己二胺裝置蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化改造

趙曉東 ， 洪波

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ， 河南 平頂山467013)

摘要：從系統(tǒng)和宏觀的角度對蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)分析，利用熱工理論對整個(gè)熱力系統(tǒng)進(jìn)行“水平衡”和“熱平衡”計(jì)算，挖掘系統(tǒng)的節(jié)能潛力，進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造。

關(guān)鍵詞：科學(xué)分析 ； 熱工理論 ； 優(yōu)化改造

中圖分類號：TQ050.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

收稿日期：2014-12-09

作者簡介：趙曉東(1974- )，男，工程師，從事化工生產(chǎn)管理及研究工作，電話：15938905924。

0前言

己二胺裝置是河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司的配套裝置，隨著公司的不斷發(fā)展，其蒸汽及凝結(jié)水系統(tǒng)也進(jìn)行了相應(yīng)的改造[1]，目前蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，大部分凝結(jié)水已經(jīng)回收，但由于沒有進(jìn)行全面的規(guī)劃，導(dǎo)致現(xiàn)有蒸汽及其凝結(jié)水系統(tǒng)存在一定的問題，如蒸汽系統(tǒng)的熱量及水的不平衡問題、疏水環(huán)節(jié)泄漏嚴(yán)重、部分凝結(jié)水現(xiàn)場排放等，造成燃料、水資源的浪費(fèi)以及環(huán)境污染。解決蒸汽系統(tǒng)存在的上述問題、進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化改造，不僅可以節(jié)約能源，而且能夠按照聯(lián)合國清潔發(fā)展機(jī)構(gòu)的要求降低CO2的排放量，還可以進(jìn)行CO2排放量的國際交易[2]，對節(jié)能降耗、挖掘增效、減輕環(huán)境污染和水資源的合理利用等方面，都將起著積極的促進(jìn)作用。

1蒸汽系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1　凝結(jié)水熱量沒有充分利用

己二胺裝置的部分高溫凝結(jié)水(0.5 MPa)回收到蒸汽凝結(jié)水罐，由于疏水器的疏水失效率較高，泄漏的蒸汽匯同凝結(jié)水最終都進(jìn)入了凝結(jié)水罐，由于熱量沒有利用，泄漏的蒸汽和凝結(jié)水的閃蒸汽只能通過換熱器，用循環(huán)水將熱量冷卻吸收。而目前的低低壓蒸汽管網(wǎng)卻通過減壓裝置將0.5 MPa的蒸汽減壓到0.15 MPa的蒸汽使用，造成熱量的浪費(fèi)。

1.2　疏水系統(tǒng)

己二胺裝置的管線伴熱使用的是圓盤疏水器，通過測量疏水器前后的溫度，不難判斷出很多疏水器漏氣十分嚴(yán)重，尤其是伴熱系統(tǒng)的疏水器出來的是新蒸汽，甚至有些疏水器處于直通狀態(tài)，無法實(shí)現(xiàn)阻汽通水的功能。

1.3　凝結(jié)水回收系統(tǒng)

蒸汽伴熱系統(tǒng)冷凝水基本處于直排狀態(tài)，造成大量的熱能及軟化水的浪費(fèi)。而且冬季很多地方存在結(jié)冰的安全隱患。

2熱力系統(tǒng)分析與建議

2.1　回收己二胺裝置凝結(jié)水的熱量

利用己二胺裝置原有D600凝結(jié)水罐，將回收的0.4 MPa凝結(jié)水閃蒸成0.15 MPa的飽和蒸汽，并入該裝置的低低壓蒸汽管網(wǎng)，不足部分通過減壓裝置由0.4 MPa蒸汽自動(dòng)補(bǔ)充。閃蒸后凝結(jié)水通過泵打到D131使用。

2.2　熱力計(jì)算過程

各種蒸汽熱力參數(shù)表(見表1)。

表1　各種蒸汽熱力參數(shù)

注：SM為中壓蒸汽，CCM為中壓蒸汽冷凝液，SL為低壓蒸汽，CCL為低壓蒸汽冷凝液，SLL為低低壓蒸汽，CLL為低低壓蒸汽冷凝液。

2.2.1原系統(tǒng)每小時(shí)損失的蒸汽量計(jì)算

① CCM蒸汽凝結(jié)水：

=(866.096-418)/2257.2×18

=3.57 t/h

② CCL蒸汽凝結(jié)水：

=(645.392-418)/2 257.2×3.5

=0.35 t/h

總計(jì)：

Qa=Q1+Q2

=3.57+0.35

=3.92 t/h

閃蒸汽的熱焓值：

Ha=2675.52×3.92×1 000=10 486 784 kJ/kg

2.2.2原系統(tǒng)疏水器漏氣量(按國標(biāo)3%計(jì)算)

①SM蒸汽漏氣量：

3%×QSM=0.03×18=0.54 t/h

②SL蒸汽漏氣量：

3%×QSL=0.03×3.5=0.11 t/h

總計(jì)：Qb=0.54+0.11=0.65 t/h

漏氣損失掉的熱焓值：

Hb=(0.54×2 795.166+0.11×2 751.276)×1 000

=1 812 030 kJ/h

2.2.3原系統(tǒng)SLL蒸汽凝結(jié)水處于直排狀態(tài)損失計(jì)算

伴熱出水溫度按70 ℃計(jì)：

Qc=3 t/h

凝結(jié)水直排損失掉的熱焓值：

Hc=3×70×4.18×1000=877 800 kJ/kg

2.2.4匯總

①每小時(shí)損失的水量：

Q=Qa+Qb+Qc

=3.92+0.65+3×4/12

=5.57 t/h

②每小時(shí)損失的熱量：

H=Ha+Hb+Hc-30×Q

=10 486 784+1 812 030+877 800×4/12-30×5.57×4.18×1 000

=11 892 936 kJ/kg

鍋爐軟化水補(bǔ)水溫度按30 ℃計(jì)算。

2.3　熱力系統(tǒng)能損分析

分項(xiàng)計(jì)算：

①每小時(shí)鍋爐為己二胺裝置提供的蒸汽量(Qz)以及熱量(Hz)：

Qz=18+3.5+3×4/12=22.5 t/h

Hz=18×2 795.166×1 000+3.5×2 751.276×1 000+3×2 701.116×4/12×1 000-30×5.57×4.18×1 000

=61 945 092 kJ/kg

②有效利用的熱能(Hy)及其所占比重(ay)：

Hy=18×1 927.398×1 000+3.5×2 105.466×1 000+3×(646.2-70)×4.18×4/12×1 000

=44 470 811 kJ/h

ay=Hy/Hz×100%

=44 470 811÷61 945 092×100%

=71.79%

③回水的熱能(Hh)及其所占比重(ah)：

Hh=(Qa+Qb)×100

=(3.92+0.65)×4.18×100×1000

=1 910 260 kJ/kg

ah=Hh/Hz×100%

=1 910 260/61 945 092×100%

=3.08%

④系統(tǒng)散熱損失(as)(按5%計(jì)算)：

as=Hz×5%

=61 945 092×5%

=3 097 254.6 kJ/kg

⑤閃蒸擴(kuò)容熱損失(ak)：

ak=Ha/Hz×100%

=10 486 784/61 945 092×100%

=16.93%

⑥疏水器漏汽熱損失(ab)：

ab=Hb/Hz×100%

=1 812 030/61 945 092×100%

=2.92%

⑦SLL蒸汽凝結(jié)水直排熱損失(aL)：

aL=Hc/Hz×100%

=210×4.18×4/12/61 945 092×100%

=0.47%

熱力系統(tǒng)能量平衡：

ay+ah+as+ak+ab+aL

=71.79%+3.08%+5%+16.93%+2.93%+0.47%

=100.2%

差值≤1%計(jì)算符合《熱力計(jì)算》要求。

能耗分析：①閃蒸掉的熱量所占比重較大，為16.93%；②回收的水量占總水量的比重為：(22.5-5.57)/22.5×100%=75.24%；③回收水量的熱焓小，僅占3.08%。

3冷凝水閉式回收的必要性

3.1　冷凝水的熱力學(xué)性質(zhì)

蒸汽間接加熱系統(tǒng)中，蒸汽在加熱設(shè)備內(nèi)釋放出汽化潛熱后，會(huì)產(chǎn)生大量的高溫凝結(jié)水。凝結(jié)水的水質(zhì)良好，不僅能達(dá)到脫鹽水的標(biāo)準(zhǔn)要求，且?guī)缀鯖]有溶解氧、二氧化碳等氣體，最適宜做鍋爐的給水。同時(shí)，凝結(jié)水也是一種非常寶貴的資源，其價(jià)值為原水成本、軟化(脫鹽)成本、除氧成本和熱量價(jià)值的總和。因此，采取有效的回收系統(tǒng)，最大程度回收系統(tǒng)的熱能和軟化水是非常重要的。

3.2　冷凝水閉式回收的必要性

冷凝水開式回收與閉式回收比較如表2所示。

表2　 冷凝水開式回收與閉式回收比較

①閉式回收冷凝水，實(shí)現(xiàn)冷凝水二次汽及用熱設(shè)備疏水閥所漏蒸汽全部閉式回收，得以綜合利用，既節(jié)約了軟化水資源，又節(jié)約了熱能，從而降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。②閉式回收冷凝水，無二次汽排放，消除潮濕環(huán)境，實(shí)現(xiàn)清潔文明生產(chǎn)。③閉式回收冷凝水，避免了冷凝水再次污染及空氣中的氧氣再次溶入，減少管路系統(tǒng)內(nèi)外腐蝕，延長了設(shè)備使用壽命。

4冷凝水閉式回收兩種方式的比較

冷凝水的閉式回收目前有兩種不同的方式，其區(qū)別集中體現(xiàn)在對凝結(jié)水的輸送上，其一是汽動(dòng)輸送，另一種是電動(dòng)輸送。

4.1　汽動(dòng)回收的工作原理

汽動(dòng)回收是凝結(jié)水進(jìn)入回收設(shè)備后，通過高壓蒸汽做功將冷凝水壓走，在送走冷凝水后，高壓蒸汽占有了冷凝水空間，勢必造成冷凝水系統(tǒng)背壓的提高，為使凝結(jié)水順利地回到回收設(shè)備，將這部分高壓蒸汽排空。

4.2　電動(dòng)回收設(shè)備的工作原理

電動(dòng)回收設(shè)備主要是由設(shè)備主體、凝水除污部分、自動(dòng)調(diào)壓裝置、穩(wěn)壓系統(tǒng)、汽蝕消除裝置、液位控制系統(tǒng)等構(gòu)成。要完成高溫凝結(jié)水的輸送關(guān)鍵在于如何解決泵的汽蝕。泵不發(fā)生汽蝕的必要條件為NPSHa>NPSHr，即泵的有效汽蝕余量大于泵的必須汽蝕余量。經(jīng)過疏水器后飽和高溫冷凝水，由于壓力的降低導(dǎo)致部分凝水汽化，形成汽水兩相流動(dòng)。根據(jù)汽水兩相流動(dòng)的特點(diǎn)，通過主動(dòng)引流機(jī)構(gòu)使高溫冷凝水進(jìn)入閉式回收裝置中。而后通過自動(dòng)調(diào)壓裝置、穩(wěn)壓系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)節(jié)使得汽水處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，為回收高溫水創(chuàng)造必要條件。通過穩(wěn)壓系統(tǒng)、汽蝕消除裝置對泵進(jìn)口高溫水的流態(tài)加以調(diào)整，泵進(jìn)口的高溫冷凝水始終處于單相微過冷狀態(tài)，從而消除泵產(chǎn)生汽蝕的誘因。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的要求，利用液位自動(dòng)控制系統(tǒng)對冷凝水回收設(shè)備的高溫冷凝水進(jìn)行合理的調(diào)配，使得生產(chǎn)工藝設(shè)備以及凝水系統(tǒng)得以安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

5具體措施

①提高伴熱管線使用蒸汽壓力，由原來的0.05 MPa提高到0.15 MPa，以利于回收這部分凝水。②更換已損壞的、不合適的疏水器。與雙金屬片式疏水器相比，圓盤式熱動(dòng)力疏水器有漏氣量大、抗水擊能力差、間斷疏水等缺陷。因此我們更換使用雙金屬片式疏水器，可調(diào)整凝結(jié)水的排放溫度，有效地利用凝結(jié)水的顯熱，閥前始終有凝結(jié)水，形成水封，無蒸汽泄漏，有著很好的節(jié)能效果。③在裝置內(nèi)安裝閉式冷凝水回收設(shè)備，集中回收裝置工藝產(chǎn)生的冷凝水以及管道伴熱產(chǎn)生的凝結(jié)水。

6改造后的效果

①在保證用戶正常生產(chǎn)工藝條件下，對冷凝水進(jìn)行完全閉式回收，冷凝水、二次閃蒸汽和疏水器漏氣同時(shí)回收利于節(jié)能。②徹底消除因排放冷凝水和