庆阳石化公司凝水回收系统设计

1．概况

庆阳石化公司是随长庆油田开发而兴建的小型石油化工企业，该公司建厂时由于规模相对较小，设计的蒸汽系统没有考虑凝结水的回收，随着公司的发展，建筑面积的增多，水源的日益紧张，以及人们环保、节水、节能意识的提高，要求尽快对全厂凝水系统进行回收改造。
全厂凝水回收系统设计范围包括以下三部分：
⑴ 凝结水回收泵站系统。
⑵ 管道系统。各凝结水回收泵站到锅炉冷凝水储存水箱的管道布置。
⑶ 锅炉房内冷凝水储水箱系统。包括冷凝水箱接管系统布置、保温等。
2．回收设备技术经济比较

本工程难点在于各装置内所用蒸汽管线小而数量多，因此宜在各装置内布置凝结水回收设备，特别是常压、催化、聚丙烯三大车间对设备的安全性，可靠性要求较高，这就要求凝水回收设备安全，可靠，运行简便，稳定。改造后要体现出节水、节能的特点。同时，拟定方案时要考虑到本工程用蒸汽作动力源比用电方便，设备占地要少，要求易于施工等因素。
2.1 回收设备技术分析
长期以来，由于蒸汽疏水设备质量不过关或由于选型不当，疏水阀安装上之后，不是疏水不畅，就是跑冒滴漏严重，成为企业的文明生产的严重隐患。不仅如此，在冷凝水回收系统中，还可能由于一些低质量的疏水阀有很高的泄漏率，往往会造成冷凝水回水管线压力过高，影响其它疏水阀的正常工作，造成凝结水不能回收，甚至影响生产，导致更大的能源浪费。可见蒸汽管网系统中，解决了疏水阀和凝结水回收装置等设备质量问题，就等于抓住了解决问题的关键。
阿姆斯壮国际公司是世界著名的蒸汽管网设备生产商，它的发展至今已经有近百年的历史。在不断的更新和适应市场的过程中，形成了其独到的的产品性能：加工精密，设计合理，蒸汽泄漏率低（〈 3‰），运行可靠。下面就其疏水阀和凝结水回收装置的技术参数及特点与国内产品做一比较
2.1.1 疏水阀的比较
目前厂家所普遍采用的热静力型疏水阀，不能达到温度要求，因此只能排放掉一部分蒸汽。这样不但浪费了大量蒸汽，而且使得罐区周围一年四季都是蒸汽笼罩，特别是冬季，泄漏的蒸汽更多。这不仅浪费了能源，同时也造成了环境污染。是与当今文明生产的要求很不协调的。
倒置桶型型疏水器是美国阿姆斯壮公司专利产品，其特点具有耐磨损，耐腐蚀，耐水击特性；在背压时也可正常工作；能够连续排放空气和二氧化碳；运行工作可靠，免除污物的困扰；无蒸汽损失[蒸汽泄露率3‰远远低于5%的允许泄露率]；独特的自我清洗作用。 原理：根据蒸汽和水比重不同进行工作。
工作压力：0- 18.6Mpa, 最高温度：538℃，排量：0- 9072Kg/h；
材质：内件—不锈钢，阀体—铸铁，不锈钢，锻钢，锻钢。
2.1.2 凝结水自动回收泵的比较
阿姆斯壮凝结水自动泵是专门为高温凝结水的加压回收所设计。适用场合：适用常压或带压（真空～0.7Mpa）高温热水的自动加压泵，狭窄的场地，真空疏水。特点：无汽蚀，无土建，无维修，无配电，无密封损坏和泄漏。设备性能比较见表1


经过设备性能比较后，选用了阿姆斯壮公司生产的凝水自动泵（双泵）和疏水阀。根据装置分布及冷凝液排量设立泵站。
各泵站技术参数见表2

回水泵站编号	凝结水量(kg/h)	蒸汽压力(Mpa)	自动泵型号	背压(Mpa)	单台流量×台数(kg/h)	备注
1#(异构化)	1320	0.85	PT-204	0.3	871×2	室外布置
2#(常压)	2180	0.85	PT-206	0.3	1134×2	室外布置
3#(催化)	5500	0.85	PT-308	0.3	4264×2	室外布置
4#(聚丙烯)	12000	0.85	PT-516	0.3	14494×1	室外布置
5#(球罐)	600	0.85	PT-204	0.3	871×1	室外布置
6#(罐区)	1100	0.85	PT-206	0.3	1134×1	室外布置
7#（动力）
7#(重整加氢)	6500	0.85	PT-304	0.3	4264×2	预留
8#(新球罐)	600	0.85	PT-204	0.3	871×1	预留
9#(新罐区)	200	0.85	PT-204	0.3	871×1	预留

3、除油除铁设备技术比较

凝结水回收系统中，除油、除铁系统是非常重要的组成部分，也是技术含量及精度要求最高的部分，如果回收的凝结水含油、含铁量超过锅炉给水水质标准，就会造成整个回收利用前功尽弃。
为了实现冷凝水合理利用，改善冷凝水水质，首先必须采用先进的高效率、高精度冷凝水除油工艺。由大连多帮科技商务有限公司开发的HY系列油水自动分离、分别回收装置，运用“阻截除油”新理念，获得两项国家专利技术及一项专有技术，除原油和沥青外，对其它油类及脂类均有高效、高精度的油（脂）水分离功能，根据进水的水质情况及用户的需要，油水分离的精度可以达到≤20、10、5、0.5、0.3、0.1㎎/L。进入装置的待处理含油水的水温可以达到80℃以上，其容忍含油量可以达到500㎎/L，短时间可耐1000㎎/L的冲击。
该装置已在国内多家大型石化企业获得成功的应用，取得了十分明显的效益。根据多年来HY系列阻截除油装置在石化企业冷凝水除油项目上的成功应用经验，对于公司冷凝水除油项目，该装置是完全适用的。
3.1、“阻截除油”技术工艺原理及流程简介
“阻截除油”是一种完全不同于吸附的全新的油水分离技术，它利用独特的HK纤维构成一种膜材料——HK阻截膜来实现对水中憎水性分散质的分离。当HK阻截膜浸没于水中后，膜的HK纤维就会与水发生水合反应，从而在纤维表面形成一层均匀、致密、牢固的结合水膜，这时它就体现出极强的憎油特性。HK阻截膜中的HK纤维密度足以使成膜纤维上的结合水膜相互重叠，这样该膜就形成了以HK纤维为骨架，结合水为组织的一个有机整体。当含油的水要透过这张活化了的HK阻截膜时，给水以适当的压力，来水侧的水分子即可与膜内水分子发生置换透过，而油等憎水性分散质则不能与膜内水分子发生置换被选择性的阻截，从而成功地实现了油水分离，这种效应被定义为动态选择阻透膜效应，从现象上看，这是一种在一定条件下实现用水来滤水的水处理工艺。由于HK阻截膜的成膜纤维被结合在其上的水所严密覆裹，在工作过程中被阻挡下来的油粒不能吸附到HK膜上造成污染，只能存留在膜外表面，随着存留在膜外表面油粒的不断增加，油粒相互间发生碰撞凝聚而逐步形成油粒在浮力作用下浮升，从而真正意义上实现了油水分离的目标。
HY系列阻截油水分离装置就是根据“阻截”除油新理念利用专利的HK阻截膜设计制造出来的高效率除油设备。用不同精度等级的HK阻截膜制成相应的阻截除油单元，来分离水中不同分散程度的油类物资，根据用户的具体除油精度要示，合理组合，分级处理，组成合适的油水分离系统装置。
按照公司冷凝水除油回收的要求，采用HY20BR-X-Ⅱ型冷凝水油水分离系统装置，即可实现含油冷凝水高效除油、优质回收的目的。该型油水分离系统装置由四罐串联组成：
第一级为抗御缓解事故冲击用屏障工艺段，该罐主要用来做大油量泄漏时的预屏障缓冲负荷的作用，同时可滤除冷凝水中的悬浮物，对后继处理段起保护作用，内装填料长效、可再生。
第二级为富集阻截工艺段，用来去除水中的悬浮油和较大颗粒的乳化分散油粒。
第三级为复合阻截工艺段，用来分离水中的乳化油。
第四级为扫描捕集及终端禁油工艺段，在此罐内水中高度分散的油份（化学溶解扩散）被捕集、凝聚后由高精度阻截膜单元分离去除，从而确保出水含油量小于0.5mg/L。
具体工艺流程详见后附图。

3.2、技术特点
HY30BR-X-Ⅱ型冷凝水除油装置除油过程是一个纯物理过程，无需任何药剂，除油后，可以很好地保持冷凝水水质。在国内多家特大型石化企业工业应用的实践证明，该种装置具有很强的抗冲击负荷能力，进水含油量在较大幅度范围内（0~1000 mg/L）波动时均能保持出水含油量在指标范围内，可以实现冷凝水的基本全额回收，无需高油量时排放。全周期内无反洗，再生操作，运行管理十分简便，无需专门设岗，可实现无人岗位操作。可以在较高的水温条件下运行（58~80 ℃），从而可以保持一定的耗能。能耗、物耗水平极低，该系统装置运行中的唯一能耗仅是一般的水泵耗电，运行中不产生任何水耗、药耗。
3.3、阻截除油技术与传统油水分离技术的区别
1、具有很高的除油精度和长周期运行稳定安全可靠。
2、对来水含油量的要求不苛刻。
3、设备运行期间，无需反冲洗，也无需添加任何药剂，操作极为简单。
4、具有极高的回收效率
5、彻底实现油水分离，分离出的油可回收。
6、可对除油装置的精度做量化设计控制
7、高温运行、节能效果良好
8、具有自动排除油污染事故的自我净化能力
9、运行费用低，投资回收期短。
4、凝水回收设备的经济性比较

4.1节水分析
回收的凝结水总量为所有泵站的凝结水量，具体为：
1320+2180+5500+12000+600+1100+6500+600+200=30000(kg/h)=30.00(吨/h)
每年按照运行三个月计算（冬季用量）：
3*30*24*30.00=64800(吨/年)
夏季冷凝水回收量
9*30*24*10=64800(吨/年)
全年总计回收量 64800+64800=129600(吨/年)=12.96(万吨/年)
可见，对全厂凝水系统进行回收改造后，每年可以节约用水12.96万吨，这在全球淡水日益紧张的今天，对保护环境，合理利用资源是非常有利的。
4.2 节能分析
在蒸汽系统中，最有效的节能方法是合理利用所有有价值的热能，随压力的不同，存在于疏水器内的凝结水含有从锅炉中带来的约20%的显热热能。
有效回收凝结水可以减少以下成本：
⑴、减少预热补水所节约的燃料/能源成本
⑵、锅炉补水及污水处理所需费用
⑶、减少排污费
根据对国内70～90℃的冷凝水价格测算，价格最低也要达到12~15元/吨。
全年回收冷凝水量12.96万吨折合：
129600 × 12 =155.52万元
降低蒸汽泄漏率折算
国标规定蒸汽疏水阀泄漏率应小于5%，同时所有疏水阀完好率达到90%即为合格。冷凝水回收量按蒸汽用量的80%计算，其蒸汽用量为
30.00/0.8=37.5吨/h
根据新安装的阿姆斯壮疏水阀的使用情况，蒸汽泄漏率≤ 3‰，每小时可以节约1吨蒸汽。每年则可节约蒸汽：
每小时节约蒸汽量 = 37.5 × 5% = 1.875 吨/h
每月节约蒸汽量 = 1.875 × 24 × 30 =1350吨/月
每年按照运行三个月计算（仅考虑冬季节约蒸汽量）
全年节约蒸汽量 =1350 × 3 = 4050吨/年
国内每吨蒸汽价格为：80~110元，安装Armstrong疏水阀一年节约蒸汽4050吨折合：
4050 × 100 = 40，5000.00元（40.5万元人民币）
回收冷凝水所需能源
阿姆斯壮冷凝水自动回收泵采用蒸汽或压缩空气为动力，回收1吨冷凝水只消耗蒸汽2~3公斤。
回收12.96万吨冷凝水消耗蒸汽量 = 129600 × 0.003=388.8吨
回收12.96万吨冷凝水消耗蒸汽折合：
388.8 × 100元/吨 = 3.844万元
除油除铁运行费用：滤料更换9万元/年，电功率13KW，0.45元/度计，电费共计5万元/年。合计14万元/年。
回收部分冷凝水，减少了污水处理站负荷，节省污水处理成本及排污费用：
129600×1.0/10000=12.96万元/年
129600×0.5/10000=6.48万元/年
当年效益，节约蒸汽价值40.5万元+回收冷凝水价值155.52万元+12.96+6.48 – 回收12.96万吨冷凝水消耗蒸汽价值3.844万元-除油除铁运行费用14万元=197.616万元人民币。
该冷凝水回收及处理系统的投资在320万元以内，在一年运行期内，就可以节省197.616万元。可见蒸汽系统的冷凝水回收，效益是十分可观的。
5. 回收方案

凝结水回收管网设一个系统，各加热或伴热线末端增设疏水阀，在各个回收泵站的凝水自动泵前，一律加设扩容装置。为了避免系统的总回收水箱冒汽，在水箱内增加水喷淋旁路，并在总排大气管道上加特制的消汽装置。凝水自动泵配管如下图所示。对回收回来的凝结水经除油、除铁处理装置达到锅炉进水指标后进入除氧器。


1—凝结水自动泵 2—消汽装置 3—膨胀罐 4—疏水器 5—逆止阀
6—流量调节阀 7—截止阀 8—过滤器 9—压力表
10—温度计 11—橡胶垫 12—放水阀