化工生產(chǎn)裝置蒸汽凝液回收與利用

樊小明

(陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西渭南 714100)

陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司1,4-丁二醇 (BDO)裝置與尿素分廠氨冷器裝置約產(chǎn)生100 t/h蒸汽凝液。原設(shè)計(jì)中此部分蒸汽冷凝液回收至動(dòng)力分廠脫鹽水站工藝水箱再次利用，但因BDO凝液回收過(guò)程中多次出現(xiàn)電導(dǎo)率(≤10 μs/cm)、Fe2+質(zhì)量濃度(≤100 μg/L)的超標(biāo)現(xiàn)象，造成凝液混床樹(shù)脂出現(xiàn)交叉污染。產(chǎn)水電導(dǎo)率從0.07 μs/cm直接上升至0.46 μs/cm，二氧化硅質(zhì)量濃度從2.7 μg/L上升至198 μg/L，對(duì)鍋爐及后續(xù)化工生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。

按照原設(shè)計(jì)繼續(xù)回收利用，風(fēng)險(xiǎn)較大，因此在初期改造中，利用進(jìn)鍋爐除氧水對(duì)此部分凝液進(jìn)行換熱，之后送至脫鹽水一次水箱進(jìn)行升溫(≤30 ℃)，但由于凝液回收量較大，造成預(yù)處理超濾進(jìn)水溫度過(guò)高(>30 ℃)，影響脫鹽水膜系統(tǒng)的安全運(yùn)行。最終，大部分凝液不經(jīng)任何處理被直接排放至地溝，造成資源浪費(fèi)。

凝液混床凈化項(xiàng)目改造，能夠?qū)DO、尿素、廢鍋凝液、脫硫等裝置產(chǎn)生的近170 t/h蒸汽凝液全部集中回收處理，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 技術(shù)改造

將BDO、尿素、廢鍋凝液、脫硫等全裝置產(chǎn)生的170 t/h蒸汽凝液(溫度小于80 ℃)送至脫鹽水新增凝液水箱，再通過(guò)凝液水泵送至凝液混床處理，產(chǎn)生合格脫鹽水(電導(dǎo)率≤0.2 μs/cm、二氧化硅質(zhì)量濃度≤20 μg/L)后，送至一期脫鹽水箱。 通過(guò)凝液凈化項(xiàng)目改造，化工系統(tǒng)富余蒸汽凝液得到回收再利用，提高了脫鹽水裝置的運(yùn)行產(chǎn)能，緩解了運(yùn)行壓力，降低了運(yùn)行費(fèi)用。

1.1 改造要點(diǎn)

改造初期：經(jīng)過(guò)除氧器前換熱器換熱(用脫鹽水進(jìn)行換熱)，提高了進(jìn)水溫度，節(jié)約鍋爐除氧器換熱用蒸汽；將凝液換熱后回收至脫鹽水工藝水箱或原水箱，進(jìn)行處理后送至化工系統(tǒng)，節(jié)約水資源和藥劑。

改造后期：針對(duì)BDO凝液多次出現(xiàn)電導(dǎo)率和鐵含量超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察和論證，在脫鹽水裝置中新增1套容積為200 m3的凝液水箱，1臺(tái)揚(yáng)程為30 m、質(zhì)量流量為200 t/h的凝液水泵，1套質(zhì)量流量為200 t/h的凝液混床，產(chǎn)水出口總管配置電導(dǎo)率表、在線硅表和流量計(jì)。混床前設(shè)置除鐵保安過(guò)濾器，混床后配置樹(shù)脂捕捉器?；齑伯a(chǎn)水配置DN200管連接至脫鹽水箱總管。

1.2 處理流程

系統(tǒng)凝液改造簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。BDO和尿素凝液→板式換熱器(經(jīng)過(guò)1#除氧器脫鹽水換熱)→一期、二期原水箱或新增凝液水箱→凝液水泵→大流量過(guò)濾器→高速凝液混床→一期脫鹽水箱。

圖1 系統(tǒng)凝液改造簡(jiǎn)圖

2 設(shè)備要求及規(guī)范

2.1 凝液水箱、凝液水泵

凝液水箱用于貯存凝液并提升水量及水壓，與凝液水泵配套使用。

本項(xiàng)目中，凝液水箱為立式不銹鋼制結(jié)構(gòu)容器,體積為200 m3，尺寸為6 m×6 m×5.6 m，設(shè)備按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)，配有出水管、排污管、溢流水管和液位計(jì)接口管等全套附件，以及具有就地液位顯示及4～20 mA電流的側(cè)入式液位計(jì)。凝液水箱制作完畢后進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)為24 h的盛水試驗(yàn)，要求不得有滲漏及異常變形現(xiàn)象。

同時(shí)，與凝液水箱配套的凝液水泵，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 凝液水泵主要參數(shù)

2.2 凝液混床

配置一套立式柱形結(jié)構(gòu)凝液混床，內(nèi)部進(jìn)水裝置為母支管型，出水裝置為多孔板加不銹鋼水帽?；齑矁?nèi)壁襯軟橡膠和半硬橡膠(天然無(wú)硅橡膠)各一層，總厚度不得小于5 mm；襯膠完整無(wú)針孔，能承受15～20 kV電火花試驗(yàn)不被擊穿?；齑埠笈錁?shù)脂捕捉器，其前后設(shè)差壓表及相應(yīng)接管。樹(shù)脂捕捉器濾元縫隙寬度為0.2 mm。捕捉器應(yīng)為304不銹鋼濾元結(jié)構(gòu)，殼體為鋼制襯膠，當(dāng)捕捉器完全堵塞時(shí)，不會(huì)因管道內(nèi)的壓力導(dǎo)致破裂。凝液混床的主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 凝液混床主要參數(shù)

2.3 凝液混床樹(shù)脂

脫鹽水系統(tǒng)采用陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂復(fù)合床處理工藝，所選用的樹(shù)脂必須滿足混床產(chǎn)水水質(zhì)要求，且能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。采購(gòu)樹(shù)脂時(shí)要滿足以下條件：

(1) 由賣(mài)方現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)填裝樹(shù)脂。

(2) 混床運(yùn)行3個(gè)月之內(nèi)，在進(jìn)水水質(zhì)正常情況下，新加的陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂顏色不會(huì)加深。

(3) 新裝樹(shù)脂在投運(yùn)1 a內(nèi)出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，買(mǎi)方接到通知后24 h內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查處理。

(4) 混床時(shí)，其陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂有效粒徑之差的絕對(duì)值不大于0.10 mm。

(5) 樹(shù)脂填裝完成后,在運(yùn)行過(guò)程中，不能出現(xiàn)混脂、多次分層現(xiàn)象。

(6) 投運(yùn)后混床產(chǎn)水電導(dǎo)率小于0.2 μs/cm、二氧化硅質(zhì)量濃度小于20 μg/L。

(7) 樹(shù)脂運(yùn)行3 a內(nèi)，交換容量降低率小于3%。

(8) 新投運(yùn)混床出現(xiàn)水質(zhì)不合格或者周期制水量降低時(shí)，由廠方現(xiàn)場(chǎng)解決。

2.4 除鐵保安過(guò)濾器

設(shè)置1臺(tái)DN750、體積流量為200 m3/h的除鐵保安過(guò)濾器，內(nèi)裝12支聚丙烯(PP)噴熔濾芯，過(guò)濾精度為10 μm。濾芯的起始?jí)翰钜话銥?.025～0.030 MPa，最大允許壓差為0.35 MPa。設(shè)計(jì)溫度為85 ℃，進(jìn)入除鐵過(guò)濾器的凝結(jié)水中，含鐵質(zhì)量濃度不大于2 000 μg/L。除鐵保安過(guò)濾器配置完整的閥門(mén)、儀表、內(nèi)部鏈接管路、附件以及控制設(shè)備等。

除鐵保安過(guò)濾器單元設(shè)置0～100%旁路系統(tǒng)。來(lái)水溫度大于80 ℃時(shí)，進(jìn)出閥門(mén)關(guān)閉，凝液水泵自停。當(dāng)其壓降達(dá)到設(shè)定值時(shí)，該除鐵保安過(guò)濾器自動(dòng)退出運(yùn)行，更換濾芯后并入系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行且凝液水泵出水水質(zhì)確實(shí)很好時(shí)，進(jìn)水懸浮物質(zhì)量濃度≤10 μg/L的情況下，經(jīng)人工確認(rèn)后，打開(kāi)旁路門(mén)，除鐵保安過(guò)濾器停止運(yùn)行，處于備用狀態(tài)。

2.5 自動(dòng)程序控制

當(dāng)運(yùn)行混床出水的電導(dǎo)率、二氧化硅質(zhì)量濃度中的任一參數(shù)達(dá)到設(shè)定值，失效混床自動(dòng)退出運(yùn)行，啟動(dòng)再生系統(tǒng)，自動(dòng)進(jìn)行分離和徹底的化學(xué)再生?；齑沧詣?dòng)化全部實(shí)現(xiàn)中控?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)(DCS)操作，閥門(mén)和在線表全部實(shí)現(xiàn)DCS監(jiān)控。

3 實(shí)施過(guò)程

2020年11月15日，項(xiàng)目開(kāi)始施工，舊設(shè)備拆除；2020年11月20日至12月10日，設(shè)備制作；2020年12月10日至12月30日，完成設(shè)備安裝；2021年1月，調(diào)試設(shè)備；同年2月正式投運(yùn)。

4 工藝技術(shù)要求

本項(xiàng)目處理蒸汽冷凝液所選用的離子樹(shù)脂脫鹽運(yùn)行方式為混合床除鹽工藝。將陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂按一定比例均勻混合裝在同一交換器中，通過(guò)混合床完成多級(jí)陰、陽(yáng)離子交換過(guò)程。

凝液混床進(jìn)水、出水指標(biāo)要求見(jiàn)表3?；齑策\(yùn)行中，肉眼觀察陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，不允許出現(xiàn)紅色液體。混床進(jìn)水溫度為80 ℃時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行壓力為≤0.6 MPa(g)。

表3 凝液混床進(jìn)水、出水指標(biāo)

5 性能驗(yàn)收

按照DL/T 543—2009 《電廠用水處理設(shè)備驗(yàn)收導(dǎo)則》進(jìn)行設(shè)備性能驗(yàn)收。凝結(jié)凈化系統(tǒng)連續(xù)72 h試運(yùn)行后效果見(jiàn)表4。

表4 凝結(jié)凈化系統(tǒng)連續(xù)72 h試運(yùn)行后效果

凝液水質(zhì)處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比，見(jiàn)表5。

表5 凝液水質(zhì)處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比

6 實(shí)際效益

2021年2月15日，BDO和尿素凝液全部回收至新凝液混床處理，顯示回收水量為100 t/h左右，以一次水脫鹽水成本為2.3元/t計(jì)算，每年(按365 d計(jì)算)節(jié)約費(fèi)用為201.5萬(wàn)元。

混床進(jìn)水溫度為74 ℃左右，產(chǎn)水工藝指標(biāo)穩(wěn)定，凝液實(shí)現(xiàn)全部回收處理，既節(jié)約了水資源又利用了冷凝液的熱量，同時(shí)降低了工業(yè)一次原水用量，減少了外排水量，利于環(huán)境保護(hù)。

7 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)內(nèi)氮肥行業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益普遍下滑的大背景下，陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司不斷挖潛降耗。凝液回收裝置投運(yùn)后，效益可觀，同時(shí)還節(jié)約了一次水及藥劑用量，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。