浅谈一种废锅排污水回收的创新

张伟华

(中海石油华鹤煤化有限公司， 黑龙江鹤岗 154100)

中海石油华鹤煤化有限公司30万t/a合成氨、52万t/a大颗粒尿素装置区内存在余压资源，如能加以利用，可以提高厂区的能源利用率，降低总体能耗和生产成本。对中压废热锅炉排污水进行回收利用，在满足节能减排要求的同时具有经济效益。

1 背景

中海石油华鹤煤化有限公司氨生产部变换岗位将气化装置生产的粗煤气中的CO变换为生产合成氨需要的H2和尿素所需的CO2；用锅炉水洗涤煤气中的氨，为低温甲醇洗提供合格的变换气，工艺流程见图1。

变换反应为放热反应，中压废热锅炉利用变换反应的热量与中压锅炉水换热副产中压蒸汽。废热锅炉设计连续排污，将排污水(体积流量为1.2 m3/h)排至地沟。这部分被排放的高能量锅炉水(250 ℃、4.3 MPa)，不但造成能量的浪费，而且导致污水处理成本增加，加之黑龙江地区冬季寒冷，装置现场雾凇、积冰累计，增加装置的安全风险。

1—原料气分离器；2—原料气过滤器；3—煤气预热器；4—蒸汽过热器；5—中压废热锅炉；6—第一变换炉；7—第二变换炉。

2 提出方案

为响应国家节能减排的号召，建立排污水回收系统，以降低污水处理成本以及防范冬季安全风险[1]。

对回收排污水的方法进行研究，提出改造设备、优化排污方法、优化工艺操作3项方案。根据安全性、预期效果、操作难易度、成本经济性等因素，最终决定采用改造设备的方式对排污水进行回收。

设备改造必须满足以下3项要求[2]。

(1) 工艺要求：排污水指标必须合格(Fe质量浓度<0.05 mg/L、电导<10 μs/cm)；废热锅炉内锅炉水指标合格(电导<150 μs/cm、pH值为9～10)；回收处理量在1.2 m3/h以上。

(2) 安全要求：管线、设备无损坏，无水击、无水汽混合现象，现场易操作。

(3) 成本要求：尽量避免使用复杂及专业的材料。

根据设备特点与要求，提出将排污水回收至尿素解吸水管、蒸汽中压扩容器、凝结水回收器3种方案。

3 确认最佳方案

(1) 通过尿素解吸水解系统，氨水经解吸后成为尿素解吸水(76.5 ℃、0.3MPa)，通过泵送往水处理系统。

(2) 蒸汽扩容器可用于接收中压和次中压蒸汽冷凝液，接收的冷凝液在设备内进行闪蒸，气相以低压蒸汽的形式进入低压蒸汽管网，液相作为工艺冷凝液送入水处理，精制成除盐水。

(3) 凝结水回收器用于接收低压蒸汽工艺冷凝液和伴热冷凝液。接收的冷凝液通过冷凝液泵送往水处理回收。

对比以上3种方案，排污水与蒸汽扩容器的压差、温差相对小一些，回收过程中风险较低，并入蒸汽扩容器中同时会副产低压蒸汽。为此，将排污水回收至中压扩容器更为合理[3]。

4 细化方案

对改造方案提出以下具体实施计划：

(1) 关闭中压废锅连排双阀进行能量隔离(见图2)，确认地沟无水排出后，对排污管线甩头、加阀。

(2) 检修时，在扩容器入口管线处加阀、甩头。截止阀入扩容器前低点加导淋泄压点。

(3) 确认设备能充分切出后，对中间管道进行施工，碰头完毕后充压试漏，合格后管线吹扫，正常投用。

图2 中压废热锅炉排污水回收示意图

5 方案可行性分析

5.1 技术可行性分析

蒸汽扩容器冬季负荷最大工况设计入口体积流量为18.1 m3/h，气相出口低压蒸汽体积流量为0.7 m3/h，底部低压冷凝液体积流量为13.2 m3/h，冬季主控调节阀阀门开度为66%，可以满足输送最大冷凝液量。顶部蒸汽为截止阀，无法通过阀位确认其余量，但是顶部和底部采用相同材质、相同尺寸的管道，加之顶部管道流量相对于底部小很多，蒸汽扩容器可以接受体积流量为1.2 m3/h的锅炉水[4]。

改造需要工艺经理、工艺和设备技术监督、现场实施人员、主控人员配合。人员配置充足，能够满足方案的顺利进行。

汇总中压废锅排污分析数据发现：近31天排污水最大电导为8.5 μs/cm，pH值平均在7以上，SiO2质量浓度平均为3 mg/L。确认排污水合格(Fe质量浓度<0.05 mg/L、电导<10 μs/cm)。

5.2 安全可行性分析

(1) 确认装置现场具备登高、动火、临时用电等特种作业需求。

(2) 确认改造所有人员通过安全培训并正确佩戴个人防护用品。

(3) 确认物料充分隔离、排液、交出后，进行施工。

此改造将排污水(4.3 MPa、250 ℃)排入设备(0.7 MPa、170 ℃)，压差及温差较高，危险性很大。依据安全操作的原则，平时运行中要求将图3中的1、4、5阀全开，2阀微开节流保证排污量。压差大对阀门的水汽冲刷会很大，因此对2阀的冲刷很大。平时2阀对地面排放，改造后，2阀存在0.7 MPa的背压，降低了2阀的压差，延长其使用寿命。如果2阀产生内漏，可以将1、4阀关闭，打开3阀泄压后对2阀进行检修。

(4) 在保证安全的情况下，尽量降低材料成本要求，4阀处使用15CrMo材质，虚线部分使用普通20#钢材质。

图3 中压排污水安全可行性操作示意图

5.3 效益可行性分析

(1) 经济效益：降低污水处理成本，回收利用排污水余压和余热。

(2) 社会效益：响应国家节能减排的方针、策略；现场雾凇、积冰环境得以改善，避免装置安全风险。

通过可行性分析，确认方案可行。

6 方案实施

2020年6月开始，按照方案实施规划进行操作，具体内容见表1。

表1 方案实施规划

7 改造效果

运行至今，整个回收系统运行稳定、良好。

项目投入：管道、阀门、吊车和焊工人工算支出共计1万元。

闪蒸汽化率=(热水焓-闪蒸压力下的饱和水焓)/闪蒸压力下的饱和水汽化潜热。

通过查表，热水焓为1 108.3 kJ/kg，闪蒸压力下的饱和水焓为697.3 kJ/kg，闪蒸压力下的饱和水汽化潜热为2 066 kJ/kg，经计算，闪蒸汽化率为0.199。

排污水转化为低压蒸汽质量为1.2 t，按价格为45元，全年(按330 d)收益为85 108元。污水处理成本按单价为5元计算，共节约为47 520元。全年总经济效益为132 628元。

8 结语

通过对装置现状分析发现排污水运行问题，对此提出多种具体解决方案，对方案进行对比、可行性分析、实施，完成改造。此次改造既回收了排污水，又副产了低压蒸汽产生了效益为类似外排水的回收提供了一定借鉴意义。