磁翻板液位計在鋼鐵廠換熱設備疏水問題及解決辦法

          目前，一些換熱站的大型換熱設備，以管式換熱器為例，一般集中布置，上層為換熱設備本體，下層為冷凝水回收裝置，這樣既節省占地面積，又方便冷凝水回收。但是近年來，一些換熱站將換熱設備、冷凝水回收裝置等設備共同布置在一個水平面上，此時如何使這些換熱設備在蒸汽不斷變化的情況下，形成的冷凝水仍可以正常回收，面臨著新的挑戰。本文主要討論此問題的解決辦法。
               
      首鋼京唐鋼鐵公司為滿足鋼鐵廠正常的生產需要，在廠區內設置集中采暖站所5座，分別為1#、2#、3#、4#、5#換熱站，分布于全廠，主要負責對全公司內各有關生產和生活與管理設施建筑進行采暖所需要的高、低溫熱水的供應，同時兼顧平衡管網蒸汽用量。各換熱站主要的換熱設備為汽-水式管式換熱器，蒸汽在各換熱器中放熱后產生的冷凝水，全部回收送至廠區各工藝設備做為生產用水。但是當管網、用戶等外界原因造成進入管式換熱器的蒸汽量較少、壓力較低時，致使換熱過程中形成的凝結水無法回收，在管式換熱器內逐漸增多，凝結水液位持續偏高，換熱效率急劇降低，其中尤以大型換熱器更為嚴重。為此本文以首鋼京唐鋼鐵公司4#換熱站為例，對現場兩臺QTQH-W-N-32MW型高溫汽-水換熱器總結分析后，提出了一種全新的解決換熱器疏水問題的新方法，以適應外界蒸汽的不斷變化。
      1、水系統簡介
      1.1 補水箱
      站內設置一個補水箱，補水箱容積為20m3，具體尺寸為3000×3000×2500mm，補水箱設有進水口、排污口、溢流口、箱頂人孔、液位計接口及水泵進水口等必要接口及內、外爬梯，底部設有隔欄。其中進水口配有自動浮球閥，浮球閥可根據水箱液位自動開閉。底部隔欄可以有效地過濾水箱內的硬性雜質。該水箱用于緩沖系統水流量的變化，防止水流量波動較大時，影響供暖系統的正常運行。
      1.2 自動變頻恒壓定壓補水裝置
 該站設一套自動變頻恒壓定壓補水裝置，含變頻補水泵2臺，變頻控制箱1套，單臺水泵主要參數如下：（1）流量：20m3/h；（2）揚程：58.8m；（3）電機功率：11kW/380V；（4）輸送水溫：≤40℃；（5）環境溫度：5℃～40℃；（6）工作壓力：≤1000kPa。該裝置的運行方式有手動、自動兩種，自動時可根據現場實際運行情況自行設置相關參數。在供暖系統穩定運行期間，一般設置為自動補水，水泵一用一備，兩個水泵按照設定時間自動切換運行，裝置通過安裝在與系統相連管道上的壓力傳感器，檢測系統壓力，并將數據上傳至內部的CPU，通過比對預設參數，來控制變頻補水泵的啟停。當系統壓力等于已經設置的壓力參數時，水泵停止運行，進入休眠期，待系統壓力降低時，再次變頻啟動。同時該裝置設置有自動泄壓閥，當系統壓力超過預設參數時，裝置將通過自動泄壓閥泄壓，以此來維持系統的恒壓。
      1.3 循環水泵
      該站共設3臺ISR200-150-440型臥式高溫熱水循環泵，正常工作時兩用一備，每臺水泵的主要參數如下：（1）流量：550m3/h；（2）揚程：54.5m；（3）所配電機功率：132kW/380V；（4）工作溫度：≤100℃；（5）工作壓力：≤1200kPa。水泵采用彈性聯軸器連接。配標準軸承，水泵葉輪青銅材質、耐腐蝕；泵體樹脂砂鑄造，泵軸采用不銹鋼材質。其中泵的轉子及其主要的旋轉部件均進行了靜平衡和動平衡試驗。靜平衡精度不低于GB9239中的G6.3級，動平衡精度不低于GB9239中的G2.5級。泵的振動在無汽蝕運轉條件下測量，軸承處的振動值符合JB/T8097的規定。水泵的啟動方式分為就地啟動和遠程啟動兩種方式。
      2、蒸汽系統簡介
      2.1 蒸汽管道
      該站的蒸汽管道主路由一次電動切斷閥、Y型過濾器、減壓閥、電動調節閥、二次手動閥等五大部分組成；旁路只設置一道手動閥。正常情況下，廠區管網蒸汽通過主路進入管式換熱器。電動切斷閥用于緊急情況下快速、可靠地切斷蒸汽源。Y型過濾器用于過濾蒸汽攜帶的硬質雜質。雜質可通過設備自帶的排污口定期排出。三暢減壓閥通過調節其自身的調壓螺栓，來調整進入管式換熱器的蒸汽壓力，以保證進入管式換熱器的蒸汽在允許的正常壓力范圍內波動。電動調節閥一般設置為遠程操作，廠區中心調度通過遠程調節閥的開度，來控制進入管式換熱器的進汽量，以適時地調整供暖溫度。二次手動閥正常工作時處于全開狀態，其主要用于電動調節閥退出運行后調節蒸汽量。旁路閥門一般處于常閉備用狀態，當管網壓力過低蒸汽無法通過減壓閥，或是主路檢修需隔離時，通過開啟旁路提供蒸汽。
      2.2 冷凝水回收裝置
 該站共配有3套冷凝水回收裝置，單套裝置的處理水量為40t/h。每套裝置由回水主機罐體、除污器、汽蝕消除器、調壓裝置、凝結水給水泵、液位傳感器、電氣控制柜等七大部分組成。管式換熱器運行過程中形成的冷凝水經疏水器后，先后通過上升管道、水平管道進入回收裝置的主機罐體。此時，首先通過精密過濾器、除污器，把整個管道中的油污、硬質雜質通過機械物理處理，使雜污物通過回收裝置開設的排污閥定期排出。而罐內的凝結水通過汽水分離器使二次汽與飽和凝結水得到分離，進而使二次汽在密閉的罐體內保持一定的空間與凝結水保持相對穩定狀態，然后凝結水通過汽蝕消除器，進入配套使用的給水泵送至廠區管網。
      3、換熱系統簡介
      3.1 管式換熱器
      換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因此要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比較廣泛，主要分為：螺旋板式換熱器、波紋管換熱器、列管換熱器、板式換熱器、管殼式換熱器、容積式換熱器、浮頭式換熱器等。鑒于要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性，因此可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的換熱器有易碎、體積大、導熱差等缺點，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價格過于昂貴，而用不銹鋼制成的換熱器則抗腐蝕性較差，易產生晶間腐蝕。
      該站高溫水汽-水管式換熱器共有２臺，單臺設備的主要參數如下：（1）換熱負荷：32000kW；（2）熱水循環量：550m3/h；（3）供水溫度：130℃；（4）回水溫度：80℃；（5）蒸汽計算壓力：0.2-0.4MPa；（6）蒸汽計算溫度：200℃，設備耐溫按300℃考慮；（7）凝結水出水溫度：≤85℃；（8）耗蒸汽量：48t/h；（9）水側工作壓力：≤1200kPa。該換熱器內部管材質為：不銹鋼。
      管式換熱器的工作原理：
如下圖所示，壓力為0.4~0.6MPa的飽和蒸汽由蒸汽入口進入管式換熱器，經折流板、隔板上下流通，zui終其大部分熱量被熱水吸收，形成凝結水從凝結水出口流出。一次熱水（溫度約為20℃）從熱水入口流進，經過從左向右的換熱管流至封頭，在經過從右向左的換熱管從熱水出口流出，變成二次熱水，二次熱水流向系統，放熱后流回換熱站循環水泵入口，經加壓后再次流向熱水入口，如此反復循環加熱，zui終向用戶提供80~130℃的高溫熱水。
      4、疏水問題
      4.1 換熱初期
      首鋼京唐鋼鐵公司4#換熱站于2008年冬季投產，當時由于大部分外界用戶不具備供暖條件，站外一些采暖管道也未安裝到位等諸多問題，致使4#換熱站無法帶齊所有的高溫用戶，只需要少量的蒸汽，便可以滿足用戶的要求，因此換熱器無法滿負荷正常運行，在這種情況下，由于進入管式換熱器的蒸汽量較少，同時在其內部沒有形成足夠的壓力，導致形成的少量冷凝水經過疏水器后，根本無法通過疏水器后的上升管道回到凝結水箱，zui終在換熱器內的冷凝水逐漸增多，磁翻板液位計長期顯示高液位，而換熱器的換熱效率也開始急劇下降，后期甚至出現嚴重的撞管現象，直接威脅設備的使用壽命。
      4.2 換熱中期
      首鋼京唐鋼鐵鋼鐵公司4#換熱站在2010年冬季隨著廠區內各項工程的結束，站內的高溫管式換熱器幾乎帶齊所有的用戶，換熱器也接近滿負荷運行，換熱過程中形成的凝結水幾乎全部回收。但是換熱站作為平衡全廠管網蒸汽的重要設施，往往需要根據管網蒸汽量，做出適時調整。在管網蒸汽短缺的情況下，換熱器只得間斷性地使用少量蒸汽。通過現場長期觀察，這種情況往往換熱器內的凝結水又開始逐漸增多，磁翻板液位計顯示高液位，換熱效率逐漸下降，出現撞管等現象，威脅設備使用壽命。
      4.3換熱后期
隨著換熱設備及其附屬設備的長期運行，換熱器的疏水器有時會出現工作不穩定的現象，導致換熱器在換熱過程中形成的冷凝水不能完全回收，而是在換熱器內逐漸增多，zui終同樣導致換熱效率下降，出現撞管等現象，威脅設備的使用壽命。
      5、解決辦法
      5.1如上圖所示，在原上升管道與疏水器之間增加兩條回路，其中主路由止回閥、管道泵組成。管道泵與換熱器的三暢磁翻板液位計連鎖，根據現場具體運行情況設置高、低液位管道泵自動啟停，磁翻板液位計的數值上傳至廠區指揮中心，實時遠程監控，同時增設管道泵的緊急停止按鈕。旁路僅設置止回閥。在正常情況下，凝結水可以通過旁路的止回閥順利地回收到凝結水回收裝置中；在非正常情況下，則可以憑借管道泵加壓后，順利回收。
      5.2如上圖所示，在原排污管道的手動閥門下側增加電動閥門。正常運行期間手動閥門處于常開狀態，電動閥門與換熱器的三暢磁翻板液位計連鎖，設置高、低液位自動啟停。此高液位上限應高于管道泵啟動時的上限，作為管道泵檢修時或是冷凝水過多時的后備，從而保證換熱設備的正常運行；此低液位的上限可應略高于管道泵停止時的上限，保證管式換熱器內存有少量的凝結水，減少蒸汽對設備的直接沖擊。
      6、總結
      雖然通過調節手動排污閥可以排出部分凝結水，適當緩解管式換熱器的高液位，但是這種方法既浪費凝結水，又在現場應用中有局限性。閥門開度的大小，直接關系到管式換熱器內凝結水液位的高低，過大會使蒸汽還未完全放熱便直接溢出，過小又會使設備液位逐漸升高，因此往往需要專人在現場反復調節，不僅消耗了大量的人力和物力，實際效果也并不理想。首鋼京唐鋼鐵公司4#換熱站將上述兩種辦法相互結合，在原來的基礎上增加部分設備后，通過2010年冬天的運行檢驗，不僅從根本上解決了大型換熱設備的疏水問題，釋放了人力，而且提高管式換熱器的換熱效率，使設備可以長期、穩定地運行。--首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司 任振宇