磁翻板液位计在钢铁厂换热设备疏水问题及解决办法

          目前，一些换热站的大型换热设备，以管式换热器为例，一般集中布置，上层为换热设备本体，下层为冷凝水回收装置，这样既节省占地面积，又方便冷凝水回收。但是近年来，一些换热站将换热设备、冷凝水回收装置等设备共同布置在一个水平面上，此时如何使这些换热设备在蒸汽不断变化的情况下，形成的冷凝水仍可以正常回收，面临着新的挑战。本文主要讨论此问题的解决办法。
               
      首钢京唐钢铁公司为满足钢铁厂正常的生产需要，在厂区内设置集中采暖站所5座，分别为1#、2#、3#、4#、5#换热站，分布于全厂，主要负责对全公司内各有关生产和生活与管理设施建筑进行采暖所需要的高、低温热水的供应，同时兼顾平衡管网蒸汽用量。各换热站主要的换热设备为汽-水式管式换热器，蒸汽在各换热器中放热后产生的冷凝水，全部回收送至厂区各工艺设备做为生产用水。但是当管网、用户等外界原因造成进入管式换热器的蒸汽量较少、压力较低时，致使换热过程中形成的凝结水无法回收，在管式换热器内逐渐增多，凝结水液位持续偏高，换热效率急剧降低，其中尤以大型换热器更为严重。为此本文以首钢京唐钢铁公司4#换热站为例，对现场两台QTQH-W-N-32MW型高温汽-水换热器总结分析后，提出了一种全新的解决换热器疏水问题的新方法，以适应外界蒸汽的不断变化。
      1、水系统简介
      1.1 补水箱
      站内设置一个补水箱，补水箱容积为20m3，具体尺寸为3000×3000×2500mm，补水箱设有进水口、排污口、溢流口、箱顶人孔、液位计接口及水泵进水口等必要接口及内、外爬梯，底部设有隔栏。其中进水口配有自动浮球阀，浮球阀可根据水箱液位自动开闭。底部隔栏可以有效地过滤水箱内的硬性杂质。该水箱用于缓冲系统水流量的变化，防止水流量波动较大时，影响供暖系统的正常运行。
      1.2 自动变频恒压定压补水装置
 该站设一套自动变频恒压定压补水装置，含变频补水泵2台，变频控制箱1套，单台水泵主要参数如下：（1）流量：20m3/h；（2）扬程：58.8m；（3）电机功率：11kW/380V；（4）输送水温：≤40℃；（5）环境温度：5℃～40℃；（6）工作压力：≤1000kPa。该装置的运行方式有手动、自动两种，自动时可根据现场实际运行情况自行设置相关参数。在供暖系统稳定运行期间，一般设置为自动补水，水泵一用一备，两个水泵按照设定时间自动切换运行，装置通过安装在与系统相连管道上的压力传感器，检测系统压力，并将数据上传至内部的CPU，通过比对预设参数，来控制变频补水泵的启停。当系统压力等于已经设置的压力参数时，水泵停止运行，进入休眠期，待系统压力降低时，再次变频启动。同时该装置设置有自动泄压阀，当系统压力超过预设参数时，装置将通过自动泄压阀泄压，以此来维持系统的恒压。
      1.3 循环水泵
      该站共设3台ISR200-150-440型卧式高温热水循环泵，正常工作时两用一备，每台水泵的主要参数如下：（1）流量：550m3/h；（2）扬程：54.5m；（3）所配电机功率：132kW/380V；（4）工作温度：≤100℃；（5）工作压力：≤1200kPa。水泵采用弹性联轴器连接。配标准轴承，水泵叶轮青铜材质、耐腐蚀；泵体树脂砂铸造，泵轴采用不锈钢材质。其中泵的转子及其主要的旋转部件均进行了静平衡和动平衡试验。静平衡精度不低于GB9239中的G6.3级，动平衡精度不低于GB9239中的G2.5级。泵的振动在无汽蚀运转条件下测量，轴承处的振动值符合JB/T8097的规定。水泵的启动方式分为就地启动和远程启动两种方式。
      2、蒸汽系统简介
      2.1 蒸汽管道
      该站的蒸汽管道主路由一次电动切断阀、Y型过滤器、减压阀、电动调节阀、二次手动阀等五大部分组成；旁路只设置一道手动阀。正常情况下，厂区管网蒸汽通过主路进入管式换热器。电动切断阀用于紧急情况下快速、可靠地切断蒸汽源。Y型过滤器用于过滤蒸汽携带的硬质杂质。杂质可通过设备自带的排污口定期排出。三畅减压阀通过调节其自身的调压螺栓，来调整进入管式换热器的蒸汽压力，以保证进入管式换热器的蒸汽在允许的正常压力范围内波动。电动调节阀一般设置为远程操作，厂区中心调度通过远程调节阀的开度，来控制进入管式换热器的进汽量，以适时地调整供暖温度。二次手动阀正常工作时处于全开状态，其主要用于电动调节阀退出运行后调节蒸汽量。旁路阀门一般处于常闭备用状态，当管网压力过低蒸汽无法通过减压阀，或是主路检修需隔离时，通过开启旁路提供蒸汽。
      2.2 冷凝水回收装置
 该站共配有3套冷凝水回收装置，单套装置的处理水量为40t/h。每套装置由回水主机罐体、除污器、汽蚀消除器、调压装置、凝结水给水泵、液位传感器、电气控制柜等七大部分组成。管式换热器运行过程中形成的冷凝水经疏水器后，先后通过上升管道、水平管道进入回收装置的主机罐体。此时，首先通过精密过滤器、除污器，把整个管道中的油污、硬质杂质通过机械物理处理，使杂污物通过回收装置开设的排污阀定期排出。而罐内的凝结水通过汽水分离器使二次汽与饱和凝结水得到分离，进而使二次汽在密闭的罐体内保持一定的空间与凝结水保持相对稳定状态，然后凝结水通过汽蚀消除器，进入配套使用的给水泵送至厂区管网。
      3、换热系统简介
      3.1 管式换热器
      换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛，主要分为：螺旋板式换热器、波纹管换热器、列管换热器、板式换热器、管壳式换热器、容积式换热器、浮头式换热器等。鉴于要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性，因此可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的换热器有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，而用不锈钢制成的换热器则抗腐蚀性较差，易产生晶间腐蚀。
      该站高温水汽-水管式换热器共有２台，单台设备的主要参数如下：（1）换热负荷：32000kW；（2）热水循环量：550m3/h；（3）供水温度：130℃；（4）回水温度：80℃；（5）蒸汽计算压力：0.2-0.4MPa；（6）蒸汽计算温度：200℃，设备耐温按300℃考虑；（7）凝结水出水温度：≤85℃；（8）耗蒸汽量：48t/h；（9）水侧工作压力：≤1200kPa。该换热器内部管材质为：不锈钢。
      管式换热器的工作原理：
如下图所示，压力为0.4~0.6MPa的饱和蒸汽由蒸汽入口进入管式换热器，经折流板、隔板上下流通，zui终其大部分热量被热水吸收，形成凝结水从凝结水出口流出。一次热水（温度约为20℃）从热水入口流进，经过从左向右的换热管流至封头，在经过从右向左的换热管从热水出口流出，变成二次热水，二次热水流向系统，放热后流回换热站循环水泵入口，经加压后再次流向热水入口，如此反复循环加热，zui终向用户提供80~130℃的高温热水。
      4、疏水问题
      4.1 换热初期
      首钢京唐钢铁公司4#换热站于2008年冬季投产，当时由于大部分外界用户不具备供暖条件，站外一些采暖管道也未安装到位等诸多问题，致使4#换热站无法带齐所有的高温用户，只需要少量的蒸汽，便可以满足用户的要求，因此换热器无法满负荷正常运行，在这种情况下，由于进入管式换热器的蒸汽量较少，同时在其内部没有形成足够的压力，导致形成的少量冷凝水经过疏水器后，根本无法通过疏水器后的上升管道回到凝结水箱，zui终在换热器内的冷凝水逐渐增多，磁翻板液位计长期显示高液位，而换热器的换热效率也开始急剧下降，后期甚至出现严重的撞管现象，直接威胁设备的使用寿命。
      4.2 换热中期
      首钢京唐钢铁钢铁公司4#换热站在2010年冬季随着厂区内各项工程的结束，站内的高温管式换热器几乎带齐所有的用户，换热器也接近满负荷运行，换热过程中形成的凝结水几乎全部回收。但是换热站作为平衡全厂管网蒸汽的重要设施，往往需要根据管网蒸汽量，做出适时调整。在管网蒸汽短缺的情况下，换热器只得间断性地使用少量蒸汽。通过现场长期观察，这种情况往往换热器内的凝结水又开始逐渐增多，磁翻板液位计显示高液位，换热效率逐渐下降，出现撞管等现象，威胁设备使用寿命。
      4.3换热后期
随着换热设备及其附属设备的长期运行，换热器的疏水器有时会出现工作不稳定的现象，导致换热器在换热过程中形成的冷凝水不能完全回收，而是在换热器内逐渐增多，zui终同样导致换热效率下降，出现撞管等现象，威胁设备的使用寿命。
      5、解决办法
      5.1如上图所示，在原上升管道与疏水器之间增加两条回路，其中主路由止回阀、管道泵组成。管道泵与换热器的三畅磁翻板液位计连锁，根据现场具体运行情况设置高、低液位管道泵自动启停，磁翻板液位计的数值上传至厂区指挥中心，实时远程监控，同时增设管道泵的紧急停止按钮。旁路仅设置止回阀。在正常情况下，凝结水可以通过旁路的止回阀顺利地回收到凝结水回收装置中；在非正常情况下，则可以凭借管道泵加压后，顺利回收。
      5.2如上图所示，在原排污管道的手动阀门下侧增加电动阀门。正常运行期间手动阀门处于常开状态，电动阀门与换热器的三畅磁翻板液位计连锁，设置高、低液位自动启停。此高液位上限应高于管道泵启动时的上限，作为管道泵检修时或是冷凝水过多时的后备，从而保证换热设备的正常运行；此低液位的上限可应略高于管道泵停止时的上限，保证管式换热器内存有少量的凝结水，减少蒸汽对设备的直接冲击。
      6、总结
      虽然通过调节手动排污阀可以排出部分凝结水，适当缓解管式换热器的高液位，但是这种方法既浪费凝结水，又在现场应用中有局限性。阀门开度的大小，直接关系到管式换热器内凝结水液位的高低，过大会使蒸汽还未完全放热便直接溢出，过小又会使设备液位逐渐升高，因此往往需要专人在现场反复调节，不仅消耗了大量的人力和物力，实际效果也并不理想。首钢京唐钢铁公司4#换热站将上述两种办法相互结合，在原来的基础上增加部分设备后，通过2010年冬天的运行检验，不仅从根本上解决了大型换热设备的疏水问题，释放了人力，而且提高管式换热器的换热效率，使设备可以长期、稳定地运行。--首钢京唐钢铁联合有限责任公司 任振宇