大型煤化工项目蒸汽冷凝液回收系统设计探析

周 威

（中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223）

随着大型化、一体化、智能化煤化工项目的推进，水资源成为我国北方地区大型煤化工项目建设的制约因素，进而对全厂水资源的重复利用提出了更高要求。蒸汽冷凝液产生量约占全厂除盐水总量的60%[1]，冷凝液所含的热量约占蒸汽全热量的25%[2]，因此，将蒸汽冷凝液回收并分级利用，将大大提高水资源的重复利用率和能源利用效率，起到很好的节能降耗效果。冷凝液回收系统一般分为开式系统和闭式系统。闭式系统因具备节能效益好、水质变化小、设备使用寿命长、系统运行稳定等优点而被广泛推广[3]。

本文结合北方某大型煤化工项目，对全厂外管廊蒸汽冷凝液回收系统的工艺流程、工艺原理和采取的稳定性措施进行探析，从而总结了该冷凝液回收系统的工艺特征，对大型煤化工项目蒸汽冷凝液回收系统的设计和优化具有一定参考意义。

1 蒸汽冷凝液回收流程设计

该化工项目蒸汽系统分七个等级：高压过热蒸汽（10.6MPa），次高压过热蒸汽（5.8MPa）、中压过热蒸汽（4.5MPa）、中压饱和蒸汽（3.85MPa）、低压过热蒸汽（1.4MPa）和低低压饱和蒸汽（1.0MPa）。全厂外管廊的蒸汽冷凝液主要来自蒸汽疏水和工艺管道伴热。蒸汽冷凝液回收的工艺流程见图1。冷凝液回收装置设高压闪蒸罐和常压闪蒸罐，各等级的蒸汽冷凝液由独立管线分别送至冷凝液回收装置，蒸汽压力等级1.0MPa 以上的蒸汽冷凝液排入高压闪蒸罐，高压闪蒸罐闪蒸后的蒸汽并入0.5MPa 蒸汽管网；蒸汽压力等级1.0MPa及以下冷凝液和高压闪蒸罐闪蒸后，冷凝液排入常压闪蒸罐，常压闪蒸汽（乏气）通过常压闪蒸冷凝器冷却，冷却后的冷凝液和常压闪蒸罐中的冷凝液一并加压送入蒸汽冷凝液总管。

2 蒸汽冷凝液回收工艺原理

2.1 分级闪蒸原理

闪蒸是通过高压冷凝液进入较低压力容器中，由于压力的突然降低而再次蒸发得到该压力下的饱和蒸汽和饱和液体。闪蒸压力是根据蒸汽可利用程度、管网压力损失、系统稳定性和经济性综合考虑的。虽然闪蒸压力越高冷凝液回收的效率越高，但是整体投入增多，系统稳定性降低。根据全厂实际情况，本系统采用0.5MPa压力和常压分级闪蒸。一方面，高压蒸汽冷凝液通过高压闪蒸得到可再次利用的蒸汽。另外，由于高压闪蒸罐系统内冷凝水压力始终高于大气压力，使冷凝水处于饱和状态，冷凝水的热能也得到充分利用[4]。高压闪蒸后的冷凝液及低压冷凝液在常压罐内闪蒸，为了降低冷凝液汽化量，闪蒸后的冷凝液需经冷凝器降温后由泵输送回收。整个冷凝液回收过程完全封闭，没有蒸汽外漏和任何形式的疏水，回收了冷凝液的热量和水资源的同时也保证了冷凝液的水质。

图1 蒸汽冷凝液回收工艺流程

2.2 闪蒸量控制原理

通过调节闪蒸罐的液位来控制冷凝液的闪蒸量，避免冷凝液中蒸汽含量较大。一方面冷凝液中蒸汽含量较大，管道易形成气液两相流从而出现水锤现象，另一方面冷凝液中蒸汽含量较大会导致水泵出现汽蚀。高压闪蒸罐采用液位控制调节阀的方式进行液位调节，通过液位控制传感器反馈的信号调节阀门的开度进行液位调节；常压闪蒸罐采用液位信号控制变频电机对泵进行自动切换和多级调节的方式实现液位控制。全过程能实现冷凝液闪蒸的自动控制和调节，保证回收系统的稳定运行。

2.3 喷射器工作原理

由于泵在输送高温凝液时容易产生汽蚀，从而损坏泵的叶轮降低泵的使用寿命。将喷射泵和离心泵结合起来可以大大提高泵的使用效率。该装置在离心泵出口接入喷射泵，通过喷射器的高速水流将离心泵叶轮处的蒸汽抽吸、压缩、混合于凝液中，从而改善离心泵的流体状况，提高泵的使用寿命。同时为了进一步解决喷射泵的汽蚀问题，在喷射泵后接入三通调节阀，将喷射过程产生的蒸汽回收至常压闪蒸罐，保证管道系统的稳定。

2.4 二次蒸汽回收原理

闪蒸的作用是为了得到饱和状态下的蒸汽冷凝液和对应压力的蒸汽并将二者分离，降低各种压力下的冷凝液在管网中产生二次蒸汽形成气液两相流的概率。高压等级蒸汽进入0.5MPa 闪蒸罐闪蒸得到的0.5MPa 蒸汽，二次蒸汽进入0.5MPa蒸汽管网进行回收，底部0.5MPa 冷凝液送入常压闪蒸罐。为了保证闪蒸系统的安全稳定，在罐顶设有压力表、安全阀和止回阀等。低压冷凝液在常压闪蒸罐内闪蒸后会形成大量乏气，如果将乏气直接排放至大气中一方面会造成热能和水资源的浪费，另外会产生环境污染。将乏气进行冷却得到低温冷凝液进行回收，可以避免上述问题。通过二次蒸汽的多次回收可以有效提高冷凝液回收效率和热能利用率。

3 冷凝液回收系统稳定性措施分析

冷凝液回收系统的不稳定性主要体现在管道的振动，各种温度压力等级的冷凝液统一回收，由于温度压力的不稳定，系统内很容易形成汽液两相流，从而产生水击现象[5]，此为影响冷凝液回收系统稳定的核心因素。本系统中采取了一些有效措施保证系统的稳定运行。

1）由于大型煤化工项目蒸汽疏水点数量多，种类复杂，分布范围广，如果单独采用一套回收系统进行冷凝液回收，由于冷凝液管道随着输送距离的增加，压降增大，水击现象会愈发严重，无法实现系统的稳定运行。所以该冷凝液回收系统采取分布式布置，在一定范围内布置一套回收系统，全厂布置若干套回收系统，保证各系统的独立和稳定运行。

2）各种等级的蒸汽冷凝液采用不同的回收管网分别回收至闪蒸罐，避免高压冷凝液与低压冷凝液合并时产生二次闪蒸。同时采用高低压闪蒸罐分别收集，分级闪蒸，避免由于不同品质冷凝液进入同一系统而引起的水击振动。

3）各个疏水点的冷凝液支管均45°斜接进入冷凝液集合管，避免垂直接入对集合管产生的冲击振动。

4）当两相流现象不可避免出现时，可以通过优化管道设计将两相流对系统的不稳定影响降低到最低。如在压力降允许的前提下将管径缩小、在节流设施后采用大弯曲半径弯头等。

5）通过喷射泵、三通调节阀消除管路中产生的蒸汽，避免系统中形成汽液两相流产生水击振动。

6）为了保证闪蒸罐运行的安全稳定，在闪蒸罐上部设有安全放空设施，当罐内蒸汽量较大系统压力较高时，安全阀起跳进行压力泄放，保证系统稳定。

4 蒸汽冷凝液回收工艺特点

1）节水节能，该系统回收了各个等级的蒸汽冷凝液，通过分级闪蒸逐级回收将冷凝液热能进行了充分回收，同时回收了低等级蒸汽，节水节能效果良好。

2）安全环保，采用多种措施保证了回收系统的安全稳定；对蒸汽疏水、伴热等冷凝液进行全面回收减小了厂区内蒸汽的跑冒滴漏现象，减少了热污染；同时在密闭系统中回收冷凝液，避免与大气接触污染，水质较好。

3）集成化程度高，该凝结水回收装置采用模块化设计，厂家整体撬装，具有结构紧凑、占地少、安全性能好、经济性高等特点。

4）自动化程度高，该系统采用压力表、温度计、液位计等测量元件对回收系统进行在线监测和自动控制，控制信号接入DCS 系统，大大提高了回收系统的运行效率和安全性能。

5 结束语

蒸汽冷凝液回收流程设计能满足大型化工项目复杂蒸汽系统冷凝液的回收需求，通过对分级闪蒸、闪蒸量控制、喷射器等工艺原理的介绍，分析了该回收系统的工作原理和性能特点，采用多种措施保证了回收系统的稳定性。该蒸汽冷凝液回收系统具有节水节能、安全环保、集成化和自动化程度高等特点。