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摘 要：针对某天然气处理终端蒸汽系统在投产初期及正常生产时运行不稳定现象，通过分析蒸汽系统设备运行原理并跟踪运行数据，找出蒸汽系统运行的故障原因，针对不同的原因提出对应的解决方案。通过在两列除氧器之间增加气相平衡管，将除氧器补水控制方式由间歇式补水改为连续式补水，蒸汽供热系统运行问题得到有效改善，保证了蒸汽系统安全稳定运行。

关键词：天然气 蒸汽系统 除氧器 气相平衡管 控制方式

中图分类号：TL353；TH165.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0095-04

Abstract：During the pilot running and the error-free running period of the steam system in a gas terminal，there are something instable to use the boiler system safely，by analyzing the working principle of steam equipments and keeping track of the operating data， identify the causes of the troubles to run the steam system， put forward the corresponding methods for different reasons.By adding a vapor phase balance pipe between two deaerators and adjusting the demineralized water supply mode from batch to continuous replenishment，the operational problems have been effectively settled，it is safe and stable to running the steam system.

Key Words：Nature Gas；Steam System；Deaerator；Vapor Phase Balance Pipe；Control Mode

珠海某天然气终端是为中海油深水气田配套建设的陆上油气处理终端，项目一期天然气处理能力为80亿m3/年，是国内第一座深水天然气和处理规模最大、装置最复杂、设计理念最先进的海上油气陆岸处理终端。终端部分系统使用蒸汽加热，2014年投产运行以来，蒸汽系统出现过很多运行问题，对蒸汽系统本身运行及工艺系统正常运行造成了一定的影响。通过对蒸汽系统设备运行原理分析及运行参数的跟踪，提出改善蒸汽系统运行状况的有效措施，保障系统生产安全稳定进行。

1 蒸汽系统概况

1.1 终端用热装置及热负荷

该终端蒸汽供热装置主要有：

（1）脱碳系统MDEA再生流程采用饱和蒸汽供热。一期第一阶段天然气脱碳装置规模为50×108 m3/a，按两个系列设计，单套装置处理规模为25×108 m3/a，适应的波动范围15×108 m3/a～33×108 m3/a。

（2）循环水污水处理流程。

（3）蒸汽锅炉系统自用汽以及管网热损耗。

以上用热装置及工艺热负荷见表1。

1.2 终端蒸汽供热装置及供气量

该终端有外输气压缩机3×25MW（一期一阶段最大气量时两运一备），单台压缩机外输压力波动范围7～9 MPa.G烟气量约119 000～166 000 m3/h，燃机排烟温度450 ℃～516 ℃，设计余热锅炉排烟温度为150 ℃，回收余热量在20～35 t/h之间，见表2。

2 蒸汽供热系统前期问题及解决措施

2.1 除氧器不能同时投用

锅炉系统调试初期，两个除氧器液位不平衡，除氧器供水控制难以实现平稳，两列除氧器不能同时投用。经观察分析，两列除氧器难以同时运行的根本原因在于两列除氧器的压力不一，导致两列除氧器液位不一致，难以实现自动控制。后经改造，在两列除氧器之间增加气相连通管，平衡两列除氧器压力，通过液相连通管，两列除氧器液位得以平衡，最终实现两列除氧器同时投用，且可实现自动控制。

2.2 蒸汽锅炉运行模式切换

蒸汽供热系统运行初期，蒸汽锅炉承担主要供热负荷，设定锅炉出口蒸汽压力值以控制蒸汽锅炉负荷值。余热锅炉与蒸汽锅炉控制方式一致，通过锅筒出口蒸汽压力控制余热锅炉烟道三通挡板开度实现自动控制，压力设定值高于蒸汽锅炉压力设定值10 kPa.G。这种运行模式下，蒸汽锅炉提供大部分蒸汽，余热锅炉补充蒸汽缺口，蒸汽锅炉日消耗的燃料气量大，而余热锅炉却不能充分释放热负荷，三通挡板阀开度在30%～50%之间，外输气压缩机尾气热量没有得到充分利用。

通过跟厂家沟通，用蒸汽管网压力的开关量控制蒸汽锅炉间歇性启停，当蒸汽管网压力降低到启炉设定值时，蒸汽锅炉启动，并在管网压力到达停炉设定值时，停运蒸汽锅炉。余热锅炉仍用压力控制并承担主要供热负荷。在这种运行模式下，余热锅炉承担主要供热负荷，三通挡板阀保护开度90%以上（大部分时间全开），蒸汽锅炉根据管网压力值实现自动控制。当蒸汽管网压力低至启炉设定值时，蒸汽锅炉启动，补充蒸汽缺口。当蒸汽管网压力上升到停炉设定值时，蒸汽锅炉停运。相比于初期运行模式，减少了运行时间，降低了运行负荷，从而减少了燃料气消耗，也增加了外输气压缩机尾气的利用率。

由图2可以看出，二月底蒸汽锅炉切换运行模式之后，余热锅炉承担主要的热负荷，平均每外输一万方天然气蒸汽锅炉消耗的燃料气量急速降低。四月中下旬，随着终端外输气量不断增加，余热锅炉供给的最大热负荷已经不能满足蒸汽用热要求，此时平均每外输一万方天然气蒸汽锅炉消耗的燃料气量开始逐渐增加，但仍然远远低于初期运行模式的燃气消耗量。

3 蒸汽供热系统当前问题及解决方案

3.1 除氧器除氧效果不好

3.1.1 问题分析

根据道尔顿定理（气体分压定律）可知：某一气体在气体混合物中产生的分压等于它单独占有整个容器时所产生的压力；而气体混合物的总压强等于其中各气体分压之和。另外，亨利定律指出：当温度一定时，气体在液体中的饱和浓度与液面上该气体的平衡分压成正比。当水被定压加热时，水蒸发的蒸汽量不断增加，使液面上水蒸气的分压力升高，其他气体的分压力不断降低，从水中逸出后及时排出。当水加热至除氧器压力下的饱和温度时，水蒸气的压力就会接近水面上的全压力，此时水面上其他气体的分压力将趋近于零，于是溶解在水中的气体将会从水中逸出而被除去。

由此可知，要除去水中的氧气必须满足3个条件：

（1）水必须加热到除氧器工作压力下的饱和温度。

（2）必须把水中逸出的气体及时排走，以保证液面上氧气及其他气体的分压力减至零或最小。

（3）被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积，蒸汽与水应逆向流动。

终端采用大气式热力喷雾除氧器，除氧器由脱气塔（除氧头）和贮水箱（除氧水箱）组成，脱盐水（软化水）经管道送入除氧头由喷头喷成雾状细滴，再经填料层落至除氧水贮水箱，蒸汽由下而上与雾状水滴逆流接触并加热水滴。由于除氧水喷成雾状，蒸汽与水的接触面增大，加热效果明显。除氧头换热传质传热之后，除氧水能够达到除氧器工作压力下的饱和温度，水蒸气的压力接近水面上的全压力，氧气等其他气体的分压基本上为零，能够顺利地从脱盐水中分离，除去的氧气等气体和部分蒸汽由顶部排气管排出。

但是，由于除氧器补水控制方式为开关量控制。当除氧器液位达到低液位时，通过液位控制器控制凝结水泵或者除盐水泵给除氧器补水。补水或来自凝结水罐的蒸汽凝结水，或来自除盐水罐的除盐水。补水在短时间内流量过大，蒸汽不能充分加热雾状水滴，且大量补水进入除氧水箱，加热蒸汽短时间内不能充分加热水箱内除盐水，会造成整个除氧水箱内的脱盐水的温度降低，达不到工作压力下的饱和温度，造成除氧器除氧效率降低，从而导致除氧水含氧量不满足要求（国标要求值：≤0.1，化验值：2.0）。可能会增加管线、设备的腐蚀速率。

3.1.2 解决措施

由问题分析可知，正常情况下，大气式热力喷雾除氧器除氧效果明显，能够满足锅炉水的氧含量要求。然而，由于除氧器补水控制问题（液位开关量控制凝结水泵/除氧水泵启停），导致在补水时，短时间内补充水量过大，造成除氧头中蒸汽不能充分加热喷雾水滴。工作压力下，除氧水箱内的温度达不到操作条件下的饱和温度，水蒸气压力不能无限接近水面全压力，影响除氧器除氧效果。要改善除氧器除氧效果，需要保证除氧器补水量恒定，且量不能太大。

措施一：将除氧器补水控制改为模拟量控制，除氧器液位输出的模拟量来控制凝结水泵（或除氧水泵）的变频运行频率，从而维持除氧器液位在一个恒定的液位值附近，进而可以保证除氧器补水量恒定。

措施二：将除氧水泵、凝结水泵出口管线汇集到一根汇管上，并在除氧器补水汇管上增加一台液位调节阀，通过除氧器液位变送器传输的液位值模拟控制该液位调节阀的开度以保证除氧器液位维持在恒定值，从而保证除氧水补水量恒定。

3.2 二次蒸汽回收利用率低

3.2.1 问题分析

由于脱碳系统再生塔底重沸器与凝结水分离器设计高差不足，蒸汽凝结水不能顺利回流至锅炉水处理系统，堵塞在管道内的凝结水致使重沸器蒸汽通过量不足，热负荷不能满足MDEA再生温度要求，MDEA再生不合格。此时，经验做法是通过调整凝结水分离器顶部4”闸阀来调整重沸器管程进出口压差，以实现蒸汽流动。但是由于调整不精确，很多时候容易调整过量，此时蒸汽通过量大，大量未换热蒸汽进入凝结水系统，跟凝结水一起回到锅炉水处理系统的凝结水箱。此时的凝结水温度很高，二次蒸汽大量进入除氧气，导致除氧器压力升高，会造成以下3个结果。

（1）背压太高，凝结水泵（或除盐水泵）补充水进入除氧器困难。

（2）过量的温度较高的汽、水流进入除氧器，产生自生沸腾现象，高温汽、水混合物汽化产生的蒸汽量已满足加热蒸汽的需要，使进入除氧器的主凝结水不需要回热抽汽加热就能沸腾。除氧器内部汽与水的逆向流动遭到破坏，除氧器中形成蒸汽层，阻碍气体的逸出，使除氧效果恶化。同时除氧器内压力升高，排汽增大，工质和热量损失增大。

（3）大量高温凝结水进入凝结水泵，也会造成凝结水泵的汽蚀。

为了避免出现以上问题，现场实际操作是将大部分二次蒸汽通过低点排凝管线直接排掉，不仅造成蒸汽热量浪费，也浪费了水资源和燃料气资源。

3.2.2 解决措施

尽快调整脱碳系统再生塔底重沸器与凝结水分离器之间的安装高度差。实现蒸汽凝结水顺利回流，从而减少人为调整凝结水分离器顶部4”阀门来控制重沸器管程进出口压差，以促进蒸汽凝结水的强制流动。当回水温度稳定，二次蒸汽压力稳定，即可防止二次蒸汽进入除氧器造成问题分析中的一系列不正常工况。

4 结语

（1）两列除氧器同时运行时，需要保证两列除氧器的压力值相等，否则会导致两列除氧器的液位不平衡，不能实现除氧器补水自动控制。

（2）要保证除氧器的除氧效果，需要保证除氧器中水的温度达到除氧器工作压力下的饱和温度，使得水中溶解的氧气能够逸出。这就需要保证除氧器补水必须小量且持续，因此需要将除氧器的补水方式由间歇式大量补水改为连续式小量补水，实现的途径是将补水泵的控制方式改为变频控制，或者在补水泵出口设置液位调节阀，确保补水量恒定。

（3）二次蒸汽大量进入除氧气，导致除氧器压力升高，导致除氧器背压过高影响除氧器补水，其他条件不变的情况下，要保证除氧器效果需要提升除氧器的温度，消耗大量的蒸汽。要维持除氧器正常的工作压力则需要将大量二次蒸汽放空，不仅浪费蒸汽余热，还浪费了大量的水资源。要改善这个问题需要将蒸汽回水系统流程进行改造，保证回水压差稳定，不仅有利于工艺系统温度正常，还能保证回水温度维持稳定。

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