炼厂储运罐区蒸汽伴热与凝结水回收系统研究

蒋敦艺(中国石油广西石化公司储运一部，广西 钦州 535008)

0 引言

某沿海炼厂储运重质油罐区，经常出现储罐加热用蒸汽及凝结水管线与罐体相连接的金属软管频繁泄漏现象，现场经常听到“咚咚”[1]的管道敲击声音，即蒸汽加热管线及凝结水管线发生水击现象。管线长时间打水击，严重时造成管线断裂。同时，该系统配备一套凝结水回收撬装设施，该凝结水回收撬装将储罐加热产生的凝结水回收，后送至全厂凝结水管网系统回收再利用，但是多年来该凝结水回收撬无法做到完全回收，二次冷凝效果差，一直存在就地排放的“小白龙”顽疾，即有高温凝结水夹杂蒸汽在撬装泄压口排放，给现场操作人员的操作环境带来严重的不安全因素，容易造成烫伤等意外事故发生，同时也造成蒸汽及凝结水的浪费。

1 原因分析

1.1 蒸汽伴热与凝结水回收系统打水击的直接原因

蒸汽和凝结水管线中形成蒸汽及凝结水两相混合流，蒸汽推动凝结水向前流动，造成管线内水位逐渐升高，最终管线内形成水堵。此时，管线内形成的水堵相当于管线上一台瞬间关闭的阀门，阻碍蒸汽向前流动，流动速度突然发生变化，管线内蒸汽被压缩，凝结水被挤压，在管壁弹性力作用下，管线内发生反复的、急剧的压力波动，连续产生剧烈的管线振动及被锤击的声响。发生的冲击力，可达到额定工作压力的几十倍，甚至几百倍，严重时易破坏管道及其附件[2]。

1.2 疏水器选型不当的设计原因

重质油罐区疏水器按其工作原理分为三种：机械型、热静力型、热动力型。机械型疏水器的工作原理为利用蒸汽和凝结水之间的密度差，来排放凝结水；热静力型疏水器的工作原理为利用蒸汽和凝结水之间的温度差，来排放凝结水；而热动力型疏水器的工作原理为利用蒸汽和凝结水之间的相变，来排放凝结水。

储罐加热盘管，具有排水量大、换热温度要求严格等特点，需要盘管后端的蒸汽疏水阀根据水量的变化实时调节排水能力，迅速及时地排除换热中产生的蒸汽凝结水，因此应当选择排水量大、工作稳定、性能卓越、使用寿命长的杠杆浮球式疏水阀或是自由浮球式疏水阀。热静力型疏水阀只能排放具有一定过冷度的凝结水，热静力型疏水阀应用在加热盘管中会造成加热盘管饱和凝结水排水困难，从而影响储罐加热效率，不仅如此还会造成蒸汽管网积水造成水击。而某炼厂的重质油罐区罐加热及管线伴热疏水器多采用双金属片，属于热静力型疏水器，存在选型不当问题。

1.3 罐区加热及凝结水配管存在不完善的设计原因

1.3.1 没有设计储罐凝结水排放旁通管

储罐凝结水排放旁通管的作用为在加热设备投用时，在较短时间内产生大量的凝结水，这些凝结水必须在短时间内排放掉，如凝结水不能及时排放掉，同时加上原设备内滞留的空气，造成疏水器排放堵塞，凝结水无法正常排放，出现水击现象。目前在该炼厂重油罐区均无此设计。

1.3.2 没有设计过滤器、止回阀

过滤器的设计主要目的是过滤掉水垢和锈渣，蒸汽和凝结水夹带水垢和锈渣在管道内流动，会堵塞疏水器及相关阀门。止回阀目的是防止系统管网水击对疏水器的保护。目前在该炼厂重油罐区加热盘管疏水器前均没有过滤器和止回阀，造成凝结水无法正常排放，出现水击现象。

1.3.3 疏水器前入口段管线设计有保温层

疏水器前入口段管线设计有保温层，当凝结水带着蒸汽进入疏水器时，由于无法散热，蒸汽不能迅速变为凝结水，蒸汽易形成汽锁，造成凝结水无法正常排放，出现水击现象。

1.3.4 储罐凝结水排放管线与储罐罐体之间没有设计金属软管

经过排查，发现多个重质油中间罐区储罐凝结水排放管线与储罐罐体之间没有金属软管，都为硬管线连接。当系统管网发生水击时，存在管壁管道焊口拉裂的风险。

1.3.5 凝结水回收撬装设施选型不合理

在用凝结水回收撬装设施存在设计缺陷，无闪蒸汽冷却功能，闪蒸汽出现后会在撬装聚集，压力升高后会超压自动排放。无法将回收到的高温凝结水降温，同时由于疏水器的不好用，回收到的高温凝结水带有少量蒸汽，高温凝结水在凝结水回收撬装设备内发生二次汽化，给全厂凝结水管网外送凝结水时，带有大量低低压蒸汽，造成全厂凝结水管网发生打水击现象[3]。

1.4 现场施工问题

经查少数罐区内安装的疏水器设备与设计的阀门口径不一致。例如某罐的设计管道为DN50，但疏水阀经过缩径后只有DN25，排水量不能满足现场的要求，特别是选择双金属疏水阀耐背压差，而且有一定的过冷度，产生的凝结水不是饱和凝结水，进入凝结水系统后，和其他凝结水管的凝结水混合后由于温度差异造成水击现象。

1.5 疏水器设备质量原因

目前罐区使用双金属热静力型疏水器，圆形双金属片式疏水阀采用正向锥形密封，核心元件—感温双金属片采用国产普通金属材料。正向密封导致开阀力完全来源于内置弹簧，很可能造成疏水阀因弹簧失效而无法开阀；锥形密封面是淘汰已久的落后的密封面形式，具有集中磨损，使用寿命短；国产普通金属材料制成的感温双金属片抗疲劳性很差，新阀使用半年后普遍泄漏蒸汽。

1.6 生产操作不当原因

在日常生产过程中，由于操作人员操作不当，阀门操作太快，造成管道流体速度的极大变动，从而造成水击。同时在疏水器首次投用过程中，软管没有预先暖管，并且没有排尽管网内的不凝气，不仅会形成气阻从而影响传热效率，而且不凝气存于管道中会加快管道的腐蚀，会对蒸汽与凝结水系统管网造成水击等影响。

2 解决措施

2.1 疏水器配管设计要求

完善疏水器配管设计要求，一个完美的疏水器配管设计，不仅能满足使用要求，更重要的是对设备起到本质的保护。储罐凝结水排放应设计凝结水排放旁通管，在短时间内大量排放凝结水，减少加热及凝结水管线内的滞留空气，防止因空气气堵导致的故障。

同时在储罐疏水器前设计过滤器和止回阀，过滤使用过程中产生的水垢和锈渣，确保各种阀类和疏水器不因水垢和锈渣堵塞，及防止蒸汽回串到凝结水系统管网，减少水击现象。

取消疏水器前入口段管线保温层，强化疏水器前散热，使蒸汽快速变为凝结水，减少蒸汽汽锁，使凝结水能正常进入凝结水系统管网[4]。

选择带有冷凝设备的凝结水回收撬装设施，将储罐加热及管线伴热产生的高温凝结水回收到凝结水回收撬装设施，冷凝降温后送至全厂凝结水系统管网回收再利用。

2.2 定期对疏水器设备检测及快速的维护

良好的定期疏水器进行设备检测，及时进行维护，保障疏水器设备的正常使用，消除因疏水器设备维护不及时对储罐加热及凝结水系统的冲击。在使用过程中应定期进行检查疏水器的设备完好性，根据相关石化企业检测的结果来看，华北某石化公司2002年l2月对其中315台具检测条件的疏水器进行检测，完好率达不到60%，东北某石化公司2010年11月15日—2011年3月24日对全部在用疏水器进行效能监测，完好率仅为81.85%。大量在用的疏水器不完好，带病运行，造成储罐蒸汽加热及凝结水回收系统的不稳定运行，各厂重质油储罐及相关管线的伴热经常出现水击现象，因此确保疏水器的设备完好性尤其重要。

2.3 及时更换不适宜使用工况的疏水器

储罐加热盘管使用双金属型疏水器不仅不能满足加温的要求，而且很容易造成水击，建议将储罐加热盘管双金属型疏水器全部更换成机械型疏水器。

2.4 优化生产，减少储罐加热

提高储罐周转率，减少甚至取消储罐及管线的加热。在储罐具有保温设施下，油品降温都需要一定时间，因此提高储罐周转率以及定期活线是可以做到减少甚至取消储罐及管线的加热，减少凝结水产量，避免管道水击现象。充分利用高温罐储存条件，取消中间罐的加热。中间重质油罐都为高温罐，因此提高馏出口出装置温度，不仅装置节能，罐区也能节能，并且可以避免管道水击现象。优化重质油储罐加热，统计储罐温降数据，摸索温降规律，建立升降温梯度，实现储罐顺序化加热减少蒸汽消耗，减少凝结水产量，避免管道水击现象。通过重质油储罐的温度与液位对比，发现当储罐处于6.9 m以上时，每个罐的温降比较均匀，温降为0.03 ℃/h左右，依据储罐的温降值当储罐加热到90 ℃，自然降温当降到温度工艺报警低限值高1 ℃即82 ℃，共需要的天数为(90-82)/0.03 ×24=11.1 d，当某个重质油罐区内只有213、215、220、221、222五个罐需要加热，因此11.1天为以上5个罐的一个加热循环周期，(11.1/5=2.2 d)为每个罐的加热时间，依次对储罐进行加热，储罐温度形成了梯度差，进而达到一个罐区只有一台储罐进行加热，避免了罐区无序加热。经过固定操作几个周期以来，储罐温度梯度受控，班组劳动强度大幅降低，罐区加热蒸汽大幅降低。

2.5 优化凝结水回收撬装

储罐蒸汽加热后产生的高温凝结水，经过疏水阀和管道沿途阻力，凝结水压力降低，部分高温凝结水闪蒸，顺着凝结水回收管线进到冷凝水回收撬装，凝结水回收撬装空间的突然增大使得凝结水压力瞬时降低，产生大量的二次蒸汽，闪蒸汽的增加，一方面影响机泵的正常运行，另一方面增加了撬装压力平衡阀的负荷，出现了部分蒸汽溢出，产生了小白龙的情况。原撬装平衡阀压力设置0.3 MPa，闪蒸汽溢散严重。为了降低闪蒸汽压力，降低撬装负荷，在排凝口增加自力式调压阀，降低冷凝水回收撬装的背压，反复摸索发现定压阀定压为0.1 MPa时罐内闪蒸汽量最小，并且引管至罐区内排水沟用雨水冷却微量排放蒸汽，彻底消灭了凝结水撬装“小白龙”。

2.6 规范操作人员操作

管网停汽后送汽时，要先充分暖管，通过旁通线排放冷凝水以及不凝气，排尽后切入疏水器慢慢提压。根据具体情况阀门一扣一扣缓慢打开提压。需制定操作规程，详细到每个操作步骤需要进行多长时间，每个时间需要操作那个阀门。

在正常运行过程中，要定期检查每个疏水器是否正常疏水。一旦发现疏水器损坏，必须及时处理。在管网运行时，要做好巡检记录工作，哪段管线凝结水较多，哪段管线容易发生水击现象，都要做好记录。

2.7 管线发现水击现象后，正确的操作处理方法

在水击发生时，操作人员的正确操作处理方法，能快速消除水击，减少对蒸汽加热及系统凝结水系统管网的冲击，降低因水击出现管线断裂泄漏的发生，确保安全生产受控。正确的操作处理方法如下：

(1)立即通知关闭前段阀门，关闭蒸汽或减小来汽压力；(2)保持引起水击现象的疏水器正常疏水；(3)如果水击的程度较小，可以缓慢地关小此阀门的开度，降低阀前管线的流动速度，直到全关阀门，消除水击；(4)如果水击强度较大，应尽量不要调整造成水击的阀门，以免盲目关闭阀门造成水击进一步严重；(5)无论任何时候，如果蒸汽及凝结水管线发生水击现象，都不要开大导淋阀，迅速排放管线内的凝结水，以达到消除水击的目的，这样操作只能是加速管道内汽液两相流的混合流动，很可能导致管道水击越来越严重。

3 结语

综上所述，炼厂重质油罐区应采用合适的疏水器，相关加热管线的设计要合理，凝结水回收撬装设施选择要得当，疏水器设备要做到及时维护到位，才能减少蒸汽加热及凝结水系统管网的水击现象，并能起到节能降耗的效果。同时，在发生水击现象后，操作人员采用正确的操作处理方法，快速消除水击现象，消除因管线长时间打水击造成出现管线断裂泄漏情况的发生，从而确保炼厂重质油罐区安全生产受控。