蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的研究

郭盼春 金華 劉軍 劉志威

摘 要：在化工生產(chǎn)過程中，蒸汽冷凝水回收是重要的節(jié)能技術(shù)之一，重點介紹了蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成及其控制方法。該系統(tǒng)配置簡單、操作方便、運行穩(wěn)定，采用壓縮氣體代替常規(guī)的動力設(shè)備作為動力源輸送冷凝水，解決了動力設(shè)備氣蝕和管道腐蝕的問題。

關(guān)鍵詞：蒸汽冷凝水;回收;自動控制

蒸汽作為一種能源在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用，如在發(fā)電、石油、化工、印染、造紙、輕紡、釀造、橡膠、制陶等工業(yè)領(lǐng)域。蒸汽多用作熱源，通常用氣設(shè)備僅利用蒸汽的潛熱和少量的顯熱[1]。潛熱和少量顯熱的蒸汽還原成高溫的冷凝水，而冷凝水所具有的熱量占蒸汽總熱量的20%～30%，且冷凝水的壓力、溫度越高，所具有的熱量也就越多，將這部分熱量回收利用可獲得很大的節(jié)能效益。

目前，國內(nèi)外主要采用兩種蒸汽冷凝水回收裝置，即開放式冷凝水回收裝置和密閉式冷凝水回收裝置。開放式冷凝水回收裝置是把蒸汽冷凝水通過管道集中回收到閃蒸槽或一個敞口的地下槽中，大量的二次蒸汽排空，冷凝水降溫后用泵輸入軟水箱，作為制純水或鍋爐補給水，回收水溫低于100 ℃，水泵易產(chǎn)生氣蝕，冷凝水回收能效低[2]。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是設(shè)備簡單、操作方便、初始投資少，但是系統(tǒng)占地面積大，所得的經(jīng)濟效益差，對環(huán)境的污染較大，且由于冷凝水直接與大氣接觸，冷凝水中的溶氧濃度增加，易造成管道腐蝕。密閉式冷凝水回收裝置即通過密閉式疏水器和管道，將冷凝水收集到密閉水罐中，再通過氣水分離器，將二次蒸汽與飽和冷凝水分離，使其在密閉的水罐內(nèi)保持一定的空間，與冷凝水保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，然后利用水泵將冷凝水輸出[2-3]。密閉式冷凝水回收裝置因克服了開放式冷凝水回收裝置與大氣接觸的缺陷，避免了冷凝水輸送過程中的氧腐蝕，并得到了廣泛應(yīng)用。但該裝置能耗大且初始投資高。

在一般的蒸汽冷凝水回收裝置中，在輸送飽和狀態(tài)的冷凝水時，采用的離心泵易產(chǎn)生氣蝕，損壞泵的葉輪無法正常工作。當(dāng)水溫超過80 ℃時，就要在離心泵的入口處增加正壓頭或?qū)⑺浼芨咭苑罋馕g[4]，但由于水箱高架，冷凝水需爬高，回水不暢，且安裝、維修、運行不便?？紤]到寒冷地區(qū)的特點及現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，新疆天智辰業(yè)化工有限公司開發(fā)出一套無需動力設(shè)備、自動化程度高、配置簡單、操作方便的冷凝水回收裝置，本研究簡要介紹了該裝置的工作原理、主要特點等情況。

1?蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的工作流程及原理

外界的蒸汽冷凝水先進入冷凝水收集罐，其中產(chǎn)生的二次蒸汽進入不凝氣冷卻器，通過空氣冷凝后流回冷凝水收集罐，換熱后的空氣則由排氣口排至大氣中;冷凝水收集罐中的冷凝水通過液位差產(chǎn)生的勢能，經(jīng)止逆閥Ⅰ流入冷凝水輸送罐中;當(dāng)高液位開關(guān)檢測到冷凝水輸送罐液位到達高位時，發(fā)送信號至控制箱，控制閥Ⅰ打開，控制閥Ⅱ關(guān)閉，在壓縮氣體的加壓下，冷凝水經(jīng)止逆閥Ⅱ從冷凝水輸送罐排出;當(dāng)?shù)鸵何婚_關(guān)檢測到冷凝水輸送罐液位到達低位時，發(fā)送信號至控制箱，控制閥Ⅰ關(guān)閉，控制閥Ⅱ打開，冷凝水輸送罐中少量不凝氣經(jīng)控制閥Ⅱ送至不凝氣冷卻器，利用空氣冷凝后，又流回冷凝水收集罐;冷凝水收集罐中的蒸汽冷凝水通過液位差產(chǎn)生的勢能，經(jīng)止逆閥Ⅰ流入冷凝水輸送罐進行下一輪循環(huán)。工作流程如圖1所示。

2?蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的構(gòu)成

蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)包括依次連接的不凝氣冷卻器、冷凝水收集罐、止逆閥Ⅰ、冷凝水輸送罐、止逆閥Ⅱ、低液位開關(guān)、高液位開關(guān)、控制閥Ⅰ、控制閥Ⅱ和控制箱。

在蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)中，不凝氣冷卻器、冷凝水收集罐、冷凝水輸送罐按上述順序從高到低安裝。不凝氣冷卻器中的換熱管采用豎向分布，利用空氣對換熱管中的二次蒸汽進行冷凝。冷凝水收集罐呈筒狀水平放置，可根據(jù)冷凝水的去向和用途并連多個冷凝水輸送罐。冷凝水是在壓縮氣體加壓的作用下從冷凝水輸送罐送出，壓縮氣體需選用不溶或難溶于蒸汽冷凝水的氣體，且壓力大于冷凝水輸送罐中冷凝水的壓力。

3 蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的控制方法

蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)無需使用離心泵等動力設(shè)備，整個輸送過程可實現(xiàn)自動控制。通常，自動控制可通過DCS、PLC、單片機等方法實現(xiàn)。本研究所述的蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)，采用繼電器分別對控制閥進行開啟和關(guān)閉的自動控制，繼電器成本低且維護方便。

以下是該系統(tǒng)自動回收蒸汽冷凝水的步驟。

（1）冷凝水收集罐積液。冷凝水通過管道，從用氣設(shè)備輸送至冷凝水收集罐。

（2）冷凝水輸送罐進液。冷凝水收集罐的液位達到一定高度時，冷凝水通過液位差產(chǎn)生的勢能流入冷凝水輸送罐。

（3）冷凝水輸送罐排液。當(dāng)冷凝水輸送罐的液位達到高位時，高液位開關(guān)上限信號SH閉合，繼電器K1通電，觸點S1閉合實現(xiàn)自鎖，S2閉合使繼電器K2通電，S3閉合，S4斷開，控制閥V1打開，V2關(guān)閉。在壓縮氣體加壓的作用下，冷凝水從冷凝水輸送罐中排出，流向用水單位。

（4）冷凝水輸送罐進液。當(dāng)冷凝水輸送罐的液位到達低位時，低液位開關(guān)上限信號SL斷開，繼電器K1、K2失電，觸點S3斷開，S4閉合，控制閥V1關(guān)閉，V2打開，冷凝水輸送罐中少量的不凝氣經(jīng)控制閥V2送至不凝氣冷卻器，利用空氣冷卻后，又流回冷凝水收集罐，冷凝水收集罐內(nèi)的冷凝水在重力的作用下進入冷凝水輸送罐，進行下一輪循環(huán)。

蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的控制過程如圖2所示。

4?蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）本研究所述的蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)中，不凝氣冷卻器采用空氣冷凝，換熱管豎向分布，無積液死角，冬天不會出現(xiàn)凍管問題。

（2）蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)采用壓縮氣體作為動力源輸送冷凝水，不需要考慮水溫及氣蝕的問題，同時對輸送管道起到保護作用，不會產(chǎn)生腐蝕和二次污染的問題。

（3）蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)通過液位開關(guān)自動檢測冷凝水輸送罐液位，自動進液和排液，避免了空罐或滿罐產(chǎn)生的安全隱患。

（4）蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)無需動力設(shè)備，配置簡單、操作方便、自動化程度高、無需值守，不僅降低了勞動強度，而且減少了生產(chǎn)成本。

5?結(jié)語

蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)解決了目前常用的冷凝水回收裝置動力設(shè)備易產(chǎn)生氣蝕的問題，有效防止管道腐蝕。該系統(tǒng)已于2017年在新疆天智辰業(yè)化工有限公司成功應(yīng)用，運行至今未進行過大修。截至目前，該公司已分別在氣化、空分、公用工程、鍋爐等工段建成了8套蒸汽冷凝水回收裝置。實踐證明，蒸汽冷凝水自動回收系統(tǒng)設(shè)計合理、安全可靠，具有廣闊的市場發(fā)展前景。

[參考文獻]

[1]杜玉輝.工業(yè)鍋爐冷凝水余熱利用與回收一體化裝置[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[2]張利波，王國安，王鷹.應(yīng)用自動控制充分使用蒸汽冷凝水資源節(jié)能降耗[J].赤峰學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，25（6）：41-42.

[3]王友金.閉式冷凝水回收工藝的應(yīng)用[J].山東化工，2015，44（17）：107-109.

[4]顧家海，顧秀芬.蒸汽管網(wǎng)閉式回收裝置工作原理及應(yīng)用[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2005（5）：29-31.