曾慶峰 劉富余 趙金海（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

石油石化行業(yè)鍋爐進(jìn)水除氧技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

曾慶峰 劉富余 趙金海（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

鍋爐是石油石化行業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。氧腐蝕除了影響鍋爐熱效率外，還會(huì)影響其長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。除氧是鍋爐進(jìn)水處理工藝中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過從技術(shù)原理、特點(diǎn)、應(yīng)用效果等方面，對(duì)目前石油石化行業(yè)鍋爐進(jìn)水除氧技術(shù)進(jìn)行了分析，并著重介紹了目前除氧技術(shù)的最新研究進(jìn)展——膜分離除氧技術(shù)，同時(shí)與熱力除氧技術(shù)能耗、運(yùn)行費(fèi)用、投資進(jìn)行了對(duì)比，旨在增進(jìn)對(duì)新技術(shù)的認(rèn)識(shí)，為企業(yè)選擇鍋爐除氧技術(shù)提供參考。

鍋爐；熱力除氧；膜分離除氧

鍋爐是石油石化行業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備。在常溫常壓下，鍋爐給水中的溶解氧達(dá)7～9 mg/L，如果除氧效果不佳，會(huì)導(dǎo)致爐體腐蝕，不僅加快鍋爐受熱面的結(jié)垢速度，降低鍋爐熱效率，而且使鍋爐使用壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)易引發(fā)安全事故。因此，氧腐蝕常常是影響鍋爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的重要因素之一，鍋爐給水除氧在水處理過程中的作用顯得至關(guān)重要。

目前，工業(yè)應(yīng)用的物理及化學(xué)除氧技術(shù)有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)藥劑除氧、解析除氧、膜分離除氧等。其中，熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧作為常規(guī)的除氧技術(shù)，具有一定的應(yīng)用局限性，例如能耗較高，或者除氧后易造成鍋爐二次腐蝕、污染。膜分離除氧技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一種除氧效果突出、節(jié)能效果顯著的新技術(shù)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用前景。

1 熱力除氧

熱力除氧技術(shù)廣泛應(yīng)用于煉化企業(yè)蒸汽鍋爐給水除氧過程。該技術(shù)是依據(jù)亨利定律、通過將鍋爐給水加熱至一定壓力下的飽和溫度，降低氧在水中溶解度來實(shí)現(xiàn)除氧的。

熱力除氧技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能除去氧氣以及二氧化碳、氮?dú)獾葰怏w，除氧后不增加水中含鹽量，但常規(guī)的熱力除氧技術(shù)蒸汽耗量大，鍋爐熱負(fù)荷變化頻繁時(shí)，不易調(diào)整，除氧效果不易保證，設(shè)備占地面積大，同時(shí)由于放空乏汽不易有效回收，造成熱量以及冷凝水損失，另外冬季時(shí)裝置放空區(qū)蒸汽彌漫，附近管線結(jié)冰，一定程度上給安全生產(chǎn)帶來了隱患。

隨著國(guó)內(nèi)外石油石化行業(yè)整體技術(shù)水平的進(jìn)步，熱力除氧技術(shù)近年來也得到一定程度的發(fā)展。旋膜除氧器作為熱力除氧技術(shù)的新的結(jié)構(gòu)型式，在煉化企業(yè)和油田得到了推廣應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果[1]。該技術(shù)結(jié)合了射流、旋轉(zhuǎn)膜、懸掛式泡沸三種傳質(zhì)、傳熱方式，與常規(guī)熱力除氧技術(shù)相比，除氧效率有所提高，負(fù)荷適應(yīng)性增強(qiáng)，加熱蒸汽用量有所降低[2]。

2 真空除氧

當(dāng)水的溫度一定時(shí)，壓力越低，水中的溶解氣體越少。真空除氧與熱力除氧原理相同，不同之處在于除氧壓力。該技術(shù)具體是通過減壓（抽真空）、含氧水霧化，增加脫氧水的比表面積來實(shí)現(xiàn)脫氧目的，需要的真空可以利用蒸汽或電力驅(qū)動(dòng)的噴射式抽汽設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

真空除氧器占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊；專用噴頭能滿足良好的霧化效果，擴(kuò)大了脫氧水的比表面積，一定程度上保證了除氧效果。該技術(shù)相對(duì)于熱力除氧，加熱條件有所改善，自耗汽量減少，但熱力除氧的大部分缺點(diǎn)仍存在，同時(shí)對(duì)運(yùn)行管理噴射泵等關(guān)鍵設(shè)備的要求高，另外還增加了換熱設(shè)備和循環(huán)水箱。真空除氧技術(shù)在中國(guó)石化、中國(guó)石油等油田企業(yè)注汽鍋爐進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好效果。

3 解析除氧

解析除氧是通過將不含氧氣體與待除氧水強(qiáng)烈混合接觸，使水中溶解氧擴(kuò)散至氣體中去，如此循環(huán)往復(fù)進(jìn)而達(dá)到脫氧目的。含氧氣體在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)成無氧的惰性氣體循環(huán)使用。該技術(shù)不需要預(yù)熱處理，不增加蒸汽消耗，常溫即可除氧，設(shè)備占地面積小，投資少，不需投加化學(xué)藥品，但除氧效果不穩(wěn)定，反應(yīng)過程難控制，會(huì)有大量二氧化碳溶入水中，增加了酸腐蝕的可能，一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用[3]。

4 化學(xué)藥劑除氧

化學(xué)藥劑除氧是一種常用的除氧措施。該技術(shù)是通過向水中投加化學(xué)藥劑，使其與水中溶解氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、生產(chǎn)穩(wěn)定的化合物，達(dá)到除氧目的。除了中小型供熱熱水鍋爐外除氧措施外，該技術(shù)還作為熱力除氧的補(bǔ)充措施用于除氧要求較高（氧含量7 μg/L）的場(chǎng)合。例如，中國(guó)石油某企業(yè)合成氨裝置鍋爐給水除氧器為單級(jí)除氧，鍋爐給水中溶解氧指標(biāo)達(dá)不到外廠高壓鍋爐不大于7μg/L的除氧要求，加入N1700除氧劑后，滿足了指標(biāo)要求。

該方法與其他技術(shù)相比，除氧效果較好，操作簡(jiǎn)單易行，但由于增加了一定的化學(xué)藥品，一定程度上增加了二次污染的概率。

5 膜分離除氧

膜分離除氧技術(shù)是近年來工業(yè)應(yīng)用的一種除氧效果突出、節(jié)能效果顯著的新技術(shù)。該技術(shù)是利用膜材料所具有的疏水、微孔透氣與減壓脫氧（膜的一側(cè)通水，另一側(cè)抽真空）原理相結(jié)合的新型脫氧技術(shù)。通過膜材料建立穩(wěn)定的氣液界面，根據(jù)亨利定律和道爾頓分壓定律，改變氣相分壓，使水中溶解氧溢出，達(dá)到水中氧脫除的目的。其原理與真空法相同，但膜（中空纖維比表面積大）提供了比真空法高數(shù)百倍的氣液傳質(zhì)面積，因此效率得到大幅提高。與熱力除氧技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）常溫運(yùn)行，無需消耗蒸汽，節(jié)能效果顯著，運(yùn)行費(fèi)用低，除消耗少量吹掃氣（氮?dú)猓┘半娔芡?，不再消耗其它任何物質(zhì)，噸水運(yùn)行費(fèi)用僅為熱力除氧技術(shù)費(fèi)用的5%左右，維護(hù)費(fèi)用為常規(guī)熱力除氧技術(shù)的1%左右。

2）可除去水中氧氣及二氧化碳，實(shí)現(xiàn)1 μg/L以下的極限除氧效果。

3）設(shè)備體積小、重量輕，對(duì)布置空間及位置要求較低，投資費(fèi)用約為常規(guī)熱力除氧技術(shù)的70%左右，大大節(jié)約基建投資。

4）全自動(dòng)控制，適宜長(zhǎng)期運(yùn)行，對(duì)負(fù)荷大的變化不敏感。

目前該技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)油田、化工、電力等單位應(yīng)用，相關(guān)設(shè)備包括油田注汽鍋爐、蒸汽鍋爐、電力鍋爐等，可滿足較嚴(yán)苛的除氧要求（7 μg/L以下），取得了顯著的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

目前，石油石化行業(yè)應(yīng)用的除氧技術(shù)主要有熱力除氧、真空除氧、解析除氧、化學(xué)藥劑除氧、膜分離除氧等技術(shù)；各類技術(shù)均通過直接或間接方式降低氧在水中溶解度，但技術(shù)特點(diǎn)有所不同，在實(shí)際應(yīng)用中，為保證鍋爐的安全穩(wěn)定、高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)實(shí)際除氧要求、熱力參數(shù)、負(fù)荷變化、能耗、經(jīng)濟(jì)性等情況綜合考慮；膜分離技術(shù)作為一種除氧效果突出、節(jié)能效果顯著的新技術(shù)，具有很好的應(yīng)用前景；除氧效果好、運(yùn)行可靠、管理簡(jiǎn)單、投資少將是未來鍋爐給水除氧技術(shù)發(fā)展方向。

[1]楊杰，鄭力會(huì)，周建平，等.旋膜除氧技術(shù)在注汽鍋爐給水處理中的應(yīng)用[J].石油機(jī)械，2007，35（12）：45-47.

[2]黃虎城，張柏祥.旋膜除氧器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[J].石油和化工設(shè)備，2012，15（9）：81-82.

[3]劉有智，孟曉麗，劉會(huì)雪，等.鍋爐(給)水脫氧技術(shù)研究的進(jìn)展[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007，19（6）：433-434.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.005

2016-12-09

（編輯 沙力妮）

曾慶峰，工程師，2010年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），從事石油石化節(jié)能節(jié)水技術(shù)研究工作，E-mail：zengqingfeng@petrochina. com.cn，地址：北京市海淀區(qū)志新西路3號(hào)，100083。