减少蒸汽伴热系统冷凝水排放量研究

李春峰 刘冬

（1.大庆油田有限责任公司储运销售分公司；2.大庆油田有限责任公司第二采油厂）

减少蒸汽伴热系统冷凝水排放量研究

李春峰1刘冬2

（1.大庆油田有限责任公司储运销售分公司；2.大庆油田有限责任公司第二采油厂）

在使用蒸汽锅炉对油库生产设施伴热及生活办公设施取暖时，库区一般布局分散，沿途热网管线的热损失大，使用蒸汽量多，凝结水量大。通过对蒸汽冷凝水排放的现状进行分析，指出了冷凝水水质不合格为冷凝水排放的主要原因。通过调查与分析，得出了影响冷凝水水质的因素，提出并通过实验验证了安装曝气射流装置、锰砂罐、安装除氧器、使用蒸汽管道保护剂可以有效地改善冷凝水水质从而减少冷凝水排放量。

蒸汽伴热系统；冷凝水；除氧器；管道保护剂

1 蒸汽冷凝水排放量现状

冷凝水的品质远高于软化水，接近纯水，是优质的热源给水，加以利用会明显减少锅炉燃料消耗。然而工业锅炉由于蒸汽品质易受污染，用汽设备及地点较为分散等原因，蒸汽冷凝水的回收有难度，特别是凝结水中铁离子含量较高，容易造成锅炉结垢，严重时会造成锅炉腐蚀，影响安全[1]。蒸汽锅炉普遍应用于油库生产设施伴热及生活办公设施取暖，由于库区布局分散，锅炉房距输油泵房、阀组间、储油罐区等生产区域较远，沿途热网管线的热损失大，导致凝结水排放量大，并且蒸汽冷凝水呈明显铁锈色，内有悬浮杂质，无法回收利用，只能排放。大庆油田南一油库1年冷凝水排放量达到了12 085 t，经调查该油库冷凝水排放原因占比如图1所示。

根据排放原因排列图，可以看出“冷凝水水质不合格”占影响冷凝水排放量的70.59%，是主要因素。

2 冷凝水水质不合格原因

对采用冷凝水过滤工艺流程的南三油库原水、锅炉水、蒸汽冷凝水进行化验，得出如下化验结果，见表1。

图1 影响冷凝水排放量排列

表1 南一油库锅炉水样化验结果

由化验结果可知冷凝水的pH值呈弱酸性，主要原因为低压锅炉用水一般不进行降碱处理，锅炉补给水中含有碳酸氢盐，碳酸氢根进入锅炉后分解生成的CO2气体随着蒸汽一起进入蒸汽管网，溶解到蒸汽冷凝水中就形成碳酸，使蒸汽冷凝水呈弱酸性。由表1可知锅炉水氯根含量较来水氯根含量明显升高。氯根形成主要原因为在锅炉运行时，随给水带入的氯离子既不会挥发，也不会呈固体析出，随着运行时间的增长，如果不采取一定措施，锅炉水中的氯根就会不断增多[2]。

锅炉排放的冷凝水的颜色为砖红色，分析可以推断蒸汽回水管线内部发生了酸腐蚀和氧腐蚀，产生大量铁的氧化物，蒸汽冷凝水中含有CO2气体和溶解氧。由于低于10 t/h的蒸汽锅炉用水一般不进行除氧处理，给水中的溶解氧进入锅炉，随着蒸汽一起带出，热量释放后溶解到蒸汽冷凝水中。若蒸汽冷凝水回收系统不密闭，空气中的溶解氧也会溶解到冷凝水中，进一步增加蒸汽冷凝水中溶解氧的含量。

3 提高冷凝水水质方法

3.1 安装水质过滤处理装置

具体包括曝气射流装置、锰砂罐、除氧器。在南一油库总来水处增设锰砂滤罐及曝气设备，除去水中的CO2和铁离子，同时通过除氧器除去生水中的氧气，改善蒸汽冷凝水水质。在一定压力下，将水加热至饱和状态。如果液面上气相中凝结气体的分压力小于其平衡压力，气体会在不平衡压差作用下离析出来[3]。该方案投入使用后，冷凝水颜色恢复正常，生水中CO2、铁离子都达到标准（表2）。

表2 安装水质过滤设备前后对比

3.2 采用蒸汽管道专用保护剂

针对蒸汽冷凝水水质差的原因，采用蒸汽管道保护剂，其主要成分为化学肼和肟的混合物（化学式为N2H4·H2O），能迅速消耗掉给水中的溶解氧和腐蚀性气体，有较强的还原性，能将水中的三价铁还原成低价铁甚至纯铁。同时它能够提高冷凝回水的pH值，减少管线内部腐蚀产物，其中的肟类成分可在蒸汽管道表面形成钝化膜，废液无毒且污染较小，能够阻止腐蚀的发生。

1）为证实管道保护剂的实际使用效果，进行了对比实验。通过实验对比自来水、蒸汽冷凝水、保护剂溶液对金属的腐蚀性。实验方法为将三段同样材质的管线放入三种溶液中。8个月后，发现自来水、冷凝水瓶内的管线腐蚀较严重，管线表面布满腐蚀产物，尤其是冷凝水容器底部出现砖红色沉淀。而保护剂水溶液中的管线表面仅有少量砖红色斑点腐蚀，瓶底部出现少量絮状沉淀。

2）为确定管道保护剂的实际应用效果，在南一油库锅炉岗开展了现场实验。在反复考察锅炉上水流程及蒸汽流程后，选择软化水箱作为药液加注点。药液加注到软化水箱中，与软化水充分混合后，通过给水泵进入锅炉，再随蒸汽进入管网。每2 h对蒸汽回水取样化验，观察水质变化情况，记录化验数据。对锅炉水pH值、碱度、氯根等数据的进行监测（表3）。

表3 蒸汽伴热回水化验结果对比

水箱加注药液8 h后，蒸汽伴热回水颜色变为无色透明，pH值显著提高，全铁含量下降。专业检测化验机构报告显示，加注药液后的蒸汽回水、锅炉水各项指标均符合锅炉运行标准，蒸汽冷凝水可以回收再利用。

4 效益分析

经过改造后，锅炉用水平均每天减少61 t。在1个采暖期内，锅炉节约水量10 980 m3。蒸汽回水回收利用后，高温补给水进入锅炉，大大降低了锅炉天然气消耗量。同等工况下日节省天然气约1908 m3。

由于蒸汽冷凝水全部回收利用，软化水的消耗量减少，树脂罐的处理水量就相应减少，树脂罐清洗周期由原来的3天延长至10天左右，年节省工业盐用量34 t。

蒸汽管道保护剂投用后，可以在管道内壁上形成一层钝化膜，减缓管道的腐蚀，延长管线使用寿命。以往南一油库蒸汽管网每4年需全部更换一次，费用约为750万元。使用蒸汽管线保护剂后，使用周期预计可以延长为8～10年。

5 结论

蒸汽冷凝水水质问题是企业面临的一个普遍问题，很多工厂、车间都存在蒸汽冷凝水水质不合格、不能回收利用的现象，造成能源资源大量浪费。大庆油田南一油库采用冷凝水处理措施后，经济效益可观，社会效益显著。如果冷凝水过滤工艺流程和蒸汽管网加注保护剂相结合的方法得以推广使用，企业能够实现资源、能源的低耗高效利用。

[1]李长林，张文品.锅炉蒸汽冷凝水回收利用方法[J].科协论坛（下半月），2009（10）：82-83.

[2]徐虹.锅水氯根忽高忽低的原因分析及解决办法[J].中国井矿盐，2005，36（1）：36-38.

[3]李桂龙.几种除氧器除氧效果的分析[J].电力建设，2004，25（4）：44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.01.002

2016-07-04

（编辑 巩亚清）

李春峰，2010年毕业于黑龙江科技学院（电气工程及自动化专业），从事油气田储运、油气集输管理工作，E-mail：gaoy0459@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆市让胡路区乘风庄马鞍山储运销售分公司南一油库，163000。