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(jié)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(zhàn)。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(chǎn)需要，在廠區(qū)內(nèi)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(nèi)各有關生產(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)生的冷凝水，全部回收送至廠區(qū)各工藝設備做為生產(chǎn)用水。但是當管網(wǎng)、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(nèi)逐漸增多，凝結水液位持續(xù)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(xiàn)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(tǒng)簡介
      1.1 補水箱
      站內(nèi)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(nèi)、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(jù)水箱液位自動開閉。底部隔欄可以有效地過濾水箱內(nèi)的硬性雜質(zhì)。該水箱用于緩沖系統(tǒng)水流量的變化，防止水流量波動較大時，影響供暖系統(tǒng)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(shù)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(huán)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(jù)現(xiàn)場實際運行情況自行設置相關參數(shù)。在供暖系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)相連管道上的壓力傳感器，檢測系統(tǒng)壓力，并將數(shù)據(jù)上傳至內(nèi)部的CPU，通過比對預設參數(shù)，來控制變頻補水泵的啟停。當系統(tǒng)壓力等于已經(jīng)設置的壓力參數(shù)時，水泵停止運行，進入休眠期，待系統(tǒng)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(tǒng)壓力超過預設參數(shù)時，裝置將通過自動泄壓閥泄壓，以此來維持系統(tǒng)的恒壓。
      1.3 循環(huán)水泵
      該站共設3臺ISR200-150-440型臥式高溫熱水循環(huán)泵，正常工作時兩用一備，每臺水泵的主要參數(shù)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(lián)軸器連接。配標準軸承，水泵葉輪青銅材質(zhì)、耐腐蝕；泵體樹脂砂鑄造，泵軸采用不銹鋼材質(zhì)。其中泵的轉(zhuǎn)子及其主要的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)條件下測量，軸承處的振動值符合JB/T8097的規(guī)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(tǒng)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(diào)節(jié)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(qū)管網(wǎng)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(zhì)雜質(zhì)。雜質(zhì)可通過設備自帶的排污口定期排出。三暢減壓閥通過調(diào)節(jié)其自身的調(diào)壓螺栓，來調(diào)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(nèi)波動。電動調(diào)節(jié)閥一般設置為遠程操作，廠區(qū)中心調(diào)度通過遠程調(diào)節(jié)閥的開度，來控制進入管式換熱器的進汽量，以適時地調(diào)整供暖溫度。二次手動閥正常工作時處于全開狀態(tài)，其主要用于電動調(diào)節(jié)閥退出運行后調(diào)節(jié)蒸汽量。旁路閥門一般處于常閉備用狀態(tài)，當管網(wǎng)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(diào)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(jīng)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(zhì)雜質(zhì)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(nèi)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(nèi)保持一定的空間與凝結水保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，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(qū)管網(wǎng)。
      3、換熱系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)如下：（1）換熱負荷：32000kW；（2）熱水循環(huán)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(cè)工作壓力：≤1200kPa。該換熱器內(nèi)部管材質(zhì)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(jīng)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(jīng)過從左向右的換熱管流至封頭，在經(jīng)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(tǒng)，放熱后流回換熱站循環(huán)水泵入口，經(jīng)加壓后再次流向熱水入口，如此反復循環(huán)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(chǎn)，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(nèi)部沒有形成足夠的壓力，導致形成的少量冷凝水經(jīng)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(nèi)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(xiàn)嚴重的撞管現(xiàn)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(qū)內(nèi)各項工程的結束，站內(nèi)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(wǎng)蒸汽的重要設施，往往需要根據(jù)管網(wǎng)蒸汽量，做出適時調(diào)整。在管網(wǎng)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(xiàn)場長期觀察，這種情況往往換熱器內(nèi)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(xiàn)撞管等現(xiàn)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(xiàn)工作不穩(wěn)定的現(xiàn)象，導致?lián)Q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(nèi)逐漸增多，zui終同樣導致?lián)Q熱效率下降，出現(xiàn)撞管等現(xiàn)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(jù)現(xiàn)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(shù)值上傳至廠區(qū)指揮中心，實時遠程監(jiān)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(cè)增加電動閥門。正常運行期間手動閥門處于常開狀態(tài)，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(nèi)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(diào)節(jié)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(xiàn)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(nèi)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(xiàn)場反復調(diào)節(jié)，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(wěn)定地運行。--首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司 任振宇