陳世明　王 軍　王 毅

中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠

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天然氣凈化廠蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能技術探討

陳世明王 軍王 毅

中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠

針對部分凈化廠鍋爐燃料氣消耗量大、凝結(jié)水回收率低、蒸汽放空量大、蒸汽凝結(jié)水現(xiàn)場跑冒滴漏等現(xiàn)狀，重慶天然氣凈化總廠從對鍋爐清灰、根據(jù)負荷變化及時調(diào)整蒸汽量、定期檢查保溫效果等方面加強節(jié)能經(jīng)濟運行管理；從加強蒸汽熱量交換、低品質(zhì)凝結(jié)水回收利用等方面進行節(jié)能技術改造。經(jīng)現(xiàn)場實踐證明，這些節(jié)能措施是可行的。另外，通過燃料氣消耗量、凝結(jié)水回收率等現(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集可看出蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)還有進一步節(jié)能的空間，可以從進一步減少泄漏、提高凝結(jié)水回收率、保障蒸汽凝結(jié)水品質(zhì)等方面對蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)進行節(jié)能挖潛。

天然氣凈化廠蒸汽凝結(jié)水節(jié)能技術

水蒸氣是企業(yè)最常見的二次能源，蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)是保障企業(yè)正常生產(chǎn)運行的重要基礎，它能實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)所需要的換熱、伴熱、機械驅(qū)動力、補水、吹掃以及采暖功能。實際上，它是企業(yè)能量流的最大交換平臺。另外，蒸汽凝結(jié)水具有顯著的優(yōu)點，比如蒸汽十分清潔、生產(chǎn)過程簡單、相變潛力比較大，并且蒸汽的溫度和壓力一一對應，控制了蒸汽壓力就相當于控制了蒸汽溫度，有利于日常生產(chǎn)操作參數(shù)的精確控制，凝結(jié)水的回收利用可以節(jié)約新鮮水用量、節(jié)約水處理費等。因此，蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運行，對企業(yè)生產(chǎn)的平穩(wěn)運行及節(jié)能降耗影響極大。

重慶天然氣凈化總廠(以下簡稱總廠)生產(chǎn)裝置設計、天然氣凈化工藝等在天然氣凈化行業(yè)比較有代表性，以下就以總廠生產(chǎn)裝置為例對天然氣凈化廠蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能技術進行探討。

天然氣凈化裝置均設置有鍋爐單元，為全廠提供蒸汽，并回收凝結(jié)水再利用。蒸汽在天然氣凈化廠主要用于脫硫裝置再生塔重沸器熱源，液硫管道的夾套保溫，過程氣、酸氣等管道及設備的伴熱保溫，硫磺回收裝置主燃燒爐降溫、液硫池加熱保溫，以及液硫脫氣系統(tǒng)的蒸汽噴射器動力等。

1　蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)工藝描述

凈化廠蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)工藝流程基本相同(見圖1)，大致為：新鮮水首先進入過濾裝置，去除懸浮物和其他雜質(zhì)；然后通過樹脂交換器，水中的Ca2+、Mg2+被樹脂吸附，同時交換釋放Na+，得到除鹽水；再后由除鹽水泵送至熱力除氧器或真空除氧裝置，使水中的氧濃度達到規(guī)定指標后，經(jīng)除氧水泵送至凝結(jié)水回收罐；最后與裝置回收的凝結(jié)水一起通過鍋爐給水泵送入鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由蒸汽主管送入各用戶。為保證爐水水質(zhì)，還設置了定期排污和連續(xù)排污，定期排污水進入定期排污擴容器，二次蒸汽排入大氣；連續(xù)排污水進入連續(xù)排污擴容器擴容，二次蒸汽回收進入除氧器再利用，污水均排入污水池。

2　蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

2.1鍋爐燃料氣消耗量大及凝結(jié)水回收率低

總廠所屬分廠均設有鍋爐單元，共有18臺鍋爐，總額定蒸發(fā)量144 t/h。對2012～2014年鍋爐單元燃料氣消耗量及蒸汽產(chǎn)量進行了統(tǒng)計分析，見表1、表2。

表1 總廠鍋爐單元2012～2014年蒸汽產(chǎn)量與燃料氣消耗量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table1 Boilerunitstatisticsfrom2012to2014分廠單臺設計規(guī)模/(t·h-1)數(shù)量/臺2012年2013年2014年年蒸汽產(chǎn)量/104t年燃料氣消耗量/104m3年蒸汽產(chǎn)量/104t年燃料氣消耗量/104m3年蒸汽產(chǎn)量/104t年燃料氣消耗量/104m3分廠一10311.89906.411.68888.012.02925.9分廠二1523.24309.13.50324.23.29283.8分廠三833.36304.33.51283.83.44285.9分廠四433.42246.53.46244.13.55265.3分廠五826.30353.44.76336.95.42326.2分廠六1035.75559.16.41640.68.43844.1分廠七120.5637.40.6839.60.6236.8

表2 總廠鍋爐單元2012～2014年生產(chǎn)單位蒸汽的燃氣消耗數(shù)據(jù)分析表Table2 Boilerunitdataanalysisfrom2012to2014分廠2012年2013年2014年生產(chǎn)單位蒸汽的燃料氣消耗/(m3·t-1)凝結(jié)水回水率/%生產(chǎn)單位蒸汽的燃料氣消耗/(m3·t-1)凝結(jié)水回水率/%生產(chǎn)單位蒸汽的燃料氣消耗/(m3·t-1)凝結(jié)水回水率/%分廠一76.2324.076.0327.077.0332.6分廠二95.4054.492.6361.886.2669.8分廠三90.5772.580.8567.683.1158.6分廠四72.0882.570.5583.774.7372.3分廠五56.1070.070.7871.060.1872.4分廠六97.2385.699.9480.0100.1382.2分廠七66.7946.458.2470.659.3571.0平均值79.262.278.465.977.365.5

由表2可知，總廠生產(chǎn)單位蒸汽的燃料氣消耗3年平均值均為78 m3/t左右，與理論計算值80 m3/t相當，但分廠二、分廠三、分廠六生產(chǎn)單位蒸汽鍋爐燃料氣消耗量卻偏高較多?？倧S凝結(jié)水回收率3年平均值均為65%左右，依據(jù)SY/T 6836-2011《天然氣凈化裝置經(jīng)濟運行規(guī)范》，可評價為合格。但除分廠四、分廠六回收率高于80%，基本達到經(jīng)濟運行外，其他凈化廠凝結(jié)水回收率均偏低，特別是分廠一的回收率只有20%左右，評價為不合格。因此，各分廠在蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)方面具有較大的節(jié)能潛力。

2.2蒸汽排空量大及現(xiàn)場跑冒滴漏

蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)運行異常，如凝結(jié)水回水器壓力偏高導致除氧器大量蒸汽排空；蒸汽保溫效果不好，需打開甩頭現(xiàn)場排放蒸汽，導致浪費蒸汽，凝結(jié)水不能全部回收；裝置低負荷運行，鍋爐產(chǎn)蒸汽富余，部分蒸汽放空等。

根據(jù)對現(xiàn)場的調(diào)研分析，主要存在以下3種原因：①疏水閥失效，蒸汽進入凝結(jié)水管線，造成凝結(jié)水回水器壓力偏高；②部分夾套管線配管存在，如蒸汽從夾套管底部引入，凝結(jié)水從夾套管上部引出，疏水排凝管太小等問題，降低疏水效果；③法蘭密封面泄漏、管線腐蝕穿孔、甩頭閥門內(nèi)漏等造成蒸汽凝結(jié)水跑冒滴漏。

3　節(jié)能措施

3.1節(jié)能經(jīng)濟管理

(1) 利用裝置大修期間，對鍋爐進行清灰，提高鍋爐熱效率。

(2) 根據(jù)裝置蒸汽用量的變化，及時調(diào)整鍋爐負荷，避免蒸汽浪費，降低燃料氣消耗。

(3) 定期檢查蒸汽閥和疏水閥，及時更換失效疏水閥，減少蒸汽泄漏和避免蒸汽進入凝結(jié)水系統(tǒng)，提高凝結(jié)水回用率。

(4) 加強蒸汽凝結(jié)水管線保溫效果的監(jiān)測，及時對保溫效果不好的設備管段進行保溫材料的更換，保證保溫效果。

3.2技術改造

(1) 分廠四鍋爐單元增加一臺“收能器”，將除氧器產(chǎn)生的高溫蒸汽預熱軟水，提高鍋爐給水溫度，降低鍋爐燃料氣消耗，同時回收除氧器產(chǎn)生的高溫蒸汽熱量。年節(jié)約燃料氣0.6×104m3、節(jié)約水0.1×104t，年節(jié)約費用0.72萬元。

(2) 分廠六將硫磺回收裝置產(chǎn)生的0.1 MPa低低壓蒸汽引射為0.45 MPa的低壓蒸汽供裝置使用，提高低低壓蒸汽回用率，同時降低了鍋爐的負荷，使鍋爐從改造前的兩用一備變成一用兩備。減少了鍋爐的燃料氣消耗。實施優(yōu)化措施后，每處理1×104m3原料天然氣(H2S質(zhì)量分數(shù)為1%)，綜合能耗由1 406.65 MJ降為最低約1 045.05 MJ。

(3) 分廠五將廢熱鍋爐給水泵冷卻形式由原來的噴淋式改為循環(huán)水密閉循環(huán)冷卻式，改造后年節(jié)約新鮮水2.5×104t，節(jié)水效益約為4萬元。同時，降低了柱塞結(jié)垢快速磨損柱塞密封填料情況發(fā)生機率，降低了設備維修成本，另外實現(xiàn)了凝結(jié)水“零泄漏”。

(4) 硫磺回收單元凝結(jié)水罐回收凝結(jié)水產(chǎn)生的二次蒸汽從頂部排空，造成大量的熱量損失。另外，在凝結(jié)水罐溫度較低時，有可能空氣進入凝結(jié)水罐甚至溶于凝結(jié)水，造成凝結(jié)水系統(tǒng)氧腐蝕。分廠六對該系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，改造后能減少蒸汽排空，并能降低凝結(jié)水中溶解氧。具體改造見圖2～圖3。

改造后，凝結(jié)水罐的氧腐蝕現(xiàn)象得到了有效控制，其凝結(jié)水溶解氧濃度明顯降低(見圖4)。

4　節(jié)能技術優(yōu)化及潛力分析

4.1選用正確的和及時更換壞的疏水閥

目前，疏水閥主要有機械式、熱靜力式、熱動力式等，不同形式的疏水閥適合不同的使用場合，凈化廠應根據(jù)現(xiàn)場工藝、使用場合等來選擇合適的疏水閥，比如在蒸汽管道的疏水選用倒置桶式疏水閥，在伴熱管道上選用熱靜力式疏水閥等來提高疏水效果。

另外，疏水閥需要定期檢測維護，保障其疏水效果。目前，有專業(yè)的檢測儀器可以對疏水閥進行在線檢測，一旦發(fā)現(xiàn)疏水閥失效，應立即更換。從表3可以看出，疏水閥失效將會導致較大的蒸汽泄漏[2]。

表3 0.7MPa下疏水閥失效蒸汽泄漏量統(tǒng)計表Table3 Steamleakagestatisticsofdrainvalvefailureat0.7MPa疏水閥閥嘴尺寸/英寸每月蒸汽泄漏量/kg每月?lián)p失價值量/元1/2379090348763/8213380196311/49534087711/8238352193 注:1英寸=25.4mm。

4.2鍋爐節(jié)能改造

隨著總廠原料氣處理量的減少和氣質(zhì)的變化，配套鍋爐房的規(guī)模已不能與目前的工藝需求相匹配，導致鍋爐效率低，排煙溫度高，能耗較大。對于建設年限較長的天然氣凈化廠，該現(xiàn)象尤為突出，如分廠一鍋爐熱效率為50%～70%，分廠四鍋爐熱效率為70%～80%，均低于鍋爐運行經(jīng)濟負荷區(qū)域80%～90%；分廠一中壓鍋爐排煙溫度為393 ℃，低壓鍋爐排煙溫度為210 ℃，遠遠高于TSG G0002-2010《鍋爐節(jié)能技術監(jiān)督管理規(guī)程》中規(guī)定的170 ℃。因此，對分廠一、分廠四的鍋爐進行節(jié)能改造顯得相當有必要，即將分廠一的2臺中壓鍋爐更換為2臺低壓鍋爐，并更換1臺低壓鍋爐；將分廠四的3臺鍋爐更換為2臺鍋爐，通過節(jié)能改造，提高鍋爐熱效率，降低鍋爐能耗。改造后，預計年節(jié)能2 600 t標煤，年節(jié)氣效益為450萬元左右，節(jié)電效益為15萬元左右，投資回報期約為2.5年。

4.3合理的設計

4.3.1合適的蒸汽管道流速

蒸汽管道管徑設計偏小，管內(nèi)流速過大，導致蒸汽壓降大，用汽點蒸汽品質(zhì)下降，最終消耗更多的蒸汽。當蒸汽需求大幅度減少時，管內(nèi)蒸汽流速會降低，熱損增大，導致大量的蒸汽直接轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水，降低蒸汽利用率。因此，設計合適的管徑和根據(jù)蒸汽負荷的變化對蒸汽管線進行適應性改造是有必要的。

分廠二單臺鍋爐蒸汽出口管徑為DN200，蒸汽匯管管徑為DN250，單臺鍋爐額定蒸發(fā)量為15 t/h，實際蒸汽量約為8 t/h。通過計算得到管道蒸汽流速為18 m/s，滿足《石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊》和HG/T 20570.6-1995《管徑選擇》中的流速規(guī)定(15～40 m/s)。但隨著原料氣處理量的降低，蒸汽用量也隨之減少。目前，蒸汽用量為3.8～4.2 t/h，通過計算得到蒸汽最低流速僅為8.7 m/s，蒸汽流速偏低，將會導致熱損增大，建議更換部分蒸汽管線。

4.3.2合理的疏水設計

蒸汽管道的疏水特別重要，如果凝結(jié)水不能正常排出，就會沖擊沿線的閥門、儀表、彎頭等，造成設備損壞，降低設備使用壽命，同時會造成蒸汽帶水而降低換熱器的換熱效果。因此，蒸汽主管沿線平均間隔30～50 m應設置排水點，且排水點的構(gòu)造應進行合理設計，如果排凝管太小，大量的凝結(jié)水來不及排出就被送往下游，排水效果差(見圖5)。

近年來，總廠大部分裝置蒸汽用量隨著原料氣處理量的降低而減少，但蒸汽管線沒有進行相應的改造，特別是分廠一、分廠二目前蒸汽負荷僅為設計值的30%左右，蒸汽流速偏離設計值，導致大量的蒸汽直接轉(zhuǎn)變成凝結(jié)水，如果不及時排出將嚴重影響保溫效果。針對這種現(xiàn)狀，建議設置大口徑集水管將主管線內(nèi)的凝結(jié)水全部收集，然后由疏水閥排出，優(yōu)化設計見圖6。另外，龍門架管線的凝結(jié)水需要在管線爬升前排出，否則會出現(xiàn)“喉部限流”現(xiàn)象，造成壓降增加(見圖7)。

4.3.3減少不凝氣的設計

蒸汽中的不凝性氣體主要是空氣，其可以從疏水閥、閥門密封墊、排氣閥等地方進入蒸汽系統(tǒng)，如果未能及時排出，空氣在熱傳導表面就會形成一個絕熱層，橫在蒸汽和金屬表面之間，降低熱傳導速率，導致蒸汽溫度降低或者增加燃料氣消耗。所以，排出蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)中的空氣是相當有必要的。

目前，凈化廠主要是通過熱力除氧器頂部排氣孔對氧氣及其他不凝氣進行排放，但有些凈化廠由于除氧器安裝高度、除氧器類型的限制或由于蒸汽管網(wǎng)太過龐大，而無法排盡管網(wǎng)里面的不凝氣。因此，建議凈化廠在蒸汽管線的高點設置排氣孔，通過手動閥或自動閥控制對不凝氣進行排放。

4.4凝結(jié)水的凈化再利用

在生產(chǎn)中，通常認為凝結(jié)水是潔凈的，可直接回收再利用。但實際上，凝結(jié)水往往含有過量的鐵離子、油類污染物、固體顆粒以及因設備滲漏、竄漏等問題導致溶液進入凝結(jié)水系統(tǒng)。若凝結(jié)水中的鐵離子濃度較高，就會加速鍋爐內(nèi)金屬的電化學腐蝕。另外，在鍋爐高溫受熱面上容易生成氧化鐵垢，影響傳熱，嚴重時還會造成堵管甚至爆管，嚴重威脅鍋爐的安全運行。

凝結(jié)水中的油類污染物主要危害有：①油類物質(zhì)會附在鍋爐管壁上，影響傳熱；②會使鍋爐水形成泡沫且極易生成漂浮的水渣，降低蒸汽品質(zhì)；③油類物質(zhì)在鍋爐中容易發(fā)生高溫分解酸化，威脅設備安全。

5　結(jié) 語

重慶天然氣凈化總廠針對蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)運行存在的問題所采取的節(jié)能經(jīng)濟管理和技術改造等節(jié)能措施是有效的。另外，可看出蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)還有較大的節(jié)能潛力：①首先應從裝置設計出發(fā)，保證正確的蒸汽管徑，疏水距離、位置、管徑等設計，優(yōu)化設計，確保能耗損失最小；②在日常生產(chǎn)中，要及時檢查、更換壞的疏水閥，減少蒸汽泄漏量，提高凝結(jié)水回收率；③針對蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)開展技術節(jié)能改造。凈化廠作為生產(chǎn)單位，應把及時檢查、更換壞的疏水閥，對鍋爐清灰，根據(jù)負荷變化及時調(diào)整蒸汽量，定期檢查保溫效果等作為重點工作，從日常生產(chǎn)管理中降低燃料氣、蒸汽消耗，提高凝結(jié)水回收率，這是最直接的節(jié)能措施。同時，凈化廠應加強能源消耗數(shù)據(jù)的收集、分析，提出相應的整改建議措施，并利用裝置大修期間，對蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)進行節(jié)能技術改造。

[1] 楊秋新. 煉廠蒸汽凝結(jié)水的精處理與回用[J]. 石油和化工節(jié)能, 2006(3)： 14-16.

[2] 盛莉. 蒸汽凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能降耗過程研究[J]. 天津大學學報, 2006(1)： 21-24.

[3] 侯博元， 王榮新. 淺析蒸汽凝結(jié)水的綜合利用[J]. 區(qū)域供熱, 2002 (4)： 30-33.

[4] 孟磊， 徐東， 齊濤. 蒸汽凝結(jié)水回收工藝中二次蒸汽的利用[J]. 遼寧化工， 2010， 39(11)： 1168-1173.

Discussion on energy saving technology of steam and condensate system in natural gas purification plant

Chen Shiming， Wang Jun， Wang Yi

(ChongqingNaturalGasPurificationPlantGeneral，PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany，Chongqing401259，China)

Aiming at operating problems such as large consumption of boiler fuel gas, low recovery rate of condensate, large amount of steam venting, and field leaking water of steam condensate, etc., Chongqing Natural Gas Purification Plant General strengthened the economical operation and management of energy-saving through cleaning the boilers, timely adjusting the steam volume according to the load variation, as well as checking the insulation effect regularly. Besides, energy saving technical reconstruction, including enhancing the steam heat exchange and low quality water recycling, were carried out. The field practice showed that the energy saving measures were feasible and effect. In addition, the field data of fuel gas consumption and condensate recovery rate indicated that there were further energy-saving space for the steam condensate system, and the energy-saving potential in steam and condensate system could be achieved by further reducing the leakage, improving the condensate recovery and guaranteeing the quality of steam condensate.

natural gas purification plant, steam, condensate, energy saving technology

陳世明(1984-)，男，工程師，2008年畢業(yè)于西安石油大學化學工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)就職于中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠，從事天然氣凈化工藝技術和能源管理工作。E-mail：chen_shiming@petrochina.com.cn

TE683

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2016.04.022

2016-01-08；編輯：鐘國利