郭盼春 金華 劉軍 劉志威

摘 要：在化工生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽冷凝水回收是重要的節(jié)能技術(shù)之一，重點(diǎn)介紹了蒸汽冷凝水自動(dòng)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(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定，采用壓縮氣體代替常規(guī)的動(dòng)力設(shè)備作為動(dòng)力源輸送冷凝水，解決了動(dòng)力設(shè)備氣蝕和管道腐蝕的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：蒸汽冷凝水;回收;自動(dòng)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(guó)內(nèi)外主要采用兩種蒸汽冷凝水回收裝置，即開(kāi)放式冷凝水回收裝置和密閉式冷凝水回收裝置。開(kāi)放式冷凝水回收裝置是把蒸汽冷凝水通過(guò)管道集中回收到閃蒸槽或一個(gè)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(bǔ)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(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)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(jì)效益差，對(duì)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(guò)密閉式疏水器和管道，將冷凝水收集到密閉水罐中，再通過(guò)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(duì)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(kāi)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(guò)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(shí)，采用的離心泵易產(chǎn)生氣蝕，損壞泵的葉輪無(wú)法正常工作。當(dāng)水溫超過(guò)80 ℃時(shí)，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(yùn)行不便?？紤]到寒冷地區(qū)的特點(diǎn)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(kāi)發(fā)出一套無(wú)需動(dòng)力設(shè)備、自動(dòng)化程度高、配置簡(jiǎn)單、操作方便的冷凝水回收裝置，本研究簡(jiǎn)要介紹了該裝置的工作原理、主要特點(diǎn)等情況。

1?蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)的工作流程及原理

外界的蒸汽冷凝水先進(jìn)入冷凝水收集罐，其中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入不凝氣冷卻器，通過(guò)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(guò)液位差產(chǎn)生的勢(shì)能，經(jīng)止逆閥Ⅰ流入冷凝水輸送罐中;當(dāng)高液位開(kāi)關(guān)檢測(cè)到冷凝水輸送罐液位到達(dá)高位時(shí)，發(fā)送信號(hào)至控制箱，控制閥Ⅰ打開(kāi)，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_(kāi)關(guān)檢測(cè)到冷凝水輸送罐液位到達(dá)低位時(shí)，發(fā)送信號(hào)至控制箱，控制閥Ⅰ關(guān)閉，控制閥Ⅱ打開(kāi)，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(guò)液位差產(chǎn)生的勢(shì)能，經(jīng)止逆閥Ⅰ流入冷凝水輸送罐進(jìn)行下一輪循環(huán)。工作流程如圖1所示。

2?蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)的構(gòu)成

蒸汽冷凝水自動(dòng)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(kāi)關(guān)、高液位開(kāi)關(guān)、控制閥Ⅰ、控制閥Ⅱ和控制箱。

在蒸汽冷凝水自動(dòng)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(duì)換熱管中的二次蒸汽進(jìn)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(gè)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(dòng)回收系統(tǒng)的控制方法

蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)無(wú)需使用離心泵等動(dòng)力設(shè)備，整個(gè)輸送過(guò)程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。通常，自動(dòng)控制可通過(guò)DCS、PLC、單片機(jī)等方法實(shí)現(xiàn)。本研究所述的蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)，采用繼電器分別對(duì)控制閥進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉的自動(dòng)控制，繼電器成本低且維護(hù)方便。

以下是該系統(tǒng)自動(dòng)回收蒸汽冷凝水的步驟。

（1）冷凝水收集罐積液。冷凝水通過(guò)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(jìn)液。冷凝水收集罐的液位達(dá)到一定高度時(shí)，冷凝水通過(guò)液位差產(chǎn)生的勢(shì)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(dá)到高位時(shí)，高液位開(kāi)關(guān)上限信號(hào)SH閉合，繼電器K1通電，觸點(diǎn)S1閉合實(shí)現(xiàn)自鎖，S2閉合使繼電器K2通電，S3閉合，S4斷開(kāi)，控制閥V1打開(kāi)，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(jìn)液。當(dāng)冷凝水輸送罐的液位到達(dá)低位時(shí)，低液位開(kāi)關(guān)上限信號(hào)SL斷開(kāi)，繼電器K1、K2失電，觸點(diǎn)S3斷開(kāi)，S4閉合，控制閥V1關(guān)閉，V2打開(kāi)，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(jìn)入冷凝水輸送罐，進(jìn)行下一輪循環(huán)。

蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)的控制過(guò)程如圖2所示。

4?蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）本研究所述的蒸汽冷凝水自動(dòng)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(wú)積液死角，冬天不會(huì)出現(xiàn)凍管問(wèn)題。

（2）蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)采用壓縮氣體作為動(dòng)力源輸送冷凝水，不需要考慮水溫及氣蝕的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)輸送管道起到保護(hù)作用，不會(huì)產(chǎn)生腐蝕和二次污染的問(wèn)題。

（3）蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)通過(guò)液位開(kāi)關(guān)自動(dòng)檢測(cè)冷凝水輸送罐液位，自動(dòng)進(jìn)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(dòng)回收系統(tǒng)無(wú)需動(dòng)力設(shè)備，配置簡(jiǎn)單、操作方便、自動(dòng)化程度高、無(wú)需值守，不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且減少了生產(chǎn)成本。

5?結(jié)語(yǔ)

蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)解決了目前常用的冷凝水回收裝置動(dòng)力設(shè)備易產(chǎn)生氣蝕的問(wèn)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(yùn)行至今未進(jìn)行過(guò)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(shí)踐證明，蒸汽冷凝水自動(dòng)回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、安全可靠，具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景。

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