炼油化工行业蒸汽凝结水回收技术方案secret.doc

炼油、化工行业蒸汽凝结水回收技术方案北京某技术开发有限公司内容摘要 蒸汽凝结水的回收运用是蒸汽供热系统的重要环节。在开放式回收系统基础上发展起来的密闭式凝结水回收系统具有较高的节能效益。该系统没有闪蒸损失、热量和凝结水自身的运用充足及时，但运营状态较为复杂，因而我们特别研制开发了高温凝结水回收装置，并建立必要的监控装置来保证系统灵活而可靠地运营。大量实际应用的效果表白，该系统既具有广泛的适应性，又需与现场情况紧密结合。本方案介绍了蒸汽（工艺用汽和采暖、伴热用汽）凝结水回收、解决系统的设计，重点是回收设备的综合技术经济比较，回收方案的优化。技术经济分析通过成本核算强调了在蒸汽系统中冷凝水回收，效益是十分可观的。关键词：凝结水：是由蒸汽通过做功、释放能量后形成的高品质去离子水，并蕴涵着大量的热能。但在石油化工领域，这部分水具有油类及少量的铁离子。减温减压塔：来自不同的蒸汽使用设备所产生的蒸汽凝结水具有不同的压力、温度，在进入集中回收系统之前需要均衡压力、温度，进入凝结水回收系统的温度根据系统的规定不应大于120，因此我们控制减温减压器出口凝结水温度为100105之间，操作压力0.2MPa。多路共网器；高效纤维过滤器；聚结除油；精密截阻除油；高温混床。一、前言水是人类和其他生命不可缺少的物质，凝结水是通过去离子精密解决的高温水，您可以想象出回收凝结水能给您带来什么收益吗？1、回收宝贵的水资源；2、回收凝结水的高温热量 、减少锅炉补给水、减少燃料消耗；3、回收软化解决过的高品质水、 减少锅炉补给水 、减少水解决成本、减少凝结水排放 、 减少公司排废水成本 、保护环境 、造福子孙后代；4、回收凝结水最高可提高蒸汽系统效率(减少蒸汽运营成本)20%！ ；回收凝结水是蒸汽系统优化中最基本的一步，是您最容易看到成效的一步，也是您比较容易实现的一步。这是从树立节能意识，到实行具体措施最经济的起步，投资回收期大都在一年内完毕，这是您为公司快速建功立业的项目！在石油炼化公司中凝结水回收运用的一个难点是，回收的凝结水中具有一定的油类物质或铁离子，使得回收的凝结水不能直接送回锅炉中再次使用，只有降级使用或排放，导致巨大的浪费。我公司通过和中石化工程公司（SEI）、中石化茂名乙烯、罗门哈斯、PALL、岛津、中国纺织科学研究院等单位的共同合作，开发出高温凝结水除油回收成套设备，目前这是一种比较先进的凝结水回收技术，在实现凝结水除油净化的同时可以保持凝结水的热能不受损失，系统耐温可以达成100，解决后的凝结水的含油量可以满足中压锅炉的规定（1.0mg/l），铁离子含量亦满足中压锅炉的规定（50ug/l）。 我们的系统中具有以下特种工艺：一）除油工艺采用特种聚结材料精密除油和截阻材料进行超精密除油 精密除油过程采用特种耐高温聚结材料，以类似萃取工艺原理，进行含油凝结水的破乳、富集、分离，使油得以除去的过程。出水油含量10mg/L。通过精密截阻材料解决的凝结水的含油量 1.0mg/L，过程连续循环进行，不需再生，并且亦不必降温解决。运营操作简朴，系统运营费用很低。 二）高温混床 蒸汽凝结水中铁离子含量一般小于200ug/L，这种离子高温混床，当铁离子在200ug/L以下时，一次可以连续运营月到23个月，出水指标可达50ug/L以下。即使冲击负荷到1000ug/L,亦可保证出水的指标规定。 您可以随时与我们联系征询有关方案和设备的信息，我公司的除油除铁装置为撬装式整体机组，涉及所有工艺设备和自动控制装备，并设有在中控室直接察看有关运营参数的工控机，将用户的现场设计和施工工作简化到最小。 二、密闭式凝结水回收系统工艺包密闭式凝结水回收系统指的是凝结水在回收运用的过程中不与大气接触的系统。一般来说，该系统处在高于大气压力的运营状态，因而明显体现出了优于开放式回收系统的节能效果和综合效益。闪蒸损失的大大减少和凝结水的及时输送，使凝结水自身的热量得到比较充足的运用；凝结水与空气的隔离状态使得水质保持较好的软化状态，减少除氧器的运营负荷，并使得回水管道和附件减轻腐蚀；系统的可靠运营同时带来整个供汽系统的平稳运营，既减少了热排放的环境污染，也减少了锅炉的负荷压力。该系统工艺由多路共网器、减温减压塔、高效纤维过滤器、多功能高效精密除油聚结器、多效复合聚结截阻精密除油过滤器、高温混床、在线油量监控和凝结水的输送、装置自控、配电系统等组成。PID具体见下图：2.1 工艺流程说明2.1.1、多路共网器本工艺定义：蒸汽凝结水来水压力0.8MPa为高压线0.50.7MPa为中压线0.4MPa为低压线由于炼化行业用汽设备不同，所产生的蒸汽凝结水的压力相差很大，一般情况下，使用高等级蒸汽的用汽设备后均有疏水器和闪蒸罐，通过闪蒸罐把高等级废热蒸汽转化成低等级的饱和蒸汽，闪蒸罐下通过疏水器排放凝结水，但这股水的压力仍然很高，而低等级用汽设备疏水器后的压力非常低，有时不到0.1MPa，这样存在系统疏水和输送水不畅的问题，根据不同级别的用汽设备，所产生的蒸汽凝结水的压力、温度相差很大。在用汽系统中，疏水器背压问题存在着-高压的疏水难，低压的输水难的问题。各种不同压力等级的蒸汽凝结水要共同进入回收系统，必须要均衡压力、温度、水质，假如不采用措施而直接把各股凝结水连接到一条管线上，必然会发生高压堵低压、高压串低压、低压疏不通、高压管路汽化导致水击等的现象，并使得低压凝结水无法输送。功能与作用：通过设立多路共网器，可以打通全厂的凝结水的疏水和输水问题，等于给低压水的输送增长了牵引力，消除了高压凝结水的管路汽化，消除了水击。其原理如下：2.1.2、减温减压塔功能与作用：1、 集中收集从各等级用汽设备输送过来的凝结水。2、 集中调整各级凝结水的温度压力，间接减少各级疏水器的背压，使疏水器的疏水和输水畅通。3、 通过安装在塔下部的在线油水界面仪告知操作人员用汽设备的油品泄露情况，并把事故状态泄露的油通过自动排油阀排出系统，减小对后续除油设备的冲击。凝结水回收减温减压塔由塔体、高效扑雾器和凝水分派器、油水界面仪、变频控制泵等部分组成，此塔按一类容器设计，由我单位提供设计条件图，资质单位设计制造，带有全套压力容器文献。除必要的凝结水进出口管口外，还设立液位显示输出、温度和压力指示以及安全阀等。高效扑雾器设计安装不锈钢筛板和填料层，通过喷入冷态去离子水，有效地减少余压并吸附乏汽，充足回收余热。 凝水分派器稳定高温水流，更有助于高温冷凝水无汽蚀状况下进入高温冷凝水泵。一般在每根回水罐或集水罐设回收冷凝水取样处，便于经常监测水质，防止意外发生。电气控制柜用于控制减温减压塔的自动运营。在减温减压塔上设有液位、温度、油水界面等变送器，自动控制塔内温度、油水截面、塔低液位。根据泵入口压力表的参数调整立式轴流泵的回流量，保证泵入口的汽蚀余量。 操作工可根据电控柜上仪表和信号灯简明掌握现场的液面，电机电流，电压，泵运营、凝结水供应等整个系统的各方面运营状况。现场不需设专人，只需司泵工定期巡检，并作加油等平常保全工作。设备参数：1、 填料的寿命为2023。2、 设备设计压力：0.6MPa。操作压力0.02MPa。3、 设备材质：304不锈钢。原理图如下：2.1.3、高效纤维过滤器1、功能与作用：去除凝结水中的悬浮颗粒、胶体油污。高效纤维过滤器采用束状长纤维丝作为过滤材料。我们应用的束状滤料是人工合成的聚丙稀纤维是一种不带有任何功能基团的高分子纤维材料，它过滤吸附水中的悬浮物以表面物理吸附为主。它具有做为滤料的特点是：a它具有足够的化学稳定性，过滤过程中没有发生任何溶解于过滤水的现象。b它具有比石英砂强度高得多的机械强度，无论反洗强度多高，它也不会发生破损和流失跑料。c由于纤维滤料的比表面积大，吸附能力强，其出水水质优于粒状滤料。滤料的作用在于具有吸附悬浮物的表面积，目前粒状滤料的粒径都是mm级，受其形状所限，再进一步缩小粒径是十分困难的。这样粒状滤料比表面积小的弱点较难突破，比表面积小，其吸附水中胶体杂质的性能弱，再进一步提高滤后水质就较难。束状纤维滤料突破了粒状滤料的粒径不能进一步缩小的限制，使滤料的直径达成了m级，这样大大地增长了滤料的比表面积。我们应用的束状纤维滤料的比表面积是石英砂的1.4倍，达成10600m2/m3，增长了水中悬浮固体与滤料的接触机会和滤料的吸附能力，从而提高了滤后水质。这不仅在于进一步减少水中悬浮物的含量，并且同时可以去除水中部分的有机物、胶体硅、细菌、病毒等。过滤是借滤料间的孔隙来贮存所截留的悬浮物固体。我们应用的束状纤维滤料的孔隙率是0.85，是一般常用石英砂孔隙率0.44的1.9倍。孔隙大，截污容量大，工作周期长。石英砂滤料的粒径为0.51.0mm时，未通过解决的水，其截污能力为0.51.0kg/m3，经石灰解决的水，其截污能力为0.52.0kg/m3，对于经混凝的水，为2.53.0kg/m3；而我们应用的束状纤维滤料其截污能力都超过了石英砂滤料的一倍以上。孔隙率大不仅可以提高截污容量，并且可以在并没有提高过滤阻力的同时提高了过滤速度。纤维滤料的使用寿命至少在4年以上，这就避免了砂滤料的经常填补和定期以新换旧的麻烦，可大大减轻人们的劳动强度和减少停水检修的时间。与传统的过滤器相比具有如下优点:a.过滤速度快，设计滤速为30m/h，在25-35m/h的滤速范围内均可保证良好的过滤效果；b.过滤精度高，原水经良好混凝后，对悬浮物的去除率可达80-90%；c.截污容量大，一般为5-10kg/m3滤料；d.占地面积省，一般为传统过滤方式占地面积的1/21/3；e.自用水耗低，仅为制水量的1-3%，一般情况下可用原水进行反洗。高效纤维束过滤器，是一种结构先进、性能优良的压力式无囊纤维过滤器，该设备操作简朴，无易损件，纤维密度的调节通过设备内部特殊装置巧妙地通过水力来调节，无需额外增长动力设备。2、重要性能参数表：直径项 目10001200150020232200250030003200过滤速度（m/h）30过滤水量（m3/h）24345394114147210240滤层厚度（mm）800设备净重（kg）14821741289014362537976541032813160运营载荷（kg）3980528688101561819097258723753244910滤层厚度（mm）1400设备净重（kg）1542174930254890570880261086513733运营载荷（kg）45116054100041654021706291874230850307最大操作压力（MPa）0.6MPa截污容量（kg/m3）510kg/m3过滤压头损失（MPa）运营初始入口、出口压差为0.020.04MPa；过滤失效时入口、出口压差一般0.10MPa，最大时不得超过0.2MPa。过滤精度（mg/L）过滤前水中悬浮物过滤后水中悬浮物20mg/L1.0mg/L20100mg/L5.0mg/L清洗操作压力（MPa）0.05MPa清洗强度（L/m2s）38L/m2s清洗空气压力（MPa）0.05MPa；最大不得超过0.10MPa清洗空气强度（L/m2s）6080L/m2s清洗时间（min）2030minGYXU-B型高效纤维过滤器重要性能及规范表3、运营工艺需过滤时，打开和，活动孔板3开始下降，靠原水压紧纤维，即可开始过滤。需反清洗时，关上、，打开、，活动孔板上升，纤维放松，反清洗开始。实践证明，纤维装填时各部位密度相等，不会产生偏流。4设备工艺图5设备的环境和安装1 水的温度应不低于1不高于100。2 设备中心轴对安装水平面的垂直度允差应不大于0.2:100。3 配套阀门安装前应认真检查，防止内部泄漏。4 罗茨风机与过滤器相连接的管路中应串联逆止阀，防止水倒流入机。6设备的调制与运营1 检查配套设备，罗茨风机、阀门、水泵、管路等是否正常。2 设备投入运营前应一方面进行反洗。按设备操作程序表的反洗程序启动阀门。连续保持反洗水流清洗3060分钟。这时在反清洗出水中会具有大量泡沫，这是由于纤维滤料表面吸附大量空气所至，大约半小时后泡沫会自行消失。此时可投入运营。3 设备投入运营后，滤料有一个活化的过程，经812小时后，过滤精度会逐步有所提高。7设备的清洗1 擦洗空气应不含油污及其它杂质。2 当设备运营一段时间后，出水水质下降或过滤阻力过大（压力降大于0.08Mp）就应当进行清洗，用户可根据具体情况拟定。3 设备重要的清洗方法为反洗，反洗的方式为气水联合反洗，反洗水流强度为1012Lsm2 ,擦洗空气强度60Lsm2，根据具体使用条件不同反洗连续时间会有一定差别，一般为30分钟左右，总的原则是观测反冼出水，当水流逐渐变清或近清水时反洗过程即可结束。4 设备通过反洗可获得良好的清洗效果，一般情况下均能满足运营需要。当对滤层清洁度有特殊需要时，可以在反洗之后再进行擦洗。反洗结束后，保持设备满水状态（滤层保持疏松状态），按表空气擦洗程序操作阀门。擦洗结束后，运用排气程序，将筒体内污水排除。8. 注意事项1 设备出厂前，己对设备的滤层进行了调整，用户一般不需要再自行调整。2 设备在长期运营中，在特定条件下也许会在纤维滤料表面积累吸附大量有机物、油类等。甚至会滋生微生物，导致设备运营阻力显著增大，过滤精度减少，出力减少，可用2NaOH浸泡24小时。3 设备停运期间应满水储存。4 设备最大工作压力应不大于0.6Mp。2.1.4、聚结器除油炼油厂、乙烯厂回收的凝结水含油量一般维持在1050mg/L。中压和低压锅炉进水油含量均规定1mg/L，因此凝结水除油是凝结水回收的关键。1、功能与作用特殊的亲油功能基团（罗门哈斯研制，经SEI、SINOPEC、PALL等单位改良），可以有效的去除水中的分散油、溶解油及乳化油。2、原理聚结滤料具有强大的亲油性，当油水混合物通过聚结滤料时，油分子被吸附在滤料的表面，大量的油分子在聚结滤料表面聚结变大，形成较大的油珠，通过浮力克服分子间力上浮，从而达成油水分离的效果。4、 聚结器主体结构（见图3.1.4-1.1）油水混合的凝结水从下进入聚结器，通过聚结滤料，分散油、溶解油、游离油、乳化油被形成大油滴在分离区通过不锈钢网层进行分层，在上部通过油水界面仪控制排放。5、聚结材料的主体化学构造6、使用工艺条件及应用实际指标The table below gives resules obtained in industrial plants , with flow rates between 5 and 20 m/h and temperatures between 20 and 100 . Hydrocarbon values were measured by infrared spectroscopy ( NF T 90203 ) .Type of feedSuspendedSoildsm/LHydrocarbons inelsionm/LInletOutletRefinery condensate510-2001Pumping station (mineral oil )510-2001Ballast water3020-15010Oil well water30100-50015Process water ( refinery , with sand pre-filter )30-10030-10010l Advantages of the processl Meets international reject specificationsl No moving partl High filtration flow rate l Small foot-printl Very high resistance of the coalescence stuff to attrition , chemical agents and temperature (up to 120 )l Long life of filtration medium l No chemical addition ,thus no change in water mineral content and no sludge l In coalescence mode (upflow),recovery of good quality hydrocarbons ,with less than 0.5% water)l Performance is independent from flow ratel Areas of applicationThe process is particularly useful in the following cases:l Pollution control l Recovery and recycling of the waste water ,e.g. boiler condensatel Recovery of the oily substance ,when this has a high value, e.g. in the perfume industryIt can be applied in several industries:Oil industryl Production : oil well water and re-injectionl Transport : ballast waterl Refining and distribution : process water,waste,boiler condensatesOther industriesl Metallurgy : workshop waste for certain metalsl Food industry : edible oil factoriesl Process limitations Parameter limit Risk if exceeded Suspended solids5 mg/L Clogging stuff bed Temperature 130 stuff degradation No detergents poor coalescence Paraffines disturb coalescence at low temperaturel Some referencesThese references are oil ,and should be checked and completedl Oil refinery Ambes ,France (condensate,20 m/h)l Petrochemical harbour Givors (waste, 20 m/h)l Port autonome de Brest (ballast water,250 m/h)l Other units in France (Elf Feyzin ,Gargenville)l Other units in Asia (Petronas ,Malaysia)l YPF , Argentinal Mao ming l Guangxi l Daqing 设备参数：1、 聚结滤料的寿命为4年。根据压差进行反洗。（差压不大于0.05MPa）2、 设备设计压力：0.6MPa。操作压力0.04MPa。3、 设备材质：304不锈钢。图3.1.4-1 12.1.5、多效复合聚结精密除油过滤器1、功能与作用蒸汽凝结水中含油组分复杂，其有机组成既有油类，又有醇类、醚类等极性烃类，而锅炉进水规定又非常严格，因此，设立精密除油过滤器是必须的。在此装置的下部，是精密聚结材料，上部出水口设立聚丙烯熔融喷丝（经表面活性剂活化解决，中国纺织科学研究院研制）过滤床层，经活化的聚丙烯熔融喷丝对油类具有非常强的吸附作用，因此，他对产品水起到了一个保护性过滤的作用。此设备的出水口设立在线的TOC（岛津公司生产，1拖4）表，监控系统的运营状况，当出水油含量超过1mg/L时，系统会自动停止运营并反洗。2、工艺见图3.1.5-011、 排油：由于此处油含量已经非常小，因此，此处为检查性的排油，一般每运营240小时检查一次。2、 聚丙烯熔融喷丝的运营寿命为9000小时，可通过人孔更换，注意，更换前必须降温，和用风吹扫。3、 聚结材料的寿命为4年。根据压差进行反洗。（差压不大于0.05MPa）4、 设备设计压力：0.6MPa。操作压力0.04MPa。5、 设备材质：304不锈钢。图3.1.5-01 12.1.6、高温混床功能与作用它的作用完全类似于普通的混床，不同之处是它可以在100的水温下运营。工艺见下图：3.1.6-1.1运营监控采用在线电导率表，当电导率大于10s/cm时人工切换到备用，然后进行再生。图3.1.6-1 1三、系统控制说明书自动化系统设计：控制系统严格按照化工行业标准规定，爆炸性环境运营标准GB3836.2-2023标准设计，做到控制系统在爆炸性环境中的安全、稳定、可靠的运营。3.1设计依据在蒸汽凝结水解决过程中规定整个系统必须安全、可靠运营，在工艺设备、仪表、电气自控系统、系统设计、软件设计等方面，系统的安全可靠性是我们考虑的第一原则。3.2控制原理本自控系统采用PLC+HMI（触摸屏）独立控制形式，运用现场HMI（触摸屏）实现整个设备工艺流程的监视及控制，生产的工艺过程自动控制采用就地单独控制的原则进行。3.3控制方式为保证蒸汽凝结水解决系统的安全运营，自控系统设立二级控制层：就地手动控制、现场PLC自动控制。就地手动控制是指通过设备本地控制箱手动控制设备的启动或关闭；现场控制是指由现场PLC执行自己的控制程序，完毕控制功能。3.4系统保障设备发生异常、故障或报警时，系统可自动切除相关故障设备或切换到现场手动操作方式，同时提供声光报警。3.5设备保护对运营工艺设备、仪表、电气自控系统设计保证其安全可靠运营的保护措施。对现场设备采用短路、过负荷、缺相、温度及接地保护；阀门电动机采用短路、过负荷、缺相及过力矩保护；仪表采用短路、缺相及接地保护等。四、系统配电说明书本蒸汽凝结水解决控制系统为独立控制系统，系统配电设计依据GB5005-95供配电系统设计规范，控制系统配电负荷等级为三级负荷，系统受控设备配电规定为220-380V电源，带电导体系统型式采用三相四线制。为保证蒸汽凝结水解决控制系统能连续运营，宜采用双电源供电方式。在正常情况下，两个供电电源采用一用一备的工作方式。主供电源出现故障时，供电系统可以自动切换至辅助电源继续供电，保证系统的连续运营。电缆敷设：电缆重要采用电缆沟、穿管及电缆桥架敷设方。五、回收设备技术经济分析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，可靠性规定较高，这就规定凝水回收设备安全，可靠，运营简便，稳定。5.1 回收设备技术分析长期以来，由于蒸汽疏水设备质量但是关或由于选型不妥，疏水阀安装上之后，不是疏水不畅，就是跑冒滴漏严重，成为公司的文明生产的严重隐患。不仅如此，在冷凝水回收系统中，还也许由于一些低质量的疏水阀有很高的泄漏率，往往会导致冷凝水回水管线压力过高，影响其它疏水阀的正常工作，导致凝结水不能输送，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。5.2节水分析根据经验，500万吨的炼油厂平均每年可回收凝结水80万吨。按照中国政府规定的工业用水平均价格大约为4.5元/吨，每年可节约取水资源费360万元。5.3节能分析在蒸汽系统中，最有效的节能方法是合理运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具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：1、节约化学水水解决费用把一吨自来水解决成可以进锅炉的化学水，每吨的水解决成本平均为3.8元（假如原水为海水解决成本将高达57元以上）。2、减少预热补水所节约的燃料/能源成本凝结水的来水温度平均在150，按照原水温度为50计算，他具有的热能折合原煤的价格为8元左右（需用20Kg煤，每吨煤400元）。3、减少污水解决所需费用和排污费假如凝结水不回收，只能按污水解决后排放，解决每吨污水的费用为1.1元，解决后排放，按照中国标准的排放收费标准为0.9元，综合两项为2元人民币。综合以上3项，回收凝结水每吨可节约的费用为3.8+8+2=13.8元按每年回收80万吨计算，节约的成本为13.8 80 =1104万元凝结水设备的运营费用约75万元（所有）综合5.1、5.3两项，每年的直接经济效益为1104+360-75=1389万元5.4、间接效益凝结水回收可减少蒸汽和凝结水的跑、冒、滴、漏，和废水排放等产生的污染。很明显，对于凝结水回收系统的效益和投资间存在着一定的关系，如何使项目在效益与投资中达成一个较为优化的点，是凝结水回收系统要考虑的热经济问题。通常，我们采用工程技术中常采用的投资回收年限来拟定项目投入的合理性和可行性。在综合考虑了凝结水回收项目的节能与经济问题后，一个回收系统的社会与经济效益往往是很显著的。随着世界能源日益紧张，节能工作越来越重要，凝结水回收作为一种重要的节能措施将会被越来越重视。又由于蒸汽能量的广泛应用，凝结水回收技术的不断完善和凝结水回收设备的研制开发，凝结水回收的节能效益将显得更为突出。六、回收总体方案建议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。