磁翻板液位計(jì)參與的乏汽回收技術(shù)在制氫裝置的應(yīng)用

 

前言

            乏汽通常指具有熱勢能的蒸汽在經(jīng)過做功之后，將其熱勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、勢能或其他形式的能量之后產(chǎn)生的剩余蒸汽。由于蒸汽經(jīng)過做功發(fā)生能量轉(zhuǎn)化，其溫度和壓力都變得比較低，其利用價(jià)值就不大，通常直接排放到大氣中。在凡有使用或生產(chǎn)蒸汽的工業(yè)企業(yè)都建有鍋爐，如石化和發(fā)電企業(yè)。蒸汽生產(chǎn)過程中，鍋爐上水的除鹽水含氧量要求極低，通常的做法是采用蒸汽加熱除鹽水消除氧氣的方式進(jìn)行，即采用熱力除氧。這種消除含氧的方式簡單、可靠且效果顯著，但同時(shí)大量的蒸汽也隨著廢氣一同被排放。這些被排放的蒸汽雖然溫度和壓力都比較低，但仍然含有熱勢能，長期排放會(huì)造成大量能源浪費(fèi)。

 

            如果能將這些具有一定熱勢能的蒸汽有效回收加以利用，同時(shí)又能將水中逸出的氣體排去，不僅能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益還可以減少對環(huán)境的熱污染。

 

            煉油部制氫裝置兩臺(tái)除氧器，除氧溫度為 104℃左右，外排乏汽壓力為0.015MPa，除氧器的上水溫度在90℃左右，流量 20t/h 左右，乏汽外排管徑為 DN50，外排乏汽的流量在2t/h左右。大量的蒸汽同氧氣一起被排放到大氣中。因此，將乏汽全部回收利用是十分必要的，給除氧器增上了一套乏氣回收裝置，做好節(jié)能減排、節(jié)能降耗。

 

2 項(xiàng)目實(shí)施的必要性

            本項(xiàng)目屬于節(jié)能減排項(xiàng)目，增上乏汽回收裝置，可將除氧器外排的乏汽 100% 回收，回收水可作為除氧器補(bǔ)水。項(xiàng)目實(shí)施后，不僅可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，還可消除熱污染和噪音污染，是值得實(shí)施的項(xiàng)目。

 

1）改善除氧效果：本裝置采用除鹽水的水為動(dòng)力，并利用原除氧器的排汽對進(jìn)水進(jìn)行除氧，同時(shí)將原定排汽中的氧氣排掉，這就使得安裝本裝置后的除鹽水進(jìn)水中的總氧含量低于安裝前的除鹽水進(jìn)水中的總氧含量。同時(shí)，由于本裝置可將定排的乏汽完全回收，故可得到更優(yōu)質(zhì)的除鹽水。由此可見，本裝置對改善現(xiàn)場熱能浪費(fèi)有很好的作用。

2）降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度和操作危險(xiǎn)：避免職工頻繁上下除氧平臺(tái)操作排汽閥，避免被燙傷的危險(xiǎn)。

3）消除熱污染和噪音污染：安裝本裝置后，很遠(yuǎn)就能看見的“白龍”沒有了，很遠(yuǎn)就能聽見的噪音消除了。

 

            乏汽回收系統(tǒng)是通過對余汽進(jìn)行射吸回收，回收凝液及熱勢能，對其進(jìn)行再次利用。其原理是將補(bǔ)充進(jìn)除氧器的除鹽水改變路由使其進(jìn)入 KLAR 動(dòng)力頭，動(dòng)力頭內(nèi)部由于噴嘴處的縮徑，除鹽水在壓力的作用下通過噴嘴發(fā)生噴射產(chǎn)生負(fù)壓，負(fù)壓使除氧器排放的乏汽被吸入動(dòng)力頭 ，如圖 1 所示，同時(shí)除鹽水和乏汽進(jìn)行熱量交換并混合，即乏汽被冷凝，除鹽水被加熱。然后混合后的流體再進(jìn)入到系統(tǒng)中。這樣利用了乏汽提高了鍋爐的給水溫度的同時(shí)使其得到凝結(jié)，減少除氧器蒸汽量 ，達(dá)到了回收利用乏汽和熱勢能的目的。工藝原理如圖 2 所示。

 

            乏汽回收過程控制的基本任務(wù)是在保證回收系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，有效回收乏汽所帶的余熱。但它的控制系統(tǒng)卻比較簡單，由 XST 系列儀表控制閥位、PLC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液位聯(lián)鎖功能。

 

            XST 系列儀表采用單片機(jī)嵌入式組合設(shè)計(jì)，硬件擴(kuò)充性強(qiáng)，可與各類模擬量輸出的變送器配合，組成溫度、壓力、流量、液位、等測量或控制回路。

 

            乏汽回收系統(tǒng)液位控制采用磁浮子液位變送器，將凝液罐液位信號轉(zhuǎn)換成 4mA ～ 20mA 信號傳給 XST 儀表，XST 儀表設(shè)定零點(diǎn)、量程，既能顯示實(shí)際液位，又能將設(shè)定值和測量值作比較，輸出 4mA ～ 20mA 信號傳給變頻器，因其采用正作用，故液位越高，電流越大，變頻器輸出也就也大，電機(jī)帶動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速就越大。但在實(shí)際應(yīng)用中，XST儀表的控制性能不是很好，參數(shù)整定性能較低，導(dǎo)致液位波動(dòng)較大。因 XST 儀表不能進(jìn)行 PID 參數(shù)整定，只能在變頻器上做文章，zui終將變頻器內(nèi)有關(guān)的升降速的時(shí)間參數(shù)減小，即每次液位將要下降到控制指標(biāo)時(shí)，變頻器的輸出信號不再是升速；而液位將要上升到控制指標(biāo)時(shí)，變頻器的輸出信號不再是降速。從而使原波動(dòng)為 270mm ～ 550mm的范圍，減小到 350mm ～ 450mm 的范圍并呈現(xiàn)周期變化。從而建立了 XST 系列儀表與變頻器間的控制回路，使乏汽回收系統(tǒng)的整體運(yùn)行得到非常好的化的控制。

 

            控制對象系統(tǒng)如圖 3 所示，主要控制參數(shù)包括分離罐液位高報(bào)（LH）、正常液位（L）、液位低報(bào)（LL）以及除氧器壓力（P）。主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為進(jìn)水控制閥（Vi）、變頻控制器（Bf）。液位應(yīng)控制在正常液位（L）附近，偏離 L 則由 XST 儀表控制變頻器，調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，以保持水罐的液位。液位由磁翻板液位計(jì)顯示，并遠(yuǎn)傳到中控室實(shí)時(shí)監(jiān)控。

 

1）當(dāng)分離罐內(nèi)無除鹽水時(shí)，磁翻板液位變送器將信號通過 XST 儀表傳至 PLC 系統(tǒng)，PLC 輸出聯(lián)鎖信號不允許泵啟動(dòng)；微開 Vi 閥，除鹽水液位達(dá)到 LL 以上時(shí)，PLC 輸出信號給 Bf，使泵以變頻器的第一頻率運(yùn)行，這時(shí)泵以較低轉(zhuǎn)速開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）當(dāng)水泵啟動(dòng)后，逐漸打開 Vi 閥，除鹽水通過動(dòng)力頭對乏氣產(chǎn)生射吸。當(dāng)除鹽水液位達(dá)到 L 時(shí)，液位由 XST儀表進(jìn)行控制。

3）當(dāng)液位超過 LH 時(shí)，PLC 輸出聯(lián)鎖信號，讓泵以工頻速度運(yùn)轉(zhuǎn)，并啟動(dòng)備泵，直到液位降至 LH 以下 5s 后，停備泵。為保證控制的平穩(wěn)，若液位已經(jīng)降至 L，直接停備泵。

4）當(dāng)乏汽回收系統(tǒng)不能正常運(yùn)行時(shí)，如除氧器壓力 P超高，通過壓力開關(guān)及 PLC 控制，安全閥（Vs）會(huì)自動(dòng)打開將乏汽排放大氣。

 

6 制氫裝置乏汽回收裝置經(jīng)濟(jì)效益分析

            乏汽回收系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，無需專人操作，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，除氧指標(biāo)合格，乏汽幾乎全部得到回收利用，節(jié)能效益明顯。根據(jù)改造前后各項(xiàng)參數(shù)對比計(jì)算，每年就可節(jié)約成本超百萬元，如表 1 所示。綜述 : 制氫裝置兩臺(tái)除氧器的乏汽通過動(dòng)力頭的射吸作用，將乏汽冷凝成水，共回收乏汽量 2 t/h，按年 8000h，一年節(jié)約冷凝水價(jià)值 17.52 萬元，一年折合節(jié)約標(biāo)煤價(jià)值116.87 萬元， 兩臺(tái)乏汽回收裝置年電耗及維護(hù)費(fèi)、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用合計(jì) 17.87 萬元，設(shè)備采購及安裝建設(shè)投資133.86 萬元，年回收效益 116.52 萬元，約 14 個(gè)月即可收回投資成本。裝置至少可運(yùn)行 10 年以上，10 年經(jīng)濟(jì)總效益將更加明顯 , 可見是值得實(shí)施的項(xiàng)目。

 

7 結(jié)論

            除氧器乏汽回收系統(tǒng)有良好的氧氣分離能力，以保證冷凝水的含氧量不高于待除氧補(bǔ)充脫鹽水中濃度，保證除氧器除氧效果；不僅回收熱能，而且能將冷凝水直接回輸?shù)匠跛到y(tǒng)中 。

 

            總之，乏汽回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠，貼近實(shí)際生產(chǎn)需要，除氧效果良好，電氣智能化程度高，投資少但經(jīng)濟(jì)效益明顯，符合未來發(fā)展趨勢的需要，是一種值得人們?nèi)リP(guān)注的節(jié)能新技術(shù)。