趙燕華

(國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司甲醇分公司，銀川 751409)

氧腐蝕是鍋爐系統(tǒng)及熱力設(shè)備系統(tǒng)中最常見的腐蝕。鍋爐給水在系統(tǒng)中與大氣接觸，水中的溶解氧基本上達到飽和狀態(tài)，未經(jīng)除氧的水進入鍋爐，對給水管路、省煤器及鍋爐設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。由于鍋爐內(nèi)水和蒸汽的溫度較高，所以加劇了氧腐蝕，氧腐蝕對鍋爐的安全運行危害很大[1]。為此，筆者比較分析了鍋爐給水的4種常用除氧方法，并在此基礎(chǔ)上進行調(diào)整和改進，提出了中空纖維膜深度除氧裝置。

1 常用的除氧方法

為滿足鍋爐給水對氧含量的要求，采取了多種技術(shù)及設(shè)備去除鍋爐給水中的溶解氧，常用的除氧方法有：熱力除氧、真空除氧、氧化還原樹脂除氧和亞硫酸鈉除氧[2]。

1.1 熱力除氧

目前，鍋爐給水系統(tǒng)最常用的除氧方法是熱力除氧，其原理是將鍋爐給水加熱至沸點，使氧的溶解度減小，水中氧不斷逸出，再將水面上產(chǎn)生的氧氣連同水蒸氣一起排除。鍋爐熱負(fù)荷頻繁變動和管理操作水平等因素會影響熱力除氧效果，所以熱力除氧必須在高位布置一個體積大、質(zhì)量大的水箱，造成了投資增大、設(shè)計安裝操作不方便、自耗氣量大等問題[3-4]。

1.2 真空除氧

真空除氧與熱力除氧相比，除加熱溫度有所降低外，熱力除氧的大部分缺點同樣存在于真空除氧，高位處真空除氧位置要求甚至超過熱力除氧，布局緊張，所以真空除氧的基建投資大、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計安裝操作管理都不方便。

1.3 氧化還原樹脂除氧

氧化還原樹脂除氧可以常溫除氧，也可以低位布置，但是需要使用聯(lián)氨。聯(lián)氨屬于有毒物質(zhì)，用氧化還原樹脂除氧若使用不慎對操作人員會造成危害，而且基建投資大、運行操作復(fù)雜、推廣困難。

1.4 亞硫酸鈉除氧

亞硫酸鈉除氧運行簡單，但除氧效果不可靠。亞硫酸鈉除氧增加了鍋爐給水的含鹽量，使機組不得不加大排污，造成熱量和水量的損失，也增大了鍋爐產(chǎn)生硫酸鈣水垢的可能性。因此，采用亞硫酸鈉除氧不理想。

2 存在的問題

某公司4臺鍋爐均采用熱力除氧裝置進行除氧，因熱力除氧流程不完善，除氧器前未設(shè)置低溫加熱器、低壓除氧器、高溫加熱器等設(shè)備，且進入除氧器的脫鹽水和機組冷凝液水溫變化范圍較大，特別是合成、空分、氣化裝置停運后除鹽水無中間加熱裝置，來水溫度低，單純依靠除氧器自身蒸汽進行加熱水溫只能加熱到120 ℃，導(dǎo)致鍋爐給水溶解氧質(zhì)量濃度長期超過60 μg/L。

若在脫鹽水和機組冷凝液之前增加低壓除氧器和高壓加熱器，不僅要對進除氧器的來水進行預(yù)加熱和初期溶解氧處理，還要對4臺除氧器除氧頭進行改造才能夠保證4臺除氧器溶解氧質(zhì)量濃度合格。

該改造方案的缺點為設(shè)備改造幅度大，投資額較大，關(guān)鍵在于改造后需要投加大量蒸汽，目前全廠蒸汽管網(wǎng)沒有富余蒸汽使用，造成蒸汽管網(wǎng)難以平衡。

3 解決措施

為了減少裝置蒸汽消耗、實現(xiàn)常溫除氧、除去鍋爐給水中二氧化碳等酸性氣體、提高鍋爐爐水pH、減少爐水處理化學(xué)藥劑投加量、降低鍋爐熱損失等，可采用一種能夠深度脫除水中氧氣、二氧化碳等氣體，使氣液分離、工作穩(wěn)定的中空纖維膜深度除氧裝置。

3.1 中空纖維膜的定義及工作原理

中空纖維膜組件以疏水性的聚合物為原材料，在一定的氣體傳輸推動力作用下，將液體中溶解的氣體進行脫除。

經(jīng)過疏水化處理的中空纖維膜絲表面上有很多微孔，這些微孔允許氣體分子穿過，能阻擋水分子的穿透。氣體和水體接觸時，氣體會溶入水中，水體中氣體的溶解度與水表面該氣體的分壓成正比，根據(jù)亨利定律P=Hx(其中P為水表面該氣體的分壓，H為該氣體的亨利系數(shù)，x為該氣體的溶解度)，在抽真空或者氣體吹掃的負(fù)壓下，中空纖維膜絲外側(cè)液體中溶解的氣體通過微孔不斷向中空纖維膜絲內(nèi)部移動，并被抽真空或者吹掃氣體帶走，從而達到脫除液體中溶解氣體的目的(見圖1)。

圖1 氣體傳輸動力工作原理

中空纖維膜脫氣的工作原理是操作運行中，液體在中空纖維膜絲外側(cè)流動，中間擋板和中心管布水使液體在中空纖維膜絲的表面成射流狀態(tài)，有效改善了流道，提高傳質(zhì)效率，同時中空纖維膜絲內(nèi)部抽真空或者施加氣體吹掃，將水中溶解的氣體帶走(見圖2)。

圖2 中空纖維膜脫氣的工作原理

3.2 中空纖維膜的特點

中空纖維膜具有以下特點：

(1)優(yōu)異的疏水性能。特殊的中空纖維膜絲成孔技術(shù)使中空纖維膜絲表面孔的直徑小且分布均勻，孔的集中度高，中空纖維膜絲的疏水壽命長，保證中空纖維膜具備工程上的使用價值。

(2)精密的中空纖維膜絲排布方式。將中空纖維膜絲編織成絲布，絲布卷繞成柱狀，裝入膜殼，擴大了接觸器的有效接觸面積，同時每根中空纖維膜絲都被固定，不會隨水流擺動，杜絕了斷絲現(xiàn)象，保證系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定。

(3)高效率的氣液接觸方式。在組件中央設(shè)置導(dǎo)流擋板，并采用中心管布水，使液體在中空纖維膜絲的表面成射流狀態(tài)：膜絲外的液體流動方向，與膜絲內(nèi)的氣體流動方向成一定的角度。有效地改善了流道，大大提高了殼程和管程的傳質(zhì)效率。

3.3 中空纖維膜的配置及技術(shù)要求

進水側(cè)單元由壓力表、流量計、溫度計等構(gòu)成，可以現(xiàn)場讀取壓力、水溫、流量等，進膜組件的合格除鹽水壓力在0.3～0.6 MPa。

產(chǎn)水側(cè)單元由壓力表、溶氧監(jiān)測系統(tǒng)等構(gòu)成，可以現(xiàn)場讀取產(chǎn)水壓力和溶解氧含量。

真空側(cè)單元由真空泵、真空表、氣液分離罐等構(gòu)成，保證氧氣脫除所需的真空度。

進氣側(cè)單元由氮氣流量計、隔膜閥、壓力表等構(gòu)成,進氣側(cè)使用無油無塵高純氮氣,純度>99.99%，體積流量>36 m3/h。

4 效果驗證

以某公司實際運行為例，該公司設(shè)計3套中空纖維膜深度除氧裝置,設(shè)計水質(zhì)量流量<2 880 t/h，中空纖維膜進水水質(zhì)為去離子水，采用連續(xù)給水的方式。其中：1#中空纖維膜深度除氧裝置設(shè)計水質(zhì)量流量<1 350 t/h、出水溶解氧質(zhì)量濃度≤10 μg/L；2#中空纖維膜深度除氧裝置，設(shè)計水質(zhì)量流量<990 t/h、出水溶解氧質(zhì)量濃度≤50 μg/L；3#中空纖維膜深度除氧裝置設(shè)計水質(zhì)量流量<540 t/h、出水溶解氧質(zhì)量濃度≤50 μg/L。以1#裝置為例，該裝置中空纖維膜為45支(3級，每級15支)，設(shè)計每級進水質(zhì)量流量<90 t/h，實際每級進水質(zhì)量流量為50 t/h，該裝置運行模式為全自動化混合控制模式(抽真空+氮氣吹掃)，實際現(xiàn)場進氣壓力為0.1 MPa，進水壓力為0.2 MPa，實際現(xiàn)場測得出水溶解氧質(zhì)量濃度為4.5 μg/L，進水溫度為24.5 ℃，實際運行負(fù)荷為設(shè)計負(fù)荷的55.56%。

5 結(jié)語

經(jīng)論證分析，采用中空纖維膜深度除氧裝置替代熱力除氧裝置，無論是處理水量還是溶解氧去除效果，均能達到生產(chǎn)需求，且無需額外消耗蒸汽，特別適合現(xiàn)有除氧裝置溶解氧去除不達標(biāo)的改造。