石油石化行业锅炉进水除氧技术应用进展

曾庆峰 刘富余 赵金海（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

石油石化行业锅炉进水除氧技术应用进展

曾庆峰 刘富余 赵金海（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

锅炉是石油石化行业生产过程中的关键设备。氧腐蚀除了影响锅炉热效率外，还会影响其长周期安全运行。除氧是锅炉进水处理工艺中非常关键的环节。通过从技术原理、特点、应用效果等方面，对目前石油石化行业锅炉进水除氧技术进行了分析，并着重介绍了目前除氧技术的最新研究进展——膜分离除氧技术，同时与热力除氧技术能耗、运行费用、投资进行了对比，旨在增进对新技术的认识，为企业选择锅炉除氧技术提供参考。

锅炉；热力除氧；膜分离除氧

锅炉是石油石化行业生产过程中的关键设备。在常温常压下，锅炉给水中的溶解氧达7～9 mg/L，如果除氧效果不佳，会导致炉体腐蚀，不仅加快锅炉受热面的结垢速度，降低锅炉热效率，而且使锅炉使用寿命缩短，严重时易引发安全事故。因此，氧腐蚀常常是影响锅炉长周期安全运行的重要因素之一，锅炉给水除氧在水处理过程中的作用显得至关重要。

目前，工业应用的物理及化学除氧技术有热力除氧、真空除氧、化学药剂除氧、解析除氧、膜分离除氧等。其中，热力除氧、真空除氧、化学除氧作为常规的除氧技术，具有一定的应用局限性，例如能耗较高，或者除氧后易造成锅炉二次腐蚀、污染。膜分离除氧技术是近年来出现的一种除氧效果突出、节能效果显著的新技术，具有较强的应用前景。

1 热力除氧

热力除氧技术广泛应用于炼化企业蒸汽锅炉给水除氧过程。该技术是依据亨利定律、通过将锅炉给水加热至一定压力下的饱和温度，降低氧在水中溶解度来实现除氧的。

热力除氧技术优点是能除去氧气以及二氧化碳、氮气等气体，除氧后不增加水中含盐量，但常规的热力除氧技术蒸汽耗量大，锅炉热负荷变化频繁时，不易调整，除氧效果不易保证，设备占地面积大，同时由于放空乏汽不易有效回收，造成热量以及冷凝水损失，另外冬季时装置放空区蒸汽弥漫，附近管线结冰，一定程度上给安全生产带来了隐患。

随着国内外石油石化行业整体技术水平的进步，热力除氧技术近年来也得到一定程度的发展。旋膜除氧器作为热力除氧技术的新的结构型式，在炼化企业和油田得到了推广应用，取得了较好的应用效果[1]。该技术结合了射流、旋转膜、悬挂式泡沸三种传质、传热方式，与常规热力除氧技术相比，除氧效率有所提高，负荷适应性增强，加热蒸汽用量有所降低[2]。

2 真空除氧

当水的温度一定时，压力越低，水中的溶解气体越少。真空除氧与热力除氧原理相同，不同之处在于除氧压力。该技术具体是通过减压（抽真空）、含氧水雾化，增加脱氧水的比表面积来实现脱氧目的，需要的真空可以利用蒸汽或电力驱动的喷射式抽汽设备实现。

真空除氧器占地面积小、结构紧凑；专用喷头能满足良好的雾化效果，扩大了脱氧水的比表面积，一定程度上保证了除氧效果。该技术相对于热力除氧，加热条件有所改善，自耗汽量减少，但热力除氧的大部分缺点仍存在，同时对运行管理喷射泵等关键设备的要求高，另外还增加了换热设备和循环水箱。真空除氧技术在中国石化、中国石油等油田企业注汽锅炉进行了应用，取得了较好效果。

3 解析除氧

解析除氧是通过将不含氧气体与待除氧水强烈混合接触，使水中溶解氧扩散至气体中去，如此循环往复进而达到脱氧目的。含氧气体在反应器内反应成无氧的惰性气体循环使用。该技术不需要预热处理，不增加蒸汽消耗，常温即可除氧，设备占地面积小，投资少，不需投加化学药品，但除氧效果不稳定，反应过程难控制，会有大量二氧化碳溶入水中，增加了酸腐蚀的可能，一定程度上限制了该技术的应用[3]。

4 化学药剂除氧

化学药剂除氧是一种常用的除氧措施。该技术是通过向水中投加化学药剂，使其与水中溶解氧发生化学反应、生产稳定的化合物，达到除氧目的。除了中小型供热热水锅炉外除氧措施外，该技术还作为热力除氧的补充措施用于除氧要求较高（氧含量7 μg/L）的场合。例如，中国石油某企业合成氨装置锅炉给水除氧器为单级除氧，锅炉给水中溶解氧指标达不到外厂高压锅炉不大于7μg/L的除氧要求，加入N1700除氧剂后，满足了指标要求。

该方法与其他技术相比，除氧效果较好，操作简单易行，但由于增加了一定的化学药品，一定程度上增加了二次污染的概率。

5 膜分离除氧

膜分离除氧技术是近年来工业应用的一种除氧效果突出、节能效果显著的新技术。该技术是利用膜材料所具有的疏水、微孔透气与减压脱氧（膜的一侧通水，另一侧抽真空）原理相结合的新型脱氧技术。通过膜材料建立稳定的气液界面，根据亨利定律和道尔顿分压定律，改变气相分压，使水中溶解氧溢出，达到水中氧脱除的目的。其原理与真空法相同，但膜（中空纤维比表面积大）提供了比真空法高数百倍的气液传质面积，因此效率得到大幅提高。与热力除氧技术相比较，具有以下优点：

1）常温运行，无需消耗蒸汽，节能效果显著，运行费用低，除消耗少量吹扫气（氮气）及电能外，不再消耗其它任何物质，吨水运行费用仅为热力除氧技术费用的5%左右，维护费用为常规热力除氧技术的1%左右。

2）可除去水中氧气及二氧化碳，实现1 μg/L以下的极限除氧效果。

3）设备体积小、重量轻，对布置空间及位置要求较低，投资费用约为常规热力除氧技术的70%左右，大大节约基建投资。

4）全自动控制，适宜长期运行，对负荷大的变化不敏感。

目前该技术已经在国内油田、化工、电力等单位应用，相关设备包括油田注汽锅炉、蒸汽锅炉、电力锅炉等，可满足较严苛的除氧要求（7 μg/L以下），取得了显著的节能效果和经济效益。

6 结论

目前，石油石化行业应用的除氧技术主要有热力除氧、真空除氧、解析除氧、化学药剂除氧、膜分离除氧等技术；各类技术均通过直接或间接方式降低氧在水中溶解度，但技术特点有所不同，在实际应用中，为保证锅炉的安全稳定、高效经济运行，应根据实际除氧要求、热力参数、负荷变化、能耗、经济性等情况综合考虑；膜分离技术作为一种除氧效果突出、节能效果显著的新技术，具有很好的应用前景；除氧效果好、运行可靠、管理简单、投资少将是未来锅炉给水除氧技术发展方向。

[1]杨杰，郑力会，周建平，等.旋膜除氧技术在注汽锅炉给水处理中的应用[J].石油机械，2007，35（12）：45-47.

[2]黄虎城，张柏祥.旋膜除氧器的技术经济分析[J].石油和化工设备，2012，15（9）：81-82.

[3]刘有智，孟晓丽，刘会雪，等.锅炉(给)水脱氧技术研究的进展[J].腐蚀科学与防护技术，2007，19（6）：433-434.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.03.005

2016-12-09

（编辑 沙力妮）

曾庆峰，工程师，2010年毕业于中国石油大学（北京），从事石油石化节能节水技术研究工作，E-mail：zengqingfeng@petrochina. com.cn，地址：北京市海淀区志新西路3号，100083。