水浴式汽化器節(jié)水降耗研究與應(yīng)用

楊曉娟，唐新亮，張 云，程小勇，景旭升

（華亭華煤清能煤化工有限責(zé)任公司，甘肅平?jīng)?744100）

0 前言

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行業(yè)、天然氣等行業(yè)的主要設(shè)備之一，在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，水浴式汽化器也屬于換熱器的一種，用于氣化液氧、液氮、天然氣等氣體[2]。水浴式汽化器根據(jù)對殼程內(nèi)的水加熱的形式不同，可分為蒸汽加熱式水浴式汽化器、熱水加熱式水浴式汽化器，及電加熱式汽化器。蒸汽加熱式水浴式汽化器應(yīng)用較為廣泛，因其占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、熱源穩(wěn)定、平穩(wěn)耐用和投資小等優(yōu)點，但其有一個重要缺點是在運行期間需要不斷的補(bǔ)充一次水保持溢流狀態(tài)，保證水浴式汽化器內(nèi)的管束處在全浸狀態(tài)，才能夠充分的進(jìn)行換熱。近年來，國家及公司倡導(dǎo)“節(jié)水減排”。我車間積極踐行“節(jié)水減排”工作，經(jīng)過對生產(chǎn)現(xiàn)場各排放口排查、梳理，發(fā)現(xiàn)水浴式汽化器長流水問題必須得到解決，根據(jù)一系列分析、探索，得出對水浴式汽化器增加一臺液位計，將液位控制在不低于管束高點位置以上的范圍內(nèi)，即可滿足水浴式汽化器使用要求，也達(dá)到了“節(jié)水減排”的目的。

1 研究與應(yīng)用

1.1 背景與問題描述

為積極響應(yīng)公司“節(jié)水減排”要求，加大對現(xiàn)場長流水、無規(guī)律排放等突出問題的整改力度，我公司對現(xiàn)場裝置進(jìn)行了整體摸排。針對空分裝置存在的水浴式汽化器在投用期間需不斷補(bǔ)充一次水，保證水浴式汽化器在滿液位狀態(tài)保持溢流，以確保中壓氮泵正常運行外送的長流水情況，進(jìn)行了討論研究。為解決水浴式汽化器投用期間溢流水排水的突出問題，提出了對水浴式汽化器節(jié)水改造。

圖1 改造前的水浴式氣化器設(shè)備圖1.氮氣出口管；2.熱水分布管；3.上環(huán)形支管；4.外循環(huán)管路；5.汽化管束；5a.螺旋單管；6.隔板；7.筒體；8.支撐架子；9.下環(huán)形支管；10.循環(huán)水泵；11.錐蓋；12.外管；13.內(nèi)管；13a.法蘭；14.浮球；15.出液孔；16.分配孔；17.蒸汽入口管；18.進(jìn)液管[2]

1.2 水浴式汽化器

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行業(yè)、天然氣等行業(yè)的主要設(shè)備之一，在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其主要優(yōu)點有以下幾個方面：

（1）熱源采用蒸汽間接加熱方式，首先向水浴式汽化器通入低壓蒸汽加熱內(nèi)部的介質(zhì)一次水，一次水受到加熱后進(jìn)而加熱管束內(nèi)低溫液體，時使低溫液體氣化；需及時控制蒸汽用量的大小，保證水浴式汽化器出口溫度在0 ℃以上，為防止出口溫度過低導(dǎo)致出口管線損壞，必須在出口設(shè)置溫度測點＜-5 ℃的安全聯(lián)鎖，保證低溫液體汽化后的安全穩(wěn)定；具有汽化量大，承壓能力范圍廣的優(yōu)點[1]。

（2）不銹鋼材質(zhì)的多層繞管式管束換熱器結(jié)構(gòu)，適用于帶壓低溫液體的汽化并復(fù)熱至常溫的工藝過程；同時，繞管式管束結(jié)構(gòu)可適應(yīng)溫度劇烈變化，盤管管束可單獨抽芯，便于設(shè)備內(nèi)部清潔與檢修，采用立式結(jié)構(gòu)，占地面積小的優(yōu)點[1]。

（3）水浴式汽化器設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，運行可靠、經(jīng)濟(jì)耐用，價格成本和維護(hù)成本低，故障率低，日常運行中只需要通過間接加熱控制好氮氣出口溫度即可。

（4）無需備用汽化器，工藝氣出口溫度不受環(huán)境氣溫影響。大型空分裝置配套水浴式汽化器要求汽化量大、承壓能力高、響應(yīng)迅速、工作穩(wěn)定、操作維護(hù)簡便。同時為了達(dá)到節(jié)能減排的目的，要求汽化器在設(shè)計過程中盡可能做到設(shè)計計算準(zhǔn)確（即傳熱計算及流體流路設(shè)計等要符合所選擇的傳熱學(xué)計算準(zhǔn)則數(shù)關(guān)聯(lián)式模型相應(yīng)規(guī)定），使實物結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算更加符合[1]。但大部分廠家設(shè)計的水浴式氣化的缺點為在運行過程中，需要不斷的補(bǔ)充一次水，以確保水浴式汽化器的管束能夠在全侵并保持溢流，這樣就會有大量的熱水并沒有經(jīng)過回收就已直接排走。這些損失勢必會造成能源的浪費，而且隨著裝置的大型化，浪費的水源也會隨之增多，這與今天我們所提倡的“節(jié)水減排”的主流思想不符[1]。

1.3 創(chuàng)新思路、基本原理、關(guān)鍵技術(shù)

（1）以黨的二十大精神為指引，深入貫徹落實習(xí)近平生態(tài)文明思想，認(rèn)真落實省、市及華能集團(tuán)、煤業(yè)公司和華亭煤業(yè)公司、清能煤化工公司各項環(huán)境保護(hù)決策部署，以“廢水減量化、廢氣超低化、固廢規(guī)范化”為目標(biāo)，強(qiáng)化綜合治理、系統(tǒng)治理、精準(zhǔn)治理成效。

（2）綜上所述，我們針對水浴式汽化器的優(yōu)缺點進(jìn)行了分析，本著節(jié)約水資源、回收利用的理念，對長流水進(jìn)行改造整治。原設(shè)計水浴式汽化器設(shè)備使用過程中，需不斷的補(bǔ)入一次水，以保證設(shè)備內(nèi)側(cè)的管束處于全浸狀態(tài)，這樣會導(dǎo)致?lián)Q熱后的生產(chǎn)水從頂部溢流管流出排至地溝。為解決此問題，現(xiàn)場對設(shè)備內(nèi)的液位控制范圍進(jìn)行了實際測量，本著全浸、節(jié)水的目標(biāo)，設(shè)置了液位計，使得液位控制在合理范圍內(nèi)，既滿足工藝運行，又杜絕了一次水溢流排放。該項技術(shù)改造需要根據(jù)水浴式汽化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)測量出最低水位點，以能夠全浸各管束為主，增設(shè)一臺就地液位計，可行性、適用性較強(qiáng)。具體實施步驟如下：

在水浴式汽化器停運期間，經(jīng)查閱設(shè)備圖紙，查看結(jié)構(gòu)后，打開水浴式汽化器頂部封頭，對設(shè)備內(nèi)部的換熱盤管高度進(jìn)行測量，標(biāo)注到水浴式汽化器外壁，以確保標(biāo)注的位置為最低控制液位高度，然后以標(biāo)注的高度為中心，選擇一臺量程能夠從水浴式汽化器頂部到達(dá)在水浴式汽化器筒體標(biāo)注位置下方的液位計，從水浴式汽化器頂部封頭下方1 cm處開φ12 mm的孔，作為液位計上部根部閥的連接點，然后用選出的液位計量出下部開孔點，作為液位計下部根部閥的連接點；上、下孔開好后，用焊機(jī)焊接好與液位計法蘭相同規(guī)格的法蘭連接，然后將液位計用螺栓固定牢固，也可在液位計前連接法蘭處增加上下根部閥，并在液位計上粘貼上、下限標(biāo)貼，下限標(biāo)貼不能低于水浴式汽化器內(nèi)部的換熱管束高度（以測量標(biāo)注的位置為準(zhǔn)），高限粘貼處則為溢流口下方位置，經(jīng)過以上步驟，在磁翻板液位計上可以清楚地看出液位計需要控制的范圍，在水浴式汽化器運行期間，將水浴式汽化器內(nèi)的水液位控制在上、下限范圍內(nèi)，可杜絕一次水溢流排放。圖2為增加液位計后的示意圖。

圖2 水浴式汽化器加裝液位計示意圖

2 改造后運行性能測試

2023年5月中旬，在公司集中消缺期間，依據(jù)廠家提供的水浴式汽化器設(shè)備圖紙，現(xiàn)場打開水浴式汽化器頂部蓋板，進(jìn)行實際測量，以確保最低液位能夠全浸各管束，最高液位不高于溢流排放口，并做好相應(yīng)標(biāo)記，按照上文所述安裝方法進(jìn)行了改造實施，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際情況，安裝了一臺量程為800 mm的磁翻板液位計，并用紅色標(biāo)識限標(biāo)出下限為350 mm，上限為650 mm。

2.1 改造完成后的投用操作

水浴式氣化器補(bǔ)水時，待液位計顯示350 mm以上時，現(xiàn)場關(guān)閉水浴式汽化器補(bǔ)水閥，防止水持續(xù)溢出；在運行期間，崗位操作人員每次巡檢時，檢查該液位計顯示，若下降至400 mm時，及時打開水浴式氣化器補(bǔ)水閥，補(bǔ)至550～600 mm即可，保證水浴式汽化器液位保持在上下限范圍內(nèi)。

2.2 改造效果

水浴式汽化器改造前后，當(dāng)?shù)獨馔馑土窟_(dá)到3000 m3（標(biāo)）/h時運行參數(shù)對比統(tǒng)計見表1。

表1 水浴式汽化器改造前后運行參數(shù)對比統(tǒng)計表

通過以上運行數(shù)據(jù)對比分析，水浴式汽化器改造后在運行期間，將水浴式汽化器內(nèi)的液位控制在上下限范圍內(nèi)，且經(jīng)過多次長時間運行試驗，能夠滿足其實際運行需求，未出現(xiàn)過水浴式汽化器出口溫度不達(dá)標(biāo)的問題，徹底解決了溢流水直排、浪費等問題，為公司節(jié)水減排管理及環(huán)保管理工作降低了管理難度和風(fēng)險。

3 結(jié)語

1）水浴式汽化器是一種將水加熱，以水為傳熱介質(zhì)，將液態(tài)氣體轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氣體的設(shè)備。在大型空分裝置中，水浴式汽化器的作用是將液態(tài)氧、氮等氣體吸收足夠的熱量，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。在正常運行時，我公司水浴式汽化器需不斷補(bǔ)入一次水保證滿液位，使盤管能夠全浸其中，保證換熱充分，此技術(shù)改造的特點是在設(shè)備本體上增加了就地液位計，通過補(bǔ)水閥將液位控制在不低于換熱管束高度，不高于溢流口高度的限范圍內(nèi)，在實際運行過程中，既滿足了“節(jié)水減排”，又能長期穩(wěn)定運行。

2）該項技術(shù)改造具有投資少、性價比高、操作方便、簡便易行且安全可靠等優(yōu)點。

3）水浴式汽化器在運行時，配備循環(huán)水泵主要目的是將加熱后的熱水充分的利用起來，可使浸泡在水側(cè)的管束充分吸收熱量，進(jìn)行熱交換；能夠切實保證水浴式汽化器出口溫度滿足工藝要求。

4）液位計可選用遠(yuǎn)傳液位計，可方便中控操作人員及時監(jiān)控。