化工除氧站技术改造

郭金海

(山西晋煤华昱煤化工有限责任公司，山西晋城 048000)

山西晋煤华昱煤化工有限责任公司(简称晋煤华昱公司)年产120万t甲醇、50万t清洁燃料装置的除氧站工段由航天长征化学工程设计院设计。除氧站工段的主要任务是将脱盐水站送来的冷脱盐水、变换工段送来的热脱盐水、锅炉送来的热脱盐水等经过除氧器除氧(氧质量浓度控制在7×10-9mg/L以下)并调节pH在8.0～9.2后[1]，通过锅炉给水泵以不同压力等级送往各个废热锅炉、减温减压器及锅炉系统等。

1 工艺流程

除氧站有4台除氧器，以除氧器DE28001A为例,脱盐水站供出的35 ℃合格脱盐水一部分由脱盐水液位调节阀(LV-281002A)调节液位后与锅炉冷渣机装置送来的65～95 ℃热脱盐水混合后从除氧器除氧头顶部进入除氧塔，经旋膜喷水装置喷出落至下部的填料上;另一部分脱盐水经过变换加热器加热至104 ℃由热脱盐水液位调节阀(LV-281003A)调节后进入除氧塔。2次进入除氧塔的脱盐水从上向下流动与除氧器压力调节阀(PV-281001A)来的加热蒸汽逆流接触换热,除去98%(体积分数)的游离氧后进入给水箱，水温被加热至141.7 ℃后通过1道下水阀进入低压给水母管:一部分经过高压锅炉给水泵(P-2801A、P-2801B、P-2802A、P-2802B、P-2802S)升压至15 MPa后经过高加水预热器(E-20104、E-20204)加热至195 ℃后，分别去变换汽包(V-20101、V-20201)、硫回收汽包和锅炉车间；一部分经过3台次高压锅炉给水泵(P-2803A、P-2803B、P-2803S)升压至6.8 MPa后分别供应低温甲醇洗工段、合成汽包及气化汽包用水；一部分经过3台中压锅炉给水泵(P-2804A、P-2804B、P-2804S)升压至4.8 MPa后向变换洗氨塔和合成油车间废热锅炉供水；一部分经过3台低压锅炉水泵(P-2805A、P-2805B、P-2805S)升压至1.6 MPa 向变换低压蒸汽发生器(E-20101、E-20201)供水。

0.5 MPa饱和蒸汽分为三路进入除氧器：一路DN80的管道直接进入除氧塔，一路为主加热蒸汽经除氧水箱后进入除氧塔，一路作为水箱再沸腾加热蒸汽。将给水的温度加热至除氧器工作压力下的饱和温度，根据水中溶解氧量与液面上氧的分压力成比例的性质，使除氧器中给水液面上的氧的分压力为0，从而除去给水中的溶解氧，由除氧塔顶部的排汽管道排出。

脱盐水除氧站原设置1套联氨和吗啉加药装置，分别加在4台除氧器出水管上。设置1套在线分析取样装置，主要检测除氧给水电导率、pH、氧含量等，取样点分别设在热脱盐水母管、除氧器出口管上。

2 技术改造及成果

2.1 锅炉水泵机封冷却水由循环水改为脱盐水

除氧站14台锅炉给水泵(高压锅炉给水泵、次高压锅炉给水泵、中压锅炉给水泵和低压锅炉给水泵)的机封冷却管为蛇形管，141.7 ℃的机封冲洗水由泵出口管引出走DN10蛇形管的内管，经冷却到40 ℃后进入机封系统，冷却水循环水走蛇形管内外管之间的环隙进行冷却降温[2]。为了防止由于蛇形管内结晶堵塞而影响给水泵的正常运行,在施工阶段就把高压锅炉给水泵、次高压锅炉给水泵、中压锅炉给水泵的机封冷却水改为脱盐水，换热后的脱盐水进入4台除氧器，这样不但避免了蛇形管堵塞，还回收了一部分热量；由于低压锅炉给水泵对系统影响较小而未进行机封冷却水的改造，在随后的开车运行过程中改造后的机封水经脱盐水冷却后温度一直都是40 ℃，而未改造的低压锅炉给水泵的机封水冷却后温度为100 ℃，运行3个月后冷却效果日益变差，锅炉水的温度为141.7 ℃，冷却后的机封水温度为138 ℃，最后循环水在蛇形管内堵死。

在检修的过程中拆下蛇形管，内外管环隙被白色的固体结晶物堵死，经分析为循环水高温结垢生成的碳酸钙和碳酸镁；决定把蛇形管冷却改造为水浴冷却，改造冷却后机封冲洗水温度降到了80 ℃左右。目前这14台锅炉给水泵运行稳定，尤其是机封冷却水改造为脱盐水的11台给水泵，运行1 年多从未更换过机封系统。

2.2 取消化学除氧剂

为了保证锅炉水中氧的质量浓度低于7×10-9mg/L，原设计在除氧器出口管加入联氨(质量流量约150 kg/d，4台锅炉满负荷运行)，运行1年需要加入联氨约49.5 t。由于联氨有毒，具有强烈的侵蚀性[3]，对皮肤、眼睛、肝脏有损害，经考察后改为无毒的二甲基酮肟。2019年4月去潞安煤制油公司进行考察，其化工除氧器在不加化学除氧剂的情况下锅炉水中的氧质量浓度基本都在1×10-9～2×10-9mg/L，考察回来后晋煤华昱公司开始逐步减少二甲基酮肟的加入量，直至完全取消二甲基酮肟的加入，4台除氧器出口的氧质量浓度都在4×10-9mg/L以下，目前运行了1年多锅炉水中氧含量一直合格，只有在开停车的过程中没有低压蒸汽的情况下加入少量的二甲基酮肟。二甲基酮肟按2万元/t计算，改造后每年可节约运行费用约100万元。

2.3 调节锅炉水pH由吗啉改为氨水

为了控制锅炉水的pH在8.0～9.2[4]，原设计在除氧器的出口管加吗啉,质量流量约为250 kg/d(4台锅炉满负荷运行)，运行1年需要加入吗啉约82.5 t。运行5个月后去潞安煤制油公司进行考察，发现该公司用价格低廉的20%(质量分数)左右的氨水进行除氧站pH调节；考察回来后晋煤华昱公司也开始尝试加氨水以代替吗啉。氨水从外车间运入，经过十几天的尝试后发现加氨水调节pH也能满足工艺要求；随后从氨水制备工段(属于热电车间)引1条DN25氨水管线到除氧站加药罐顶部，氨水质量分数为15%，经过脱盐水稀释到1.5%左右后加入除氧器出口管，目前已经稳定运行了1年多，锅炉水的pH一直控制在9.0左右。吗啉按2.1万元/t计算，改造后每年可节约运行费用约160万元。

2.4 次高压锅炉给水泵入口加磷酸三钠

随着系统负荷的加大合成废热锅炉的蒸发量越来越大，3台气化炉运行时合成废锅锅炉水质量流量为180 t/h(75%负荷)，4台气化炉运行时合成废锅锅炉水质量流量为250 t/h(100%负荷)。2019年6月在对合成废热锅炉排污进行分析时发现pH最低达到了5.44，排污水中的铁离子质量浓度高达2.59 mg/L，对其他废热锅炉排污分析未发现pH明显偏低;分析原因为蒸发量太大，在高温下氨水分解以气氨的形式随蒸汽流失导致氨水调节pH的能力下降。经研究讨论决定在次高压锅炉给水泵的入口加1条DN20加药管线，利用闲置的联氨加药系统加入磷酸三钠。加入磷酸三钠后合成废热锅炉的排污分析明显改善，运行半年多来pH一直维持在9.0左右，排污水中铁离子质量浓度低于0.5 mg/L；为甲醇合成塔及废热锅炉的安全稳定运行提供了有力的水质保障。

3 结语

晋煤华昱公司除氧站工段自2017年12月投运以来至今已运行3年多，经过多次的技术改造和优化目前基本实现了安全、稳定、长周期运行，各项指标满足高负荷运行的要求。改造后每年节约运行费用约260万元。在运行过程中的技术改造和技术优化为同类装置及相似装置的工艺路线的选择提供参考和依据，同时也为其他企业除氧站装置的试车、开车提供了值得借鉴经验。