煉廠儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)蒸汽伴熱與凝結(jié)水回收系統(tǒng)研究

蔣敦藝(中國(guó)石油廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，廣西 欽州 535008)

0 引言

某沿海煉廠儲(chǔ)運(yùn)重質(zhì)油罐區(qū)，經(jīng)常出現(xiàn)儲(chǔ)罐加熱用蒸汽及凝結(jié)水管線與罐體相連接的金屬軟管頻繁泄漏現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常聽(tīng)到“咚咚”[1]的管道敲擊聲音，即蒸汽加熱管線及凝結(jié)水管線發(fā)生水擊現(xiàn)象。管線長(zhǎng)時(shí)間打水擊，嚴(yán)重時(shí)造成管線斷裂。同時(shí)，該系統(tǒng)配備一套凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施，該凝結(jié)水回收撬裝將儲(chǔ)罐加熱產(chǎn)生的凝結(jié)水回收，后送至全廠凝結(jié)水管網(wǎng)系統(tǒng)回收再利用，但是多年來(lái)該凝結(jié)水回收撬無(wú)法做到完全回收，二次冷凝效果差，一直存在就地排放的“小白龍”頑疾，即有高溫凝結(jié)水夾雜蒸汽在撬裝泄壓口排放，給現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的不安全因素，容易造成燙傷等意外事故發(fā)生，同時(shí)也造成蒸汽及凝結(jié)水的浪費(fèi)。

1 原因分析

1.1 蒸汽伴熱與凝結(jié)水回收系統(tǒng)打水擊的直接原因

蒸汽和凝結(jié)水管線中形成蒸汽及凝結(jié)水兩相混合流，蒸汽推動(dòng)凝結(jié)水向前流動(dòng)，造成管線內(nèi)水位逐漸升高，最終管線內(nèi)形成水堵。此時(shí)，管線內(nèi)形成的水堵相當(dāng)于管線上一臺(tái)瞬間關(guān)閉的閥門(mén)，阻礙蒸汽向前流動(dòng)，流動(dòng)速度突然發(fā)生變化，管線內(nèi)蒸汽被壓縮，凝結(jié)水被擠壓，在管壁彈性力作用下，管線內(nèi)發(fā)生反復(fù)的、急劇的壓力波動(dòng)，連續(xù)產(chǎn)生劇烈的管線振動(dòng)及被錘擊的聲響。發(fā)生的沖擊力，可達(dá)到額定工作壓力的幾十倍，甚至幾百倍，嚴(yán)重時(shí)易破壞管道及其附件[2]。

1.2 疏水器選型不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)原因

重質(zhì)油罐區(qū)疏水器按其工作原理分為三種：機(jī)械型、熱靜力型、熱動(dòng)力型。機(jī)械型疏水器的工作原理為利用蒸汽和凝結(jié)水之間的密度差，來(lái)排放凝結(jié)水；熱靜力型疏水器的工作原理為利用蒸汽和凝結(jié)水之間的溫度差，來(lái)排放凝結(jié)水；而熱動(dòng)力型疏水器的工作原理為利用蒸汽和凝結(jié)水之間的相變，來(lái)排放凝結(jié)水。

儲(chǔ)罐加熱盤(pán)管，具有排水量大、換熱溫度要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，需要盤(pán)管后端的蒸汽疏水閥根據(jù)水量的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)排水能力，迅速及時(shí)地排除換熱中產(chǎn)生的蒸汽凝結(jié)水，因此應(yīng)當(dāng)選擇排水量大、工作穩(wěn)定、性能卓越、使用壽命長(zhǎng)的杠桿浮球式疏水閥或是自由浮球式疏水閥。熱靜力型疏水閥只能排放具有一定過(guò)冷度的凝結(jié)水，熱靜力型疏水閥應(yīng)用在加熱盤(pán)管中會(huì)造成加熱盤(pán)管飽和凝結(jié)水排水困難，從而影響儲(chǔ)罐加熱效率，不僅如此還會(huì)造成蒸汽管網(wǎng)積水造成水擊。而某煉廠的重質(zhì)油罐區(qū)罐加熱及管線伴熱疏水器多采用雙金屬片，屬于熱靜力型疏水器，存在選型不當(dāng)問(wèn)題。

1.3 罐區(qū)加熱及凝結(jié)水配管存在不完善的設(shè)計(jì)原因

1.3.1 沒(méi)有設(shè)計(jì)儲(chǔ)罐凝結(jié)水排放旁通管

儲(chǔ)罐凝結(jié)水排放旁通管的作用為在加熱設(shè)備投用時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，這些凝結(jié)水必須在短時(shí)間內(nèi)排放掉，如凝結(jié)水不能及時(shí)排放掉，同時(shí)加上原設(shè)備內(nèi)滯留的空氣，造成疏水器排放堵塞，凝結(jié)水無(wú)法正常排放，出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。目前在該煉廠重油罐區(qū)均無(wú)此設(shè)計(jì)。

1.3.2 沒(méi)有設(shè)計(jì)過(guò)濾器、止回閥

過(guò)濾器的設(shè)計(jì)主要目的是過(guò)濾掉水垢和銹渣，蒸汽和凝結(jié)水夾帶水垢和銹渣在管道內(nèi)流動(dòng)，會(huì)堵塞疏水器及相關(guān)閥門(mén)。止回閥目的是防止系統(tǒng)管網(wǎng)水擊對(duì)疏水器的保護(hù)。目前在該煉廠重油罐區(qū)加熱盤(pán)管疏水器前均沒(méi)有過(guò)濾器和止回閥，造成凝結(jié)水無(wú)法正常排放，出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。

1.3.3 疏水器前入口段管線設(shè)計(jì)有保溫層

疏水器前入口段管線設(shè)計(jì)有保溫層，當(dāng)凝結(jié)水帶著蒸汽進(jìn)入疏水器時(shí)，由于無(wú)法散熱，蒸汽不能迅速變?yōu)槟Y(jié)水，蒸汽易形成汽鎖，造成凝結(jié)水無(wú)法正常排放，出現(xiàn)水擊現(xiàn)象。

1.3.4 儲(chǔ)罐凝結(jié)水排放管線與儲(chǔ)罐罐體之間沒(méi)有設(shè)計(jì)金屬軟管

經(jīng)過(guò)排查，發(fā)現(xiàn)多個(gè)重質(zhì)油中間罐區(qū)儲(chǔ)罐凝結(jié)水排放管線與儲(chǔ)罐罐體之間沒(méi)有金屬軟管，都為硬管線連接。當(dāng)系統(tǒng)管網(wǎng)發(fā)生水擊時(shí)，存在管壁管道焊口拉裂的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.5 凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施選型不合理

在用凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施存在設(shè)計(jì)缺陷，無(wú)閃蒸汽冷卻功能，閃蒸汽出現(xiàn)后會(huì)在撬裝聚集，壓力升高后會(huì)超壓自動(dòng)排放。無(wú)法將回收到的高溫凝結(jié)水降溫，同時(shí)由于疏水器的不好用，回收到的高溫凝結(jié)水帶有少量蒸汽，高溫凝結(jié)水在凝結(jié)水回收撬裝設(shè)備內(nèi)發(fā)生二次汽化，給全廠凝結(jié)水管網(wǎng)外送凝結(jié)水時(shí)，帶有大量低低壓蒸汽，造成全廠凝結(jié)水管網(wǎng)發(fā)生打水擊現(xiàn)象[3]。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題

經(jīng)查少數(shù)罐區(qū)內(nèi)安裝的疏水器設(shè)備與設(shè)計(jì)的閥門(mén)口徑不一致。例如某罐的設(shè)計(jì)管道為DN50，但疏水閥經(jīng)過(guò)縮徑后只有DN25，排水量不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的要求，特別是選擇雙金屬疏水閥耐背壓差，而且有一定的過(guò)冷度，產(chǎn)生的凝結(jié)水不是飽和凝結(jié)水，進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)后，和其他凝結(jié)水管的凝結(jié)水混合后由于溫度差異造成水擊現(xiàn)象。

1.5 疏水器設(shè)備質(zhì)量原因

目前罐區(qū)使用雙金屬熱靜力型疏水器，圓形雙金屬片式疏水閥采用正向錐形密封，核心元件—感溫雙金屬片采用國(guó)產(chǎn)普通金屬材料。正向密封導(dǎo)致開(kāi)閥力完全來(lái)源于內(nèi)置彈簧，很可能造成疏水閥因彈簧失效而無(wú)法開(kāi)閥；錐形密封面是淘汰已久的落后的密封面形式，具有集中磨損，使用壽命短；國(guó)產(chǎn)普通金屬材料制成的感溫雙金屬片抗疲勞性很差，新閥使用半年后普遍泄漏蒸汽。

1.6 生產(chǎn)操作不當(dāng)原因

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，由于操作人員操作不當(dāng)，閥門(mén)操作太快，造成管道流體速度的極大變動(dòng)，從而造成水擊。同時(shí)在疏水器首次投用過(guò)程中，軟管沒(méi)有預(yù)先暖管，并且沒(méi)有排盡管網(wǎng)內(nèi)的不凝氣，不僅會(huì)形成氣阻從而影響傳熱效率，而且不凝氣存于管道中會(huì)加快管道的腐蝕，會(huì)對(duì)蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)造成水擊等影響。

2 解決措施

2.1 疏水器配管設(shè)計(jì)要求

完善疏水器配管設(shè)計(jì)要求，一個(gè)完美的疏水器配管設(shè)計(jì)，不僅能滿(mǎn)足使用要求，更重要的是對(duì)設(shè)備起到本質(zhì)的保護(hù)。儲(chǔ)罐凝結(jié)水排放應(yīng)設(shè)計(jì)凝結(jié)水排放旁通管，在短時(shí)間內(nèi)大量排放凝結(jié)水，減少加熱及凝結(jié)水管線內(nèi)的滯留空氣，防止因空氣氣堵導(dǎo)致的故障。

同時(shí)在儲(chǔ)罐疏水器前設(shè)計(jì)過(guò)濾器和止回閥，過(guò)濾使用過(guò)程中產(chǎn)生的水垢和銹渣，確保各種閥類(lèi)和疏水器不因水垢和銹渣堵塞，及防止蒸汽回串到凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)，減少水擊現(xiàn)象。

取消疏水器前入口段管線保溫層，強(qiáng)化疏水器前散熱，使蒸汽快速變?yōu)槟Y(jié)水，減少蒸汽汽鎖，使凝結(jié)水能正常進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)[4]。

選擇帶有冷凝設(shè)備的凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施，將儲(chǔ)罐加熱及管線伴熱產(chǎn)生的高溫凝結(jié)水回收到凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施，冷凝降溫后送至全廠凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)回收再利用。

2.2 定期對(duì)疏水器設(shè)備檢測(cè)及快速的維護(hù)

良好的定期疏水器進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，保障疏水器設(shè)備的正常使用，消除因疏水器設(shè)備維護(hù)不及時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐加熱及凝結(jié)水系統(tǒng)的沖擊。在使用過(guò)程中應(yīng)定期進(jìn)行檢查疏水器的設(shè)備完好性，根據(jù)相關(guān)石化企業(yè)檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，華北某石化公司2002年l2月對(duì)其中315臺(tái)具檢測(cè)條件的疏水器進(jìn)行檢測(cè)，完好率達(dá)不到60%，東北某石化公司2010年11月15日—2011年3月24日對(duì)全部在用疏水器進(jìn)行效能監(jiān)測(cè)，完好率僅為81.85%。大量在用的疏水器不完好，帶病運(yùn)行，造成儲(chǔ)罐蒸汽加熱及凝結(jié)水回收系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行，各廠重質(zhì)油儲(chǔ)罐及相關(guān)管線的伴熱經(jīng)常出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，因此確保疏水器的設(shè)備完好性尤其重要。

2.3 及時(shí)更換不適宜使用工況的疏水器

儲(chǔ)罐加熱盤(pán)管使用雙金屬型疏水器不僅不能滿(mǎn)足加溫的要求，而且很容易造成水擊，建議將儲(chǔ)罐加熱盤(pán)管雙金屬型疏水器全部更換成機(jī)械型疏水器。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)，減少儲(chǔ)罐加熱

提高儲(chǔ)罐周轉(zhuǎn)率，減少甚至取消儲(chǔ)罐及管線的加熱。在儲(chǔ)罐具有保溫設(shè)施下，油品降溫都需要一定時(shí)間，因此提高儲(chǔ)罐周轉(zhuǎn)率以及定期活線是可以做到減少甚至取消儲(chǔ)罐及管線的加熱，減少凝結(jié)水產(chǎn)量，避免管道水擊現(xiàn)象。充分利用高溫罐儲(chǔ)存條件，取消中間罐的加熱。中間重質(zhì)油罐都為高溫罐，因此提高餾出口出裝置溫度，不僅裝置節(jié)能，罐區(qū)也能節(jié)能，并且可以避免管道水擊現(xiàn)象。優(yōu)化重質(zhì)油儲(chǔ)罐加熱，統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)罐溫降數(shù)據(jù)，摸索溫降規(guī)律，建立升降溫梯度，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐順序化加熱減少蒸汽消耗，減少凝結(jié)水產(chǎn)量，避免管道水擊現(xiàn)象。通過(guò)重質(zhì)油儲(chǔ)罐的溫度與液位對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)儲(chǔ)罐處于6.9 m以上時(shí)，每個(gè)罐的溫降比較均勻，溫降為0.03 ℃/h左右，依據(jù)儲(chǔ)罐的溫降值當(dāng)儲(chǔ)罐加熱到90 ℃，自然降溫當(dāng)降到溫度工藝報(bào)警低限值高1 ℃即82 ℃，共需要的天數(shù)為(90-82)/0.03 ×24=11.1 d，當(dāng)某個(gè)重質(zhì)油罐區(qū)內(nèi)只有213、215、220、221、222五個(gè)罐需要加熱，因此11.1天為以上5個(gè)罐的一個(gè)加熱循環(huán)周期，(11.1/5=2.2 d)為每個(gè)罐的加熱時(shí)間，依次對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行加熱，儲(chǔ)罐溫度形成了梯度差，進(jìn)而達(dá)到一個(gè)罐區(qū)只有一臺(tái)儲(chǔ)罐進(jìn)行加熱，避免了罐區(qū)無(wú)序加熱。經(jīng)過(guò)固定操作幾個(gè)周期以來(lái)，儲(chǔ)罐溫度梯度受控，班組勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，罐區(qū)加熱蒸汽大幅降低。

2.5 優(yōu)化凝結(jié)水回收撬裝

儲(chǔ)罐蒸汽加熱后產(chǎn)生的高溫凝結(jié)水，經(jīng)過(guò)疏水閥和管道沿途阻力，凝結(jié)水壓力降低，部分高溫凝結(jié)水閃蒸，順著凝結(jié)水回收管線進(jìn)到冷凝水回收撬裝，凝結(jié)水回收撬裝空間的突然增大使得凝結(jié)水壓力瞬時(shí)降低，產(chǎn)生大量的二次蒸汽，閃蒸汽的增加，一方面影響機(jī)泵的正常運(yùn)行，另一方面增加了撬裝壓力平衡閥的負(fù)荷，出現(xiàn)了部分蒸汽溢出，產(chǎn)生了小白龍的情況。原撬裝平衡閥壓力設(shè)置0.3 MPa，閃蒸汽溢散嚴(yán)重。為了降低閃蒸汽壓力，降低撬裝負(fù)荷，在排凝口增加自力式調(diào)壓閥，降低冷凝水回收撬裝的背壓，反復(fù)摸索發(fā)現(xiàn)定壓閥定壓為0.1 MPa時(shí)罐內(nèi)閃蒸汽量最小，并且引管至罐區(qū)內(nèi)排水溝用雨水冷卻微量排放蒸汽，徹底消滅了凝結(jié)水撬裝“小白龍”。

2.6 規(guī)范操作人員操作

管網(wǎng)停汽后送汽時(shí)，要先充分暖管，通過(guò)旁通線排放冷凝水以及不凝氣，排盡后切入疏水器慢慢提壓。根據(jù)具體情況閥門(mén)一扣一扣緩慢打開(kāi)提壓。需制定操作規(guī)程，詳細(xì)到每個(gè)操作步驟需要進(jìn)行多長(zhǎng)時(shí)間，每個(gè)時(shí)間需要操作那個(gè)閥門(mén)。

在正常運(yùn)行過(guò)程中，要定期檢查每個(gè)疏水器是否正常疏水。一旦發(fā)現(xiàn)疏水器損壞，必須及時(shí)處理。在管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，要做好巡檢記錄工作，哪段管線凝結(jié)水較多，哪段管線容易發(fā)生水擊現(xiàn)象，都要做好記錄。

2.7 管線發(fā)現(xiàn)水擊現(xiàn)象后，正確的操作處理方法

在水擊發(fā)生時(shí)，操作人員的正確操作處理方法，能快速消除水擊，減少對(duì)蒸汽加熱及系統(tǒng)凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)的沖擊，降低因水擊出現(xiàn)管線斷裂泄漏的發(fā)生，確保安全生產(chǎn)受控。正確的操作處理方法如下：

(1)立即通知關(guān)閉前段閥門(mén)，關(guān)閉蒸汽或減小來(lái)汽壓力；(2)保持引起水擊現(xiàn)象的疏水器正常疏水；(3)如果水擊的程度較小，可以緩慢地關(guān)小此閥門(mén)的開(kāi)度，降低閥前管線的流動(dòng)速度，直到全關(guān)閥門(mén)，消除水擊；(4)如果水擊強(qiáng)度較大，應(yīng)盡量不要調(diào)整造成水擊的閥門(mén)，以免盲目關(guān)閉閥門(mén)造成水擊進(jìn)一步嚴(yán)重；(5)無(wú)論任何時(shí)候，如果蒸汽及凝結(jié)水管線發(fā)生水擊現(xiàn)象，都不要開(kāi)大導(dǎo)淋閥，迅速排放管線內(nèi)的凝結(jié)水，以達(dá)到消除水擊的目的，這樣操作只能是加速管道內(nèi)汽液兩相流的混合流動(dòng)，很可能導(dǎo)致管道水擊越來(lái)越嚴(yán)重。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煉廠重質(zhì)油罐區(qū)應(yīng)采用合適的疏水器，相關(guān)加熱管線的設(shè)計(jì)要合理，凝結(jié)水回收撬裝設(shè)施選擇要得當(dāng)，疏水器設(shè)備要做到及時(shí)維護(hù)到位，才能減少蒸汽加熱及凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)的水擊現(xiàn)象，并能起到節(jié)能降耗的效果。同時(shí)，在發(fā)生水擊現(xiàn)象后，操作人員采用正確的操作處理方法，快速消除水擊現(xiàn)象，消除因管線長(zhǎng)時(shí)間打水擊造成出現(xiàn)管線斷裂泄漏情況的發(fā)生，從而確保煉廠重質(zhì)油罐區(qū)安全生產(chǎn)受控。