煤化工行業(yè)凝液回收系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題探討及改造實(shí)踐

姚長(zhǎng)江

（多倫煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 錫林浩特 027300）

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，伴熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠與否，直接關(guān)系到生產(chǎn)的連續(xù)與平穩(wěn)，尤其在我國(guó)北方高寒地區(qū)，伴熱系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，蒸汽伴熱以其獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)伴熱系統(tǒng)中。伴熱系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)問(wèn)題是化工企業(yè)不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)作為其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，其運(yùn)行穩(wěn)定性將直接影響整個(gè)水系統(tǒng)平衡，如何解決其運(yùn)行過(guò)程中遇到的凝液回收系統(tǒng)背壓過(guò)高、水擊、不凝氣聚集及伴熱管理不到位等問(wèn)題，值得關(guān)注。筆者結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)凝液回收系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析探討，并介紹了某公司伴熱系統(tǒng)的改造實(shí)踐及效果，可為解決凝液回收系統(tǒng)的“跑冒滴漏”提供借鑒。

1 凝液回收系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的解決與探討

1.1 凝液回收系統(tǒng)背壓過(guò)高

蒸汽熱量利用率低、回水帶汽量大是引起凝液回收系統(tǒng)背壓過(guò)高的主要原因。蒸汽伴熱系統(tǒng)疏水器運(yùn)行過(guò)程中缺乏有效的檢查與維護(hù)，會(huì)導(dǎo)致蒸汽噴放過(guò)多，若問(wèn)題疏水器達(dá)到一定數(shù)量，凝液回收系統(tǒng)背壓過(guò)高的問(wèn)題就隨之而來(lái)，因此在伴熱系統(tǒng)檢查過(guò)程中，要定期對(duì)伴熱管或疏水器溫度進(jìn)行檢查，避免運(yùn)行溫度過(guò)高。一般情況下，低壓蒸汽疏水器后溫度不高于110 ℃，且與環(huán)境溫度之差不超85 ℃，則可認(rèn)為疏水器運(yùn)行正常。對(duì)于雙金屬片類(lèi)疏水器，還應(yīng)定期調(diào)整金屬片壓緊程度，控制出口溫度，以滿足實(shí)際運(yùn)行需要。此外，凝液回收管線不宜設(shè)置過(guò)長(zhǎng)，如凝液管線與蒸汽管線壓差小于0.1 MPa，則應(yīng)考慮在適當(dāng)位置增加回收裝置進(jìn)行一次閃蒸，同時(shí)利用機(jī)械加壓裝置，進(jìn)行二次外送。

1.2 凝液回收管線水擊現(xiàn)象

不同溫度的多股凝液混合是導(dǎo)致凝液管線出現(xiàn)水擊的主要原因。主要有以下兩種情況會(huì)造成不同凝結(jié)水之間溫差較大：一是不同裝置或界區(qū)對(duì)蒸汽熱量的利用程度不同，尤其在不同裝置匯合處猶為明顯，這種情況比較多，疏水器出口溫度、蒸汽換熱器換熱效果等直接決定了凝液的溫度；二是不同壓力等級(jí)凝液混入同一凝液回收管網(wǎng)，高壓力凝液由于壓力降低，釋放潛熱，造成凝液汽化，引起水擊。

此外，管線變徑處或管線脹力彎處出現(xiàn)微量泄漏，也會(huì)導(dǎo)致管線水擊現(xiàn)象的發(fā)生。

解決水擊問(wèn)題應(yīng)從以下幾方面入手：（1）對(duì)多路凝液的溫度、壓力進(jìn)行匯總梳理，如溫度、壓力差過(guò)大，則不應(yīng)匯入同一管網(wǎng)回收，應(yīng)建立多路凝液管網(wǎng)，直至常壓罐或閃蒸罐；（2）常壓或低壓凝液管網(wǎng)溫度接近的多股凝液，應(yīng)使凝液溫度統(tǒng)一至100 ℃以上或以下（即閃蒸前凝液與閃蒸后凝液混合）；（3）凝液管線出現(xiàn)泄漏應(yīng)及時(shí)處理，避免因泄漏導(dǎo)致局部閃蒸，使管線出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，導(dǎo)致泄漏擴(kuò)大；向上的管線應(yīng)力補(bǔ)償彎應(yīng)不定期進(jìn)行排氣，避免不凝氣聚集；（4）設(shè)有多處凝液回收的蒸汽管線局部停運(yùn)時(shí)，一定要停運(yùn)相應(yīng)疏水裝置，設(shè)有止回閥的疏水管路也應(yīng)關(guān)閉相應(yīng)手動(dòng)閥門(mén)，避免凝液回串導(dǎo)致蒸汽管網(wǎng)無(wú)法順利投運(yùn)。

1.3 凝液回收系統(tǒng)不凝氣聚集

凝液中含有的不凝氣主要有二氧化碳、氧氣、氫氣，對(duì)于煤化工系統(tǒng)烯烴單元，往往會(huì)伴隨甲醇以及C4、C5等重組分的泄漏，煤氣化單元?jiǎng)t主要是二氧化碳泄漏，同時(shí)伴有一氧化碳與硫化氫的泄漏。這些不凝氣通常需要經(jīng)過(guò)常壓閃蒸系統(tǒng)后方可消除。經(jīng)過(guò)熱能利用（即對(duì)凝液的余熱進(jìn)行二次利用）的凝液回收系統(tǒng)，一般不設(shè)置常壓閃蒸裝置，回收凝液直接用于加熱供水，這樣在密閉系統(tǒng)中凝液在釋放熱量的同時(shí)溫度降低，導(dǎo)致不凝氣溶解度升高，會(huì)將這些溶解氣體直接帶入離子交換系統(tǒng)，進(jìn)而影響混床周期制水量。例如二氧化碳含量較多的凝液系統(tǒng)，往往在進(jìn)入凝結(jié)水回收裝置換熱后，會(huì)導(dǎo)致水中pH 值降低，碳酸氫根含量上升，進(jìn)而造成陰離子交換樹(shù)脂交換能力下降。同時(shí)在再生過(guò)程中，在陰陽(yáng)樹(shù)脂交界處，由于酸再生液與部分陰離子樹(shù)脂接觸，二氧化碳大量放出，導(dǎo)致上部堿再生液排出困難，再生效果大大降低。因此在不凝氣較多的凝液系統(tǒng)，如已影響到離子交換系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)盡快查找不凝氣泄漏源，消除泄漏。凝液管線可通過(guò)打開(kāi)高點(diǎn)放空閥進(jìn)行檢查，如含氣量較多，則應(yīng)考慮是否存在泄漏，還可進(jìn)一步通過(guò)氣體取樣并進(jìn)行色譜分析，獲取更精確的結(jié)果。進(jìn)行氣體取樣時(shí)，不可用常規(guī)方法直接取樣，應(yīng)將高點(diǎn)排氣引入小型氣水分離裝置，再通入小型換熱裝置降低溫度，最后通入氣體收集袋，將不凝氣收集，進(jìn)行分析。

1.4 伴熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性不佳

伴熱系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性一方面取決于設(shè)計(jì)的合理性，另一方面后期的維護(hù)管理也不容忽視，設(shè)計(jì)方面因素主要為疏水器形式的選擇及疏水站（蒸汽分配站）的安裝形式。

1.4.1 疏水站（蒸汽分配站）安裝形式

《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]規(guī)定：在3 m 半徑范圍內(nèi)如有3 個(gè)或3 個(gè)以上的伴熱點(diǎn)及回收點(diǎn)時(shí)，蒸汽伴熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置蒸汽分配站與疏水站，兩者都可水平安裝與垂直安裝，不同安裝形式有其各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)，將在一定程度上影響伴熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性。下面以疏水站為例，說(shuō)明安裝形式對(duì)系統(tǒng)的影響。

疏水站水平安裝示意圖[1]見(jiàn)圖1。水平安裝的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，管線獨(dú)立分布，便于檢修，抗雜質(zhì)能力較好，出現(xiàn)泄漏易于處理；缺點(diǎn)是占地面積大，空間利用率低，單根出現(xiàn)凍堵較難處理。

圖1 疏水站水平安裝示意圖[1]

疏水站垂直安裝示意圖[1]見(jiàn)圖2。垂直安裝的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，伴熱管線集中布置，出現(xiàn)凍堵易于處理；缺點(diǎn)是對(duì)于伴熱管根數(shù)較多的疏水器上部閥門(mén)操作困難，不利于伴熱檢查，運(yùn)行過(guò)程中疏水器截留雜質(zhì)較多，易堵塞，出現(xiàn)泄漏不易查找，且維護(hù)檢修較為困難。

圖2 疏水站垂直安裝示意圖[1]

對(duì)于疏水站（蒸汽分配站）安裝形式的選擇，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件及運(yùn)行需要來(lái)判斷，對(duì)于管線較少的區(qū)域，可考慮采用垂直安裝，此類(lèi)型疏水站（蒸汽分配站）對(duì)于運(yùn)行管理和蒸汽品質(zhì)要求較高。水平安裝的疏水站（蒸汽分配站）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，易于操作檢修，應(yīng)用比較廣泛。

1.4.2 伴熱系統(tǒng)缺乏管理

伴熱系統(tǒng)停運(yùn)退出后，管線內(nèi)難免存在污垢沉積，再投運(yùn)時(shí)如不進(jìn)行排污處理，很有可能導(dǎo)致疏水器堵塞，進(jìn)而使疏水效果變差，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致伴熱管線凍壞，因此在伴熱管線投運(yùn)前，要將伴熱管內(nèi)雜質(zhì)吹掃干凈，再引入疏水器，確保疏水器不受堵塞影響。

伴熱系統(tǒng)圖作為伴熱系統(tǒng)檢查與消缺中重要參照項(xiàng)，務(wù)必保證其準(zhǔn)確、及時(shí)，伴熱系統(tǒng)圖不但應(yīng)包括伴熱管線號(hào)、介質(zhì)名稱(chēng)及走向，還應(yīng)包括伴熱線的投停狀態(tài)。在投停狀態(tài)及管線變更后，應(yīng)及時(shí)對(duì)伴熱系統(tǒng)圖進(jìn)行更新，并進(jìn)行運(yùn)行交接，避免伴熱系統(tǒng)出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象。

1.4.3 其他需注意的問(wèn)題

（1）蒸汽分配站及疏水站設(shè)計(jì)安裝應(yīng)以方便檢修和操作為原則，對(duì)于腐蝕性氣體泄漏區(qū)域，應(yīng)定期對(duì)閥門(mén)進(jìn)行潤(rùn)滑處理，防止閥門(mén)長(zhǎng)期不操作導(dǎo)致銹死，蒸汽分配站及疏水站備用口應(yīng)盡量設(shè)置在主管處，防止備用口在極端氣溫天氣出現(xiàn)凍裂的情況。

（2）伴熱管線安裝應(yīng)盡量避免或減少采用U 型彎，必要時(shí)可沿主管線增加環(huán)型應(yīng)力補(bǔ)償或沿閥門(mén)法蘭增加U 形補(bǔ)償，防止U 型彎在寒冷天氣因保溫不全導(dǎo)致伴熱管凍堵，同時(shí)伴熱管應(yīng)位于主管線下方或側(cè)下方，采用綁扎固定，而不宜采用與主管焊接的固定方式。

（3）蒸汽分配站或疏水站與主蒸汽或凝液連接處應(yīng)設(shè)置2 道閥門(mén)，一道常開(kāi)，另一道用于正常隔絕，防止檢修時(shí)因閥門(mén)內(nèi)漏導(dǎo)致伴熱蒸汽整體停運(yùn)。

（4）應(yīng)制定伴熱系統(tǒng)巡查機(jī)制，重點(diǎn)檢查工藝介質(zhì)防凍伴熱管線，并建立臺(tái)帳、問(wèn)題記錄本等，夜間應(yīng)設(shè)立專(zhuān)門(mén)保運(yùn)人員，以協(xié)助缺陷處理。

（5）伴熱系統(tǒng)在冬季停運(yùn)后，應(yīng)及時(shí)排凈管線內(nèi)積水，對(duì)疏水器進(jìn)行吹掃，可打開(kāi)絲堵排水，防止凍壞；夏季伴熱系統(tǒng)停運(yùn)退出后，應(yīng)盡量保證管線及疏水器內(nèi)部處于滿水狀態(tài)，或通入氮?dú)鈱⒐芫€吹掃干凈并保持微正壓，防止管線及疏水器部件出現(xiàn)銹蝕或電化學(xué)腐蝕，影響后續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性[2]。

（6）現(xiàn)場(chǎng)疏水站（蒸汽分配站）應(yīng)安裝便于識(shí)別的標(biāo)識(shí)牌，包括被伴熱介質(zhì)、管線走向等信息，提高隔絕、投運(yùn)的操作效率，避免誤操作。

2 凝液回收系統(tǒng)改造實(shí)踐

某公司外管伴熱系統(tǒng)采用垂直安裝形式，每個(gè)疏水站（蒸汽分配站）上有8～20 根支管，分支管至伴熱管道部分為集中分布，自2009 年伴熱系統(tǒng)投入運(yùn)行后，伴熱系統(tǒng)泄漏問(wèn)題不斷出現(xiàn)，如疏水器泄漏、焊口泄漏等，且由于伴熱系統(tǒng)圖準(zhǔn)確性低，導(dǎo)致管線隔絕困難，影響檢修進(jìn)度與質(zhì)量。2018 年公司決定對(duì)部分伴熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造后的伴熱系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，消除了持續(xù)存在的“跑冒滴漏”現(xiàn)象，主要改造內(nèi)容介紹如下。

2.1 更換疏水站（蒸汽分配站）安裝形式

原疏水站（蒸汽分配站）采用垂直安裝形式，所有伴熱管及疏水器均為集中包覆，如疏水站（蒸汽分配站）及管線集中分布處出現(xiàn)泄漏后，難以在第一時(shí)間判斷漏點(diǎn)具體位置，只能通過(guò)全站退出的方式逐一排查，這樣往往會(huì)導(dǎo)致次生問(wèn)題的出現(xiàn)，如消漏時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、隔絕恢復(fù)時(shí)閥門(mén)誤操作造成管線凍堵；且疏水管線與疏水器處于同一水平管線上，導(dǎo)淋為橫向抽頭式布置，這樣運(yùn)行過(guò)程中管線內(nèi)各種雜質(zhì)便會(huì)集中堆積至疏水器處，容易造成疏水器堵塞。改造后，疏水站采用水平安裝形式（見(jiàn)圖3），且疏水器前導(dǎo)淋布置成直管式，疏水器位于水平側(cè)，這樣就大大降低了疏水器堵塞的幾率。

圖3 改造后的疏水站安裝示意圖

此外，改造前垂直安裝的疏水站在伴熱管線超過(guò)12 根后，整站高度已超2 m，頂部伴熱閥門(mén)操作困難；改造后的疏水站統(tǒng)一采用水平安裝，即疏水器水平排布，且分支管線獨(dú)立保溫，疏水器全部采用法蘭連接且取消外部保溫，便于檢查維護(hù)。

2.2 增大伴熱管線管徑

該公司伴熱系統(tǒng)采用0.4 MPa、200 ℃低壓蒸汽作為伴熱氣源，原設(shè)計(jì)工藝管線伴管均采用DN15 碳鋼伴熱管線，根據(jù)《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]及各公司伴熱系統(tǒng)實(shí)際情況，伴熱管線長(zhǎng)度限制為45 m 以?xún)?nèi)，這樣就導(dǎo)致了疏水站和蒸汽分配站數(shù)量增加。改造前全廠蒸汽分配站+疏水站總數(shù)量為326 個(gè)，僅疏水站就達(dá)163 個(gè)，運(yùn)檢修都十分困難；改造后伴熱管線管徑統(tǒng)一采用DN20 碳鋼管線，伴熱管線長(zhǎng)度可增加至55 m～70 m，縮減了疏水站和蒸汽分配站數(shù)量，減小了運(yùn)行和維護(hù)的難度。

2.3 更換疏水器形式

原伴熱系統(tǒng)采用倒吊桶式疏水器，此類(lèi)疏水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，機(jī)械故障率高，蒸汽損失量大，長(zhǎng)期運(yùn)行后，隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)勞損，疏水能力逐漸下降，甚至出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞，失去疏水能力。經(jīng)過(guò)對(duì)部分問(wèn)題疏水器拆檢，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)大多已損壞，長(zhǎng)期蒸汽沖擊使疏水器出水側(cè)頂蓋被穿透，出現(xiàn)泄漏。原設(shè)計(jì)疏水站疏水器全部被保溫材料包裹，不便于檢查確認(rèn)，出現(xiàn)問(wèn)題后大量蒸汽進(jìn)入凝液回收管線，使凝液回收管線背壓升高，帶汽嚴(yán)重。此次改造在改變疏水站安裝形式的同時(shí)，將疏水器更換為雙金屬式疏水器，該疏水器對(duì)于此系統(tǒng)（經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行后管道雜質(zhì)已基本沖洗干凈）的適用性?xún)?yōu)于倒吊桶式疏水器，且在長(zhǎng)期運(yùn)行后仍能保持較好的疏水性能。生產(chǎn)實(shí)踐表明，改造后的凝液回收管線含氣量明顯降低。

2.4 伴熱管線分布優(yōu)化及伴熱圖梳理

此次改造優(yōu)化了伴熱管線排布，按照不同被伴熱管線固定伴熱管順序，同時(shí)遵循同類(lèi)介質(zhì)集中排布的原則進(jìn)行，對(duì)于未投用或長(zhǎng)期退出管線集中布置于同一疏水站（蒸汽分配站），便于投退操作。同時(shí)重新梳理伴熱系統(tǒng)圖，保證其100%準(zhǔn)確率，各疏水站（蒸汽分配站）安裝特制標(biāo)識(shí)牌，便于運(yùn)行人員能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并有效處理。

3 結(jié) 語(yǔ)

煤化工行業(yè)以其原料含量復(fù)雜特點(diǎn)決定了凝液回收系統(tǒng)問(wèn)題的特殊性?；趯?duì)凝液回收系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題的分析，某公司針對(duì)伴熱系統(tǒng)泄漏問(wèn)題不斷、伴熱系統(tǒng)圖紙準(zhǔn)確性低的實(shí)際情況，采取針對(duì)性的改造措施，有效解決了伴熱和凝液回收系統(tǒng)持續(xù)存在的“跑冒滴漏”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。