间冷闭式循环水系统稳压脱气装置设计分析

张俊丽

摘 要 随着我国经济的快速发展，工业用水的需求量逐年增加，在化学工业生产用水中，冷却水的用量占60%～70%以上，这就对工业冷却用水的循环利用提出了更高的要求。采用密闭式循环水系统，设备和管道不易腐蚀，可以提高设备和管道的使用寿命，满足工艺系统长期安全稳定运行的要求，从而达到保护环境、安全生产和节约资源的目的。

关键词 闭式循环水系统;稳压脱气;压力检测;温度控制

间冷闭式循环冷却水系统，是指被冷却介质与循环冷却水采用间接传热且冷却介质与循环冷却水也采用间接传热的循环冷却水系统。由于闭式循环冷却水系统利用了回水背压，冷却水在管道内完全密闭循环，不与大气接触，且内部循环水为脱盐水，其水质不受周围环境的影响，管道和设备不易腐蚀，系统具有节水、节能、延长设备使用寿命等特点。下文主要针对间冷闭式循环冷却水系统进行分析论述。

根据《化学工业循环冷却水系统设计规范》  GB50648-2011中3.1.7条及《工业循环冷却水处理设计规范》GB/T50050-2017中3.2.5条规定，间冷闭式系统的膨胀罐应具有氮气自动调压、水位监测、自动补水与泄水以及防止空气进入水系统等功能[1]。其中膨胀罐的功能是吸收系统因温度变化而产生的膨胀量，避免系统压力急剧变化，减少安全阀的泄压次数和自动补水阀的补水次数。

以常规电石项目为例，间冷闭式循环水系统主要有闭式冷却塔（铜质盘管）、循环水泵、水分配器、冷却元件、集水器、脱气罐、稳压罐等组成。其工作流程为：循环水经水泵加压后直接送往电炉换热设备，与被冷却设备换热后的循环水经脱气稳压处理后利用余压进入闭式冷却塔，冷却后循环水直接进入循环水泵再次送往电炉换热设备，如此往复循环。

在整个运行过程中系统是密闭循环的，水质不受外界污染。为稳定系统压力和控制系统补充水及排出系统中产生气体，设有稳压罐和脱气罐。稳压罐除了承受系统中冷却介质热膨胀及收缩功能以外，其重要作用是：整个密闭冷却系统的水位控制、溢流阀控制、分离气体的排放、罐体安全压力控制、超压阀控制以及N2气压力控制等功能。

以内蒙某电石项目为例，循环水系统稳压脱气装置主要有以下作用：

1消除系统中的气体

循环水系统内气体能否及时排放，是系统压力、流量稳定的关键因素。由于循环冷却水经过换热设备后，回水管路中的温度较高，当回水管路出现U型时，最高点处容易出现集气从而产生气阻现象，影响冷却元件的冷却效果，若产生汽化现象严重时会对冷却元件及管路破坏，造成更大的安全事故。故在设计中需将循环冷却水系统的回水管路布置成一定坡度，使回水向上流动，以便于气体排出。针对此原则，将每组冷却单元回水集水器安装标高高于给水分配器，脱气罐、稳压罐安装标高高于回水集水器。

经过换热设备的循环水通过电石炉车间内各集水器将循环回水沿一定坡度汇集至回水总管，后进入脱气罐。脱气罐采用卧式储罐，罐体设置气包、排气管口、排水口等。由于循环水从回水管进入脱气罐时，管径突然变大，冷却水流速急剧降低，从而使循环冷却水中所含气体分离溢出，气体聚集在脱气罐顶部的气包内，并通过气包顶部的排气管排至稳压罐内分离气体后排放，达到脱气的目的。

2稳定系统压力

稳压罐是整个循环冷却水系统压力检测和控制主要设备。为了保持密闭冷却系统稳定的压力，在罐顶设有压力检测，用于检测罐内气体压力。当稳压罐液位下降时，稳压罐顶部连锁打开补气阀进行充氮加压;当罐内压力达到目标压力值时，自动关闭补气阀;液位上升时，自动打开排气阀，罐内压力达到目标压力值时，自动关闭排气阀，以此维持罐内压力稳定，保持系统压力稳定。

为了避免密闭冷却系统与大气中的氧接触，稳压罐用氮气补压。同时充氮管线上配有减压阀、止回阀及气动球阀，以保证补充氮气压力稳定在一定范围内，并防止氮气通过管路回流。为防止稳压罐罐顶压力过高，设有气动阀门连锁进行排气。

3控制系统温度

在电石炉生产过程中，需要严格控制并掌握循环水系统的回水温度，以此来判断系统是否正常运行。因此，在循环冷却单元重要冷却元件的回水支管上均设有流量计，其控制系统需记录各个冷却单元的出水支管密闭冷却水的流量和温度曲线;当冷却元件的回水支管密闭冷却水的流量和温度曲线与正常生产过程有偏离时，或有突变的情况时，说明电石炉冷却对象局部过热或有冷却水渗漏等非正常炉况出现，这时，电石炉操作室会发出报警信号，预警操作人员注意炉况，检查回水集水器以及回水支管压力情况，避免密闭冷却水泄漏事故的发生。

4系统自动补水功能的设计

稳压罐内设置液位测量装置（可采用音叉液位计），用于罐内液位监控。液位计从上至下设有超高、高、补水、低、超低5个水位，稳压罐液位信号同时与循环水系统补充水泵的启停信号及补水管上气动蝶阀进行连锁，保证及时发现系统泄漏，并自动补水。其功能说明如下：

当稳压罐液位超高时，关闭补水阀、打开排水阀，待罐内液位恢复到正常水位后，关闭排水阀;当罐内液位高时，关闭补水阀;当罐内液位达到补水液位时，启动一台补水泵、打开补水阀;当罐内液位过低时，打开第二台补水泵、打开补水阀，同时在循环水站操作室报警;当罐内液位超低时，同时启动第3台补水泵，打开补水阀，同时在循环水操作室、电石炉操作室报警，立即检查密闭冷却系统和补水系统。

5保障系统安全

由于电石生产过程中严禁遇水，为了随时检测循环水系统水流的情况和快速查出事故时漏水的管道，需在电石炉系统的各个水分配器和集水器总进、回水管上分别安装流量计，当冷却元件进/出水总管流量偏差异常时，电石炉操作室发出报警信号，即可判断该冷却单元是否有水泄露情况发生。

为了安全起见，稳压罐内设置液位测量装置，液位测量装置安装在稳压罐测量筒上，监控几个关键液位高度，通过稳压罐液位的变化可以快速发现系统的泄漏情况，并可以在实际运行中通过泄漏量和泄露速度设定不同的级别，来判定并采取相应的保护安全生产措施（如电石炉跳闸保护、循环水补水、补气等），同时控制补水系统进行补水。

6结束语

想要解决闭式循环冷却水系统中所存在的问题，充分发挥稳压脱气装置的作用，更好地为工艺装置服务，保证项目的安全生产，必须要从实际出发，考慮到各种问题的实际情况，并通过对现场实际情况的勘察，提供相应的预防措施与解决方案，从而实现闭式循环水系统安全、稳定运行。

参考文献

[1] 化学工业循环冷却水系统设计规范：GB50648-2011[S].北京：中国计划出版社，2011.