化工除氧站技術(shù)改造

郭金海

(山西晉煤華昱煤化工有限責(zé)任公司，山西晉城 048000)

山西晉煤華昱煤化工有限責(zé)任公司(簡稱晉煤華昱公司)年產(chǎn)120萬t甲醇、50萬t清潔燃料裝置的除氧站工段由航天長征化學(xué)工程設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。除氧站工段的主要任務(wù)是將脫鹽水站送來的冷脫鹽水、變換工段送來的熱脫鹽水、鍋爐送來的熱脫鹽水等經(jīng)過除氧器除氧(氧質(zhì)量濃度控制在7×10-9mg/L以下)并調(diào)節(jié)pH在8.0～9.2后[1]，通過鍋爐給水泵以不同壓力等級(jí)送往各個(gè)廢熱鍋爐、減溫減壓器及鍋爐系統(tǒng)等。

1 工藝流程

除氧站有4臺(tái)除氧器，以除氧器DE28001A為例,脫鹽水站供出的35 ℃合格脫鹽水一部分由脫鹽水液位調(diào)節(jié)閥(LV-281002A)調(diào)節(jié)液位后與鍋爐冷渣機(jī)裝置送來的65～95 ℃熱脫鹽水混合后從除氧器除氧頭頂部進(jìn)入除氧塔，經(jīng)旋膜噴水裝置噴出落至下部的填料上;另一部分脫鹽水經(jīng)過變換加熱器加熱至104 ℃由熱脫鹽水液位調(diào)節(jié)閥(LV-281003A)調(diào)節(jié)后進(jìn)入除氧塔。2次進(jìn)入除氧塔的脫鹽水從上向下流動(dòng)與除氧器壓力調(diào)節(jié)閥(PV-281001A)來的加熱蒸汽逆流接觸換熱,除去98%(體積分?jǐn)?shù))的游離氧后進(jìn)入給水箱，水溫被加熱至141.7 ℃后通過1道下水閥進(jìn)入低壓給水母管:一部分經(jīng)過高壓鍋爐給水泵(P-2801A、P-2801B、P-2802A、P-2802B、P-2802S)升壓至15 MPa后經(jīng)過高加水預(yù)熱器(E-20104、E-20204)加熱至195 ℃后，分別去變換汽包(V-20101、V-20201)、硫回收汽包和鍋爐車間；一部分經(jīng)過3臺(tái)次高壓鍋爐給水泵(P-2803A、P-2803B、P-2803S)升壓至6.8 MPa后分別供應(yīng)低溫甲醇洗工段、合成汽包及氣化汽包用水；一部分經(jīng)過3臺(tái)中壓鍋爐給水泵(P-2804A、P-2804B、P-2804S)升壓至4.8 MPa后向變換洗氨塔和合成油車間廢熱鍋爐供水；一部分經(jīng)過3臺(tái)低壓鍋爐水泵(P-2805A、P-2805B、P-2805S)升壓至1.6 MPa 向變換低壓蒸汽發(fā)生器(E-20101、E-20201)供水。

0.5 MPa飽和蒸汽分為三路進(jìn)入除氧器：一路DN80的管道直接進(jìn)入除氧塔，一路為主加熱蒸汽經(jīng)除氧水箱后進(jìn)入除氧塔，一路作為水箱再沸騰加熱蒸汽。將給水的溫度加熱至除氧器工作壓力下的飽和溫度，根據(jù)水中溶解氧量與液面上氧的分壓力成比例的性質(zhì)，使除氧器中給水液面上的氧的分壓力為0，從而除去給水中的溶解氧，由除氧塔頂部的排汽管道排出。

脫鹽水除氧站原設(shè)置1套聯(lián)氨和嗎啉加藥裝置，分別加在4臺(tái)除氧器出水管上。設(shè)置1套在線分析取樣裝置，主要檢測(cè)除氧給水電導(dǎo)率、pH、氧含量等，取樣點(diǎn)分別設(shè)在熱脫鹽水母管、除氧器出口管上。

2 技術(shù)改造及成果

2.1 鍋爐水泵機(jī)封冷卻水由循環(huán)水改為脫鹽水

除氧站14臺(tái)鍋爐給水泵(高壓鍋爐給水泵、次高壓鍋爐給水泵、中壓鍋爐給水泵和低壓鍋爐給水泵)的機(jī)封冷卻管為蛇形管，141.7 ℃的機(jī)封沖洗水由泵出口管引出走DN10蛇形管的內(nèi)管，經(jīng)冷卻到40 ℃后進(jìn)入機(jī)封系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)水走蛇形管內(nèi)外管之間的環(huán)隙進(jìn)行冷卻降溫[2]。為了防止由于蛇形管內(nèi)結(jié)晶堵塞而影響給水泵的正常運(yùn)行,在施工階段就把高壓鍋爐給水泵、次高壓鍋爐給水泵、中壓鍋爐給水泵的機(jī)封冷卻水改為脫鹽水，換熱后的脫鹽水進(jìn)入4臺(tái)除氧器，這樣不但避免了蛇形管堵塞，還回收了一部分熱量；由于低壓鍋爐給水泵對(duì)系統(tǒng)影響較小而未進(jìn)行機(jī)封冷卻水的改造，在隨后的開車運(yùn)行過程中改造后的機(jī)封水經(jīng)脫鹽水冷卻后溫度一直都是40 ℃，而未改造的低壓鍋爐給水泵的機(jī)封水冷卻后溫度為100 ℃，運(yùn)行3個(gè)月后冷卻效果日益變差，鍋爐水的溫度為141.7 ℃，冷卻后的機(jī)封水溫度為138 ℃，最后循環(huán)水在蛇形管內(nèi)堵死。

在檢修的過程中拆下蛇形管，內(nèi)外管環(huán)隙被白色的固體結(jié)晶物堵死，經(jīng)分析為循環(huán)水高溫結(jié)垢生成的碳酸鈣和碳酸鎂；決定把蛇形管冷卻改造為水浴冷卻，改造冷卻后機(jī)封沖洗水溫度降到了80 ℃左右。目前這14臺(tái)鍋爐給水泵運(yùn)行穩(wěn)定，尤其是機(jī)封冷卻水改造為脫鹽水的11臺(tái)給水泵，運(yùn)行1 年多從未更換過機(jī)封系統(tǒng)。

2.2 取消化學(xué)除氧劑

為了保證鍋爐水中氧的質(zhì)量濃度低于7×10-9mg/L，原設(shè)計(jì)在除氧器出口管加入聯(lián)氨(質(zhì)量流量約150 kg/d，4臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行)，運(yùn)行1年需要加入聯(lián)氨約49.5 t。由于聯(lián)氨有毒，具有強(qiáng)烈的侵蝕性[3]，對(duì)皮膚、眼睛、肝臟有損害，經(jīng)考察后改為無毒的二甲基酮肟。2019年4月去潞安煤制油公司進(jìn)行考察，其化工除氧器在不加化學(xué)除氧劑的情況下鍋爐水中的氧質(zhì)量濃度基本都在1×10-9～2×10-9mg/L，考察回來后晉煤華昱公司開始逐步減少二甲基酮肟的加入量，直至完全取消二甲基酮肟的加入，4臺(tái)除氧器出口的氧質(zhì)量濃度都在4×10-9mg/L以下，目前運(yùn)行了1年多鍋爐水中氧含量一直合格，只有在開停車的過程中沒有低壓蒸汽的情況下加入少量的二甲基酮肟。二甲基酮肟按2萬元/t計(jì)算，改造后每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約100萬元。

2.3 調(diào)節(jié)鍋爐水pH由嗎啉改為氨水

為了控制鍋爐水的pH在8.0～9.2[4]，原設(shè)計(jì)在除氧器的出口管加嗎啉,質(zhì)量流量約為250 kg/d(4臺(tái)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行)，運(yùn)行1年需要加入嗎啉約82.5 t。運(yùn)行5個(gè)月后去潞安煤制油公司進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)該公司用價(jià)格低廉的20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右的氨水進(jìn)行除氧站pH調(diào)節(jié)；考察回來后晉煤華昱公司也開始嘗試加氨水以代替嗎啉。氨水從外車間運(yùn)入，經(jīng)過十幾天的嘗試后發(fā)現(xiàn)加氨水調(diào)節(jié)pH也能滿足工藝要求；隨后從氨水制備工段(屬于熱電車間)引1條DN25氨水管線到除氧站加藥罐頂部，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，經(jīng)過脫鹽水稀釋到1.5%左右后加入除氧器出口管，目前已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了1年多，鍋爐水的pH一直控制在9.0左右。嗎啉按2.1萬元/t計(jì)算，改造后每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約160萬元。

2.4 次高壓鍋爐給水泵入口加磷酸三鈉

隨著系統(tǒng)負(fù)荷的加大合成廢熱鍋爐的蒸發(fā)量越來越大，3臺(tái)氣化爐運(yùn)行時(shí)合成廢鍋鍋爐水質(zhì)量流量為180 t/h(75%負(fù)荷)，4臺(tái)氣化爐運(yùn)行時(shí)合成廢鍋鍋爐水質(zhì)量流量為250 t/h(100%負(fù)荷)。2019年6月在對(duì)合成廢熱鍋爐排污進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)pH最低達(dá)到了5.44，排污水中的鐵離子質(zhì)量濃度高達(dá)2.59 mg/L，對(duì)其他廢熱鍋爐排污分析未發(fā)現(xiàn)pH明顯偏低;分析原因?yàn)檎舭l(fā)量太大，在高溫下氨水分解以氣氨的形式隨蒸汽流失導(dǎo)致氨水調(diào)節(jié)pH的能力下降。經(jīng)研究討論決定在次高壓鍋爐給水泵的入口加1條DN20加藥管線，利用閑置的聯(lián)氨加藥系統(tǒng)加入磷酸三鈉。加入磷酸三鈉后合成廢熱鍋爐的排污分析明顯改善，運(yùn)行半年多來pH一直維持在9.0左右，排污水中鐵離子質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L；為甲醇合成塔及廢熱鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的水質(zhì)保障。

3 結(jié)語

晉煤華昱公司除氧站工段自2017年12月投運(yùn)以來至今已運(yùn)行3年多，經(jīng)過多次的技術(shù)改造和優(yōu)化目前基本實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)滿足高負(fù)荷運(yùn)行的要求。改造后每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約260萬元。在運(yùn)行過程中的技術(shù)改造和技術(shù)優(yōu)化為同類裝置及相似裝置的工藝路線的選擇提供參考和依據(jù)，同時(shí)也為其他企業(yè)除氧站裝置的試車、開車提供了值得借鑒經(jīng)驗(yàn)。