冷凝水回收系统换热效果差原因分析及对策

陶卫君

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003）

0 引言

克拉玛依石化公司对全厂各个装置的蒸汽冷凝水按照含油和无油分类回收、统一换热、处理、再利用。其中无油冷凝回水先与新水换热，再进行除氧后作为热电厂锅炉给水；含油冷凝水先与新水换热，再进行除油后作为常温软化水用于各装置工艺注水、湿式空冷器喷淋用水等。换热后新水进入化学除盐系统离子交换器除盐作为锅炉补给水。无油冷凝回水和含油冷凝水与新水换热的是2台板式换热器，其中含油冷凝水与新水换热的2#板式换热器投运后换热效果一直不理想。

1 板式换热器参数及存在的问题

1.1 板式换热器参数

无油和含油冷凝水与新水换热的2台换热器均为北京华都换热设备厂生产的板式换热器，主要性能参数：型号H200-0.8M-120 m2，负荷3000 kW，冷凝水进/出口温度80℃/60℃，新水进/出口温度20℃/45℃，板片数量146片，单片换热面积0.82 m2，热交换面积120 m2，设计压力1.6 MPa，设计温度150℃，板片材料SUS304，密封垫材料丁晴橡胶。该板式换热器采用简单夹紧式框架结构和U形流程组合，2种流体进行全逆流换热。

1.2 存在问题

（1）换热效果差，冷凝水热量无法回收。含油冷凝水与新水换热的2#板式换热器投用后不到3个月，换热效果开始变差，换热后冷凝水侧出口温度从约60℃升高到75℃，仅比进口低约5℃，远达不到设计的换热效果。换热效果变差带来两个直接后果，一是含油冷凝水热量无法回收，造成含油冷凝水热量浪费；二是含油冷凝水换热后温度偏高，作为常温软化水用于湿式空冷器喷淋用水，对空冷器安全运行很不利。

（2）新水侧流量小、进出口压差大。2#板式换热器新水侧流量明显降低，对新水侧进口过滤器进行检查、清理后，新水流量仍然小。该板式换热器设计新水侧流量为120 t/h，但根据测算实际新水流量仅约为40 t/h，远远低于设计值。新水侧的进出口压差从刚开始投运时的（0.01～0.02）MPa增到约0.15 MPa。

2 原因分析

2.1 新水侧结垢严重，堵塞通道

（1）根据2#板式换热器新水侧流量降低、进出口压差增大、冷凝水侧出口温度升高等现象，判断是2#板式换热器新水侧板片间通道堵塞导致换热效果不理想。经检测，与含油冷凝水换热的新水硬度比较高，钙、镁离子含量最高接近200 mg/L，含油冷凝水温度又比较高，最高达到95℃。新水与含油冷凝水换热后温度升高，易在新水侧板片间通道内形成水垢，再加上板式换热器换热通道非常狭窄，水垢进一步缩小了换热通道，使得新水通流量降低、进出口压差增大。由于水垢的导热系数远低于不锈钢板片的导热系数，因此大大降低了换热器板片的传热效率。

（2）热电厂内的新水管道使用年限比较长，管壁生锈严重。尤其是新水中断重新投用后，管壁上大量铁锈泥垢随着新水进入与换热器板片表面的水垢结合，形成巧克力色的水垢片（图 1），严重堵塞换热通道，造成换热器换热效率降低。

2.2 含油冷凝水侧油垢影响换热效率

含油冷凝水汇集了全厂数十个装置的蒸汽冷凝水，成分复杂，各类油品泄漏进入冷凝水时有发生，尤其是沥青胶质类稠油随着冷凝水进入换热器，易在换热器板片表面形成黏稠的油垢（图2），虽然不会堵塞换热通道，但大大降低了板片换热系数，影响换热效率。

图1 新水侧板片间水垢

3 板式换热器解体清洗及效果

3.1 解体清洗步骤

（1）拆卸板片。拆卸板片前，先测量好板片两端压紧板之间的距离值，然后用扳手将夹紧螺母按照对角交叉的顺序分组均匀松动，逐步卸去每组夹紧螺杆载荷，最后把板片移到上导杆缺口处取出，并记录板片的排列顺序号。

（2）清洗、检查板片。对2#板式换热器解体后发现，新水侧板片间积存了大量的巧克力色的水垢，已将通道堵塞。板片拆卸过程中大部分水垢即自行脱落，对板片上剩余水垢采用人工用不锈钢清洁球和清水刷洗，以保证板片表面的清洁干净。

（3）清洗密封槽、更换密封垫。从密封槽中提出旧的垫片，彻底清洗密封槽，含油冷凝水侧槽内油垢可以用刷子沾溶剂丙酮擦洗。清洗干净并擦干后按照原来的密封形式更换新的密封垫片。

（4）组装板片。按拆下时记录的板片排列顺序号依次将板片排列好，然后按规定的顺序均匀对角拧紧螺栓，以保持板片的平行状态，直到拧紧到固定板和活动版之间的距离达到解体前所测量的距离值。

（5）液压试验。板式换热器组装后要进行液压试验，液压试验要按新水侧和含油冷凝水侧分别进行，缓慢升压至工作压力的1.25倍，保持30 min无泄漏、掉压现象为合格。

3.2 解体清洗后运行效果

通过解体清洗，2#板式换热器的换热效果基本恢复，含油冷凝水侧出口温度降到约60℃，基本达到设计值，新水侧进出口压差恢复到（0.01～0.02）MPa。但解体清洗后不到3个月，2#板式换热器又出现换热效果变差、新水侧流量小、进出口压差大等现象，再次解体清洗。之后2#板式换热器正常运行周期越来越短，而且解体清洗后板片间的密封垫现场粘贴质量不好，密封效果不理想，运行时有内、外泄漏现象，已经影响到2#板式换热器的正常运行。

4 更换管壳式换热器及效果

4.1 更换管壳式换热器型号

鉴于板式换热器本身存在换热通道狭窄，新水侧易结垢堵塞换热通道，导致含油冷凝水与新水换热效果差，而且频繁的解体拆洗导致密封垫泄漏严重，决定将2#板式换热器更换为无锡鼎邦换热设备有限公司生产的BES800-1.6-160-6/25-4型管壳式换热器，主要性能参数，见表1。

4.2 换热器换型后运行效果

管壳式换热器投运后，含油冷凝水与新水换热效果比较好，含油冷凝水换热后温度稳定在（60～65）℃，新水换热后温度稳定在（40～45）℃，而且新水侧进出口压差一直＜0.02 MPa。

5 结论

板式换热器虽然传热系数比较高，但由于换热通道狭窄，新水侧易结垢导致通流量减少，进出口压差大，需要频繁解体清洗换热器，实际换热效果并不理想。更换为管壳式换热器之后，尽管传热系数下降，但是管程新水换热通道较大，不易堵塞，含油冷凝水与新水实际换热效果比较好，既充分回收了含油冷凝水的热量，又有利于湿式空冷器的安全经济运行。

表1 管壳式换热器主要性能参数