35MPaG范圍內(nèi)，凝液罐內(nèi)凝液不能閃蒸，只能直接泵送至鍋爐裝置。

3 蒸汽凝液管網(wǎng)模擬

采用ASPEN HYSYS軟件對(duì)凝液管網(wǎng)進(jìn)行模擬。分支管凝液由疏水閥疏水后匯入到6米層水平總管。凝液分支管標(biāo)高點(diǎn)示意圖如圖2所示。

以分支管6為例各個(gè)標(biāo)高點(diǎn)處的汽相百分率和汽液相流速見(jiàn)表1。由圖2和表1可知隨著高度的升高(最主要是引起了管道壓力降低)，汽相百分率不斷增加，氣相流速不斷攀升，液相速率變化較小。在這種情況下，很容易造成分散汽泡聚合成大汽泡，從而形成段塞流。形成段塞流后，如果汽相速度過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致汽液通行的沖突，汽液相相互擠壓又會(huì)造成大氣泡破裂成小氣泡，如此反復(fù)。嚴(yán)重的就會(huì)管道振動(dòng)。表2所列參數(shù)為模擬所得分支管1-7及總管質(zhì)量流量及流速。由表2可看出當(dāng)分支管1-7凝液全部匯入總管后，凝液總管流速比分支管流速大了很多。經(jīng)軟件計(jì)算顯示，分支管中豎直管存在段塞流現(xiàn)象，但是分支管水平管為平穩(wěn)兩相流。當(dāng)A-D，E-G，Y分組分別進(jìn)入到凝液總管時(shí)，凝液總管為平穩(wěn)兩相流，但是當(dāng)所有凝液全部匯入到凝液總管時(shí)，汽相百分率急劇增大，管道"噎塞"，程序無(wú)法進(jìn)行。由此可見(jiàn)，總管管道選小造成了“噎塞”。

圖2 分支管標(biāo)高示意圖Fig.2 The sketch map of elevation for condensate branch pipe表1 蒸汽凝液分支管6物流模擬結(jié)果Table 1 Simulation results of steam condensate pipe 6

位置點(diǎn)標(biāo)高/m汽相分率/%液相流速/(m/s)汽相流速/(m/s)a0．500．3732-b3．80．420．37080．91c3．80．460．37070．94d70．710．369331．52e70．730．369311．53f60．70．36951．47

表2 蒸汽凝液管網(wǎng)物流模擬結(jié)果

注：*欄流速以全液相計(jì)。

4 問(wèn)題分析結(jié)果

對(duì)于前文所述問(wèn)題1，從模擬結(jié)果分析可知，凝液二次汽化產(chǎn)生的蒸汽形成了嚴(yán)重阻塞可能是導(dǎo)致管網(wǎng)振動(dòng)的主要原因。根據(jù)裝置管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，當(dāng)部分分支管凝液?jiǎn)为?dú)進(jìn)入總管時(shí)總管不振動(dòng)，由模擬結(jié)果可知，此時(shí)總管道汽液物流通過(guò)量少，能形成平穩(wěn)兩相流，如圖3中c流型所示。

當(dāng)幾股分支凝液全部匯入到總管時(shí)，此時(shí)總管流量過(guò)大，管道流通面積過(guò)小，汽相匯聚形成了“噎塞”流，當(dāng)汽液不斷相互擠壓，汽泡破裂，液柱重新彌合，如此過(guò)程，便產(chǎn)生了嚴(yán)重的振動(dòng)。此過(guò)程即為圖3中a到b，再到a的反復(fù)過(guò)程[1-3]。

對(duì)于問(wèn)題2，Y點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)原因，主要是因?yàn)橄噜徰b置長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中壓力下降，凝液二次汽化，形成汽液兩相流，而此管道接入方式恰巧又是通過(guò)三通與本裝置凝液總管凝液形成對(duì)撞匯入，此時(shí)汽液兩相流很容易劇烈湍動(dòng)，小氣泡聚合成大的汽泡，從而汽液無(wú)法很好的分層流動(dòng)，所以導(dǎo)致了此點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)。

對(duì)于問(wèn)題3，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試可知，壓力低雖然不是管道振動(dòng)原因，但是后續(xù)凝液罐無(wú)法閃蒸出0.3MPaG蒸汽，造成了能源的浪費(fèi)。在化工設(shè)計(jì)中也要引起重視。而對(duì)于蒸汽壓力低，可能主要是因?yàn)閾Q熱器負(fù)荷實(shí)際需求量小，換熱器前減壓閥降壓過(guò)猛造成的。

圖3 凝液管道流型示意圖Fig.3 The sketch map of flow pattern for condensate pipe

5 管網(wǎng)改造方案及效果

蒸汽凝液管網(wǎng)改造后示意圖如圖4，主要改造點(diǎn)如下：

(1)針對(duì)E-G管段的振動(dòng)，采用增加一個(gè)分支總管Z1的方式，這樣既可以降低原總管流速，使管道內(nèi)形成平穩(wěn)的二相流，又可以將壓力更為接近的管道匯合輸送，可以更好避免段塞流的發(fā)生。

(2)針對(duì)Y接點(diǎn)的振動(dòng)，將相鄰裝置的管道直接匯入凝液罐，避免了流體對(duì)撞湍動(dòng)。

(3)針對(duì)壓力低無(wú)法閃蒸現(xiàn)象，短期內(nèi)只能通過(guò)機(jī)泵直接送走，從長(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)說(shuō)，可以將裝置內(nèi)不適宜用蒸汽伴熱的管道改為熱水伴熱，此凝液作為伴熱熱源[4]。

經(jīng)過(guò)改造后振動(dòng)問(wèn)題得以解決，運(yùn)行平穩(wěn)。

圖4 改造后的蒸汽凝液回收工藝示意圖Fig.4 The sketch map of steam condensate recovery process after transformation

6 結(jié)論

(1)針對(duì)某化工裝置蒸汽凝液管網(wǎng)多處發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與模擬計(jì)算分析振動(dòng)原因。

(2)模擬分析結(jié)果所得到管網(wǎng)存在振動(dòng)的位置與實(shí)際觀察到的管網(wǎng)振動(dòng)位置一致。

(3)蒸汽凝液管網(wǎng)發(fā)生振動(dòng)的原因：一方面是凝液匯入對(duì)撞湍動(dòng)造成，另一方面是管道內(nèi)壓力降低、產(chǎn)生二次汽化，管道截面積過(guò)小，形成了"噎塞流"，管道內(nèi)汽液不斷相互擠壓，汽泡破裂，形成振動(dòng)。

(4)通過(guò)改造，現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)現(xiàn)象消除。

(5)通過(guò)此次改造經(jīng)驗(yàn)借鑒：裝置內(nèi)凝液管道應(yīng)采用較慢流速，一般～0.5m/s。凝液管道壓力相差較大的分支匯入到不同的凝液總管。凝液管道不宜對(duì)頂方向匯入總管。再沸器計(jì)算不宜余量過(guò)大，以免為了控制蒸汽流量減壓過(guò)猛。

[1] 陳 婧. MTP裝置蒸汽凝液回收系統(tǒng)工藝優(yōu)化改造[J]. 廣州化工，2016，44(17)：163-164.

[2] 李振華，等.苯乙烯裝置蒸汽凝液管網(wǎng)水錘發(fā)生原因分析[J]. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2010，27(12)：1643-1646.

[3] 汪勁松，等. 某丙烯酸廠凝液管線水錘問(wèn)題分析研究[J]. 廣州化工，2013，41(7)：145-146.

[4] 路 祥，等. 蒸汽凝液閉式回收技術(shù)在化工裝置中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2007，27(12)：71-73.

(本文文獻(xiàn)格式：李艷娟，朱 虹,吳麗美.蒸汽凝液系統(tǒng)問(wèn)題分析及改造[J].山東化工，2017，46(14)：119-120，122.)

Problem Study and Transformation for Steam Condensate System

LiYanjuan1,ZhuHong2,WuLimei1

(1. Shanghai Chending Petrochemical Design Co., Ltd., Shanghai 200000, China；2. Shanghai Sanding Project Technology Consult Co., Ltd., Shanghai 200000, China)

According to the phenomenon of the steam condensate pipe vibrating, low vapor pressure and condensate tank can't flashing in a chemical plant, the simulation and field test for the steam condensate pipeline were carried out. The analysis results show that condensate flashing into two phases, pipe diameter being too small, and the two streams meeting face to face were the main reason for the vibration of condensate pipeline. Condition valve opening too small resulted in the steam pressure being low, which resulted in the condensate tank can't flashing. Based on the analysis, transformation were carried out. After the transformation, the vibration disappeared, and the condensate were all sent out by pump.

steam condensate, problem analysis, pipeline transformation,

2017-05-05

李艷娟(1982—)，女，河北省人，工程師，碩士，研究方向：從事化工裝置設(shè)計(jì)工作。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-021X(2017)14-0119-02