中壓廢熱鍋爐排污水指標異常的原因分析及解決措施

張偉華,鄧文剛,趙 巖,孫 棟

(中海石油華鶴煤化有限公司, 黑龍江鶴崗 154100)

1 概述

中海石油華鶴煤化有限公司30萬t/a合成氨裝置、52萬t/a大顆粒尿素裝置于2015年5月9日成功投產。其中,合成氨裝置變換系統采用一段寬溫耐硫變換串一段低溫耐硫變換工藝(使用鈷鉬系耐硫變換催化劑),變換系統余熱采用多級換熱回收利用方式;作為變換反應熱余熱回收設備之一,中壓廢熱鍋爐副產中壓蒸汽并入中壓蒸汽管網。中壓廢熱鍋爐屬變換系統重要設備,為保證其穩定運行,定期分析中壓廢熱鍋爐內鍋爐水的pH值和電導數據,防止增加整個中壓蒸汽和冷凝液系統的運行成本,影響系統的安穩長滿優運行。2023年4月,變換系統運行過程中,中壓廢熱鍋爐發生鍋爐水分析指標偏離現象,其間通過采取排污改造,以及按時對蒸汽冷凝液、鍋爐水電導率和pH值進行分析等方式,改善了鍋爐水品質,解決設備運行隱患,實現裝置安穩長滿優運行。

2 工藝原理及流程

來自除鹽水界區的除鹽水(0.9 MPa、40 ℃)進入除鹽水預熱器進行換熱,當被加熱至102 ℃時,進入鍋爐除氧器,在除氧器內進行熱力和化學除氧,使出水溫度達到130 ℃,氧質量濃度小于7 μg/L;經過除氧的合格給水再經過中壓鍋爐給水泵(8.5 MPa、133 ℃)送入中壓鍋爐給水管網,經過了中壓鍋爐給水預熱器(E04105),壓力為8.4 MPa,與工藝氣換熱,中壓鍋爐給水被加熱至245 ℃,進入中壓廢熱鍋爐(E04103)產生4.8 MPa、290 ℃的飽和蒸汽,經過蒸汽過熱器(E04102),變為440 ℃過熱蒸汽后送至中壓蒸汽管網,供蒸汽管網汽輪機透平使用[1-2]。

進入廢熱鍋爐的給水總是帶有一定的鹽分,鍋內進行加藥處理后,鍋水的結垢性物質轉變為水渣,此外鍋水腐蝕金屬也會產生一些腐蝕產物。因此,在鍋水中含有各種可溶性和不溶性雜質,在鍋爐運行中,這些雜質只有很少部分被蒸汽帶走,絕大部分留在鍋水中,隨著鍋水不斷蒸發,這些雜質含量逐漸增大。鍋水雜質含量過大,不僅影響蒸汽品質,而且造成受熱面結垢與腐蝕,影響鍋爐安全運行。為了控制鍋水品質,必須進行鍋爐排污,以排出部分被鹽質和水渣污染的鍋水,并補充清給水。鍋爐排污分連續排污和定期排污兩種。連續排污的目的是排出鍋水中溶解的部分鹽,以維持鍋水一定的含鹽量和堿度[3-4]。這種排污是連續從鍋水含鹽量最大的蒸發表面排出,又稱表面排污。定期排污目的是排出鍋水中不溶性水渣,從沉積物聚集最多的水冷壁下聯箱排出。中壓廢熱鍋爐排污流程見圖1。

圖1 中壓廢熱鍋爐排污流程

3 問題描述

定期分析中壓廢熱鍋爐水,控制pH值為7.5～9.5、電導小于150 μs/cm。4月6日手動分析中壓鍋爐水,其pH值為6.7,電導為200 μs/cm,測量指標已偏離控制指標。隨即對鍋爐水進行判斷。

工藝分別檢查鍋爐水系統、鍋爐排污系統,增加連排體積流量,從1 m3/h增加到2 m3/h;增加間排頻率,從每班2次增加到每班3次?，F場重新對中壓鍋爐水上水、中壓廢熱鍋爐連排和中壓廢熱鍋爐間排取樣,分析結果見表1。

表1 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數據表

從表1可知：不同位置取樣,間斷排污數據存在不合格現象。針對問題,繼續加大間排排污量,每班1次取樣分析間排數據并觀察效果。

4月12日,中壓廢熱鍋爐間排pH值、電導第一次數據分別為7.6、61 μs/cm,第二次數據分別為7.7、73 μs/cm。分析合格后,將間斷排污量減少至每班2次,連排繼續維持2 m3/h的排污量。

4月15日,排污水情況惡化,分析數據見表2。

表2 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數據表

從表2可知：連續4次分析不合格,且指標沒有好轉的趨勢;每日分析數據變化很大。隨即對造成中壓排污水指標惡化的原因進行徹底分析。

4 原因分析

4.1 設備發生內漏

中壓廢熱鍋爐屬于“U”形管換熱器,鍋爐水與變換反應工藝氣進行換熱,設備發生內漏,工藝氣會竄入中壓鍋爐水中,對鍋爐水水質造成惡化,同時中壓蒸汽品質下降,中壓蒸汽汽輪機透平惡化。取樣分析中壓廢熱鍋爐飽和蒸汽,冷凝分析其不凝氣含量,對中壓蒸汽進行可燃氣檢測,分析結果見表3。

表3 中壓蒸汽檢測數據表

從表3可知：均未檢出中壓蒸汽中含有可燃氣和不凝氣,同時汽輪機真空和運行參數未發生異常,說明蒸汽品質未發生變化。2022年中壓廢熱鍋爐大修期間,對每根列管進行渦輪檢測,情況良好。查看設備圖紙,中壓廢熱鍋爐材質為0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼,一般氯離子含量高才會造成設備腐蝕泄漏,以上情況證明中壓廢熱鍋爐發生內漏情況基本不存在。

4.2 排污系統故障

通過排污流程可以看出連排和間排共用同一根管線,并入外觀廊擴容器內,而間斷排污主要排出設備底部的沉淀物和水渣,所以間排采用就地排放的方式。當就地排放打開后,連續排污也會根據壓差的原因排入地溝,如要產生良好的間排效果,間排時需將連排關閉切除,再進行間排排污,反復切除、投用連排,加之長時間連續排污,連排閥門必然會發生內漏。間排過程中,連排竄入的同時,外觀廊擴容器內的蒸汽和冷凝液也會反竄至地溝排污管中,影響間排排污效果,進而影響鍋爐水品質。通過以上情況分析,排污系統故障是造成鍋爐水品質下降的一項因素。

4.3 液位控制不當

中壓廢熱鍋爐液位采用單回路自動控制,列管高度為1 600 mm,總液位高為2 700 mm。為防止列管干燒,要求液位控制在65%以上。查看液位趨勢,發現實際液位為70%且非常穩定。但是,將連續排污從擴容器改至現場排污后,間排關閉,發現排污口出現鍋爐水、蒸汽和水汽混合3種狀態。查看設備圖,發現排污口高度為1 970 mm,換算成液位為73%,而本次液位控制在70%明顯低于排污口,同時換熱器內部發生沸騰產生蒸汽,液位會發生波動,造成排污口出現3種狀態混合現象。穩定運行過程中,連排并入外觀廊擴容器內,無法觀察到連排水狀態,切換至就地排放后可通過排污管查看排污現象。通過以上情況,判斷液位控制不當是造成排污水不合格的一項因素。

4.4 運行時間及排污方式不對

變換系統運行周期長達160 d,前一次停車是進行換熱器更換,停車時間短,中壓廢熱鍋爐的鍋爐水沒有進行置換或煮爐等操作,加之排污系統發生故障,長周期運行后中壓廢熱鍋爐內水質持續緩慢惡化。通過定期分析數據顯現問題本身,其間通過間斷開大連排和間排方式進行處理,短暫產生效果。其原因主要是鍋爐水上水在底部,間排也設置在底部,剛進入的鍋爐水還沒有充分換熱就被間排排至地溝,所以短暫的間排分析合格。但是,連排并入外觀廊擴容器內后,鍋爐水質不合格。按照經驗和情況分析,排污水不合格是一項緩慢的過程,大幅度變化說明中壓廢熱鍋爐內鍋爐水起到置換的作用。

4.5 取樣位置錯誤

中壓鍋爐水取樣點設置在間排雙閥前,取樣只能測量間排處的排污水指標;連排未設置取樣點,而連排才是控制排污水pH、電導的關鍵;連排取樣于地溝位置,取樣過程中勢必會關小連排和切除外管廊并入的閥門,但是切除外管廊閥門會發生內漏,所以取連排會取一部分外管廊反竄回來的部分冷凝液,出現連排間斷合格的現象。

5 采取措施

5.1 改造排污水系統

針對間排和連排互竄的問題,采取管線改造的方式,將連排和間排分開排污,消除相互干擾。連排繼續排放至外觀廊擴容器,間排直接排放至地溝,改造情況見圖2。

圖2 中壓廢熱鍋爐排污水改造圖

5.2 提高液位測量

針對液位控制不當造成的后果,緩慢提高液位控制至72%,同時定期打開連排就地排放閥,查看連排狀態。

5.3 更換內漏閥門

將外觀廊擴容器切除隔離、泄壓部分,將連排切除,并更換發生內漏的閥門,同時在操作過程中,將所有臨近設備和擴容器的閥門全開,其余閥門微開進行流量控制。長時間使用發生閥芯沖刷后,出現內漏量增大的情況,切除臨近設備和擴容器閥門,對內漏閥門進行研磨或更換處置。

6 效果檢查

采取以上3項措施后,每天分析中壓廢熱鍋爐排污水pH和電導,數據見表4。

表4 中壓廢熱鍋爐鍋爐水分析數據

從表4可知：經過對中壓廢熱鍋爐排污的改造優化后,鍋爐水的水質得到改善。

7 結語

通過分析參數和現場排污現象,判斷影響中壓廢熱鍋爐排污水指標異常的主要因素為排污系統故障和控制液位偏低。通過針對性采取措施,排污水指標逐漸好轉,但是引起排污水指標異常的因素還有很多,不論是何種因素都會對生產造成較大的影響,甚至會損壞設備。要積極采取科學的技術防范措施,時刻關注工藝參數,提高指標敏感性,深刻汲取事故教訓,加強操作和管理人員的培訓,提升專業管理水平,避免類似情況發生,為裝置長周期穩定運行提供有力的技術保障。