蒸汽冷凝水自动回收系统的研究

郭盼春 金华 刘军 刘志威

摘 要：在化工生產过程中，蒸汽冷凝水回收是重要的节能技术之一，重点介绍了蒸汽冷凝水自动回收系统的工作原理、系统构成及其控制方法。该系统配置简单、操作方便、运行稳定，采用压缩气体代替常规的动力设备作为动力源输送冷凝水，解决了动力设备气蚀和管道腐蚀的问题。

关键词：蒸汽冷凝水;回收;自动控制

蒸汽作为一种能源在各行各业中被广泛应用，如在发电、石油、化工、印染、造纸、轻纺、酿造、橡胶、制陶等工业领域。蒸汽多用作热源，通常用气设备仅利用蒸汽的潜热和少量的显热[1]。潜热和少量显热的蒸汽还原成高温的冷凝水，而冷凝水所具有的热量占蒸汽总热量的20%～30%，且冷凝水的压力、温度越高，所具有的热量也就越多，将这部分热量回收利用可获得很大的节能效益。

目前，国内外主要采用两种蒸汽冷凝水回收装置，即开放式冷凝水回收装置和密闭式冷凝水回收装置。开放式冷凝水回收装置是把蒸汽冷凝水通过管道集中回收到闪蒸槽或一个敞口的地下槽中，大量的二次蒸汽排空，冷凝水降温后用泵输入软水箱，作为制纯水或锅炉补给水，回收水温低于100 ℃，水泵易产生气蚀，冷凝水回收能效低[2]。这种系统的优点是设备简单、操作方便、初始投资少，但是系统占地面积大，所得的经济效益差，对环境的污染较大，且由于冷凝水直接与大气接触，冷凝水中的溶氧浓度增加，易造成管道腐蚀。密闭式冷凝水回收装置即通过密闭式疏水器和管道，将冷凝水收集到密闭水罐中，再通过气水分离器，将二次蒸汽与饱和冷凝水分离，使其在密闭的水罐内保持一定的空间，与冷凝水保持相对稳定状态，然后利用水泵将冷凝水输出[2-3]。密闭式冷凝水回收装置因克服了开放式冷凝水回收装置与大气接触的缺陷，避免了冷凝水输送过程中的氧腐蚀，并得到了广泛应用。但该装置能耗大且初始投资高。

在一般的蒸汽冷凝水回收装置中，在输送饱和状态的冷凝水时，采用的离心泵易产生气蚀，损坏泵的叶轮无法正常工作。当水温超过80 ℃时，就要在离心泵的入口处增加正压头或将水箱架高以防气蚀[4]，但由于水箱高架，冷凝水需爬高，回水不畅，且安装、维修、运行不便。考虑到寒冷地区的特点及现有技术存在的不足，新疆天智辰业化工有限公司开发出一套无需动力设备、自动化程度高、配置简单、操作方便的冷凝水回收装置，本研究简要介绍了该装置的工作原理、主要特点等情况。

1 蒸汽冷凝水自动回收系统的工作流程及原理

外界的蒸汽冷凝水先进入冷凝水收集罐，其中产生的二次蒸汽进入不凝气冷却器，通过空气冷凝后流回冷凝水收集罐，换热后的空气则由排气口排至大气中;冷凝水收集罐中的冷凝水通过液位差产生的势能，经止逆阀Ⅰ流入冷凝水输送罐中;当高液位开关检测到冷凝水输送罐液位到达高位时，发送信号至控制箱，控制阀Ⅰ打开，控制阀Ⅱ关闭，在压缩气体的加压下，冷凝水经止逆阀Ⅱ从冷凝水输送罐排出;当低液位开关检测到冷凝水输送罐液位到达低位时，发送信号至控制箱，控制阀Ⅰ关闭，控制阀Ⅱ打开，冷凝水输送罐中少量不凝气经控制阀Ⅱ送至不凝气冷却器，利用空气冷凝后，又流回冷凝水收集罐;冷凝水收集罐中的蒸汽冷凝水通过液位差产生的势能，经止逆阀Ⅰ流入冷凝水输送罐进行下一轮循环。工作流程如图1所示。

2 蒸汽冷凝水自动回收系统的构成

蒸汽冷凝水自动回收系统包括依次连接的不凝气冷却器、冷凝水收集罐、止逆阀Ⅰ、冷凝水输送罐、止逆阀Ⅱ、低液位开关、高液位开关、控制阀Ⅰ、控制阀Ⅱ和控制箱。

在蒸汽冷凝水自动回收系统中，不凝气冷却器、冷凝水收集罐、冷凝水输送罐按上述顺序从高到低安装。不凝气冷却器中的换热管采用竖向分布，利用空气对换热管中的二次蒸汽进行冷凝。冷凝水收集罐呈筒状水平放置，可根据冷凝水的去向和用途并连多个冷凝水输送罐。冷凝水是在压缩气体加压的作用下从冷凝水输送罐送出，压缩气体需选用不溶或难溶于蒸汽冷凝水的气体，且压力大于冷凝水输送罐中冷凝水的压力。

3 蒸汽冷凝水自动回收系统的控制方法

蒸汽冷凝水自动回收系统无需使用离心泵等动力设备，整个输送过程可实现自动控制。通常，自动控制可通过DCS、PLC、单片机等方法实现。本研究所述的蒸汽冷凝水自动回收系统，采用继电器分别对控制阀进行开启和关闭的自动控制，继电器成本低且维护方便。

以下是该系统自动回收蒸汽冷凝水的步骤。

（1）冷凝水收集罐积液。冷凝水通过管道，从用气设备输送至冷凝水收集罐。

（2）冷凝水输送罐进液。冷凝水收集罐的液位达到一定高度时，冷凝水通过液位差产生的势能流入冷凝水输送罐。

（3）冷凝水输送罐排液。当冷凝水输送罐的液位达到高位时，高液位开关上限信号SH闭合，继电器K1通电，触点S1闭合实现自锁，S2闭合使继电器K2通电，S3闭合，S4断开，控制阀V1打开，V2关闭。在压缩气体加压的作用下，冷凝水从冷凝水输送罐中排出，流向用水单位。

（4）冷凝水输送罐进液。当冷凝水输送罐的液位到达低位时，低液位开关上限信号SL断开，继电器K1、K2失电，触点S3断开，S4闭合，控制阀V1关闭，V2打开，冷凝水输送罐中少量的不凝气经控制阀V2送至不凝气冷却器，利用空气冷却后，又流回冷凝水收集罐，冷凝水收集罐内的冷凝水在重力的作用下进入冷凝水输送罐，进行下一轮循环。

蒸汽冷凝水自动回收系统的控制过程如图2所示。

4 蒸汽冷凝水自动回收系统的优点

（1）本研究所述的蒸汽冷凝水自动回收系统中，不凝气冷却器采用空气冷凝，换热管竖向分布，无积液死角，冬天不会出现冻管问题。

（2）蒸汽冷凝水自动回收系统采用压缩气体作为动力源输送冷凝水，不需要考虑水温及气蚀的问题，同时对输送管道起到保护作用，不会产生腐蚀和二次污染的问题。

（3）蒸汽冷凝水自动回收系统通过液位开关自动检测冷凝水输送罐液位，自动进液和排液，避免了空罐或满罐产生的安全隐患。

（4）蒸汽冷凝水自动回收系统无需动力设备，配置简单、操作方便、自动化程度高、无需值守，不仅降低了劳动强度，而且减少了生产成本。

5 结语

蒸汽冷凝水自动回收系统解决了目前常用的冷凝水回收装置动力设备易产生气蚀的问题，有效防止管道腐蚀。该系统已于2017年在新疆天智辰业化工有限公司成功应用，运行至今未进行过大修。截至目前，该公司已分别在气化、空分、公用工程、锅炉等工段建成了8套蒸汽冷凝水回收装置。实践证明，蒸汽冷凝水自动回收系统设计合理、安全可靠，具有广阔的市场发展前景。

[参考文献]

[1]杜玉辉.工业锅炉冷凝水余热利用与回收一体化装置[D].广州：华南理工大学，2011.

[2]张利波，王国安，王鹰.应用自动控制充分使用蒸汽冷凝水资源节能降耗[J].赤峰学院学报（自然科学版），2009，25（6）：41-42.

[3]王友金.闭式冷凝水回收工艺的应用[J].山东化工，2015，44（17）：107-109.

[4]顾家海，顾秀芬.蒸汽管网闭式回收装置工作原理及应用[J].应用能源技术，2005（5）：29-31.