CN101115553A - 锅炉进水脱气器方法和设备 - Google Patents

Abstract

将氮气吹扫物流(24)在脱气器运转期间用在脱气器(10)中，用来在锅炉进水(34)供给到锅炉(38)之前，驱散和除去锅炉进水(34)中的氧气和二氧化碳。氮气吹扫物流(24)充分减少了供水系统中的氧气和二氧化碳的量。所述供水系统可以连接到脱气器汽提器或者可以使用换热器加热。受热供水物流也可以被直接送到脱气器水箱(60)。氮气吹扫物流(24)将锅炉进水物流中包含的氧气的量减少到低于7ppb，将二氧化碳的量减少到不可检出的水平。当一个现有的、之前不带有氮气吹扫的脱气器运转时，在不关闭脱气器的情况下，就可以将氮气吹扫用到脱气器上。

Description

锅炉进水脱气器方法和设备

相关申请

本申请要求美国临时专利申请NO.60/633918的优先权和权益(申请日2004年12月7日)。

技术领域

本发明涉及用于石化装置的蒸汽系统。更具体地，本发明涉及利用一种脱气器系统从锅炉进水物流中除去氧气。

背景技术

脱气器广泛应用于石化、精炼和发电工业中。脱气器是一种设备的机械部件，用于在将水供给到锅炉之前，对锅炉进水进行加热和除去锅炉进水中的氧气和二氧化碳。包含在锅炉进水中的氧气和二氧化碳导致蒸汽系统(即锅炉管道，蒸汽管线，冷凝物管线，和传热设备)严重的腐蚀。另外，如果锅炉进水中有氧气，氧气可以造成冷凝器表面腐蚀而漏铜。蒸汽系统漏铜会在蒸汽系统需要进行任何维修焊接时成为一个主要问题。脱气器的应用通过除去氧气和二氧化碳而明显降低蒸汽系统中形成的腐蚀量。

脱气器使用一种机械汽提(stripping)机械装置来释放出包含在锅炉进水中的氧气和二氧化碳。几种类型的用于脱气器的汽提机械装置是市场上可以获得的。在具有高蒸汽容量需求的大型设备中，典型地使用板式脱气器。在具有较低蒸汽需求的小型设备中，使用填料塔或喷雾型脱气器。尽管脱气器能够除去大部分的氧气和二氧化碳，多次使用时，脱气器的汽提能力是不足以除去足够的氧气和二氧化碳来充分最小化蒸汽系统内的腐蚀。

因为脱气器仅仅能够除去一部分锅炉进水中的氧气，许多石化装置中使用通常称为“氧气清除剂”的化学药品来进一步减少锅炉进水中的氧气的量。氧气清除剂的例子包括亚硫酸盐、单宁和腐蚀性的化学药品。氧气清除剂很昂贵，并且可明显增加蒸汽系统的操作成本。

尽管可以利用化学药品，例如氧气清除剂来除去锅炉进水中的氧气，但是大部分装置仍然需要使用脱气器。除了减少导致蒸汽系统腐蚀的成分外，使用脱气器还有另外的好处。脱气器还可以提供一种从锅炉排气或闪蒸蒸汽中回收热的有效方式。脱气器还可以从蒸汽系统中回收冷凝物来减少需要提供给锅炉的补充水量。

存在对一种经济方法的需求，该方法能够除去锅炉进水中的氧气，作为脱气器使用的补充或替代。对该方法而言，另外还除去其他气体，例如二氧化碳将是很有利的，这些气体也导致蒸汽系统内的腐蚀。如果该方法能够用于新脱气器系统和已有的系统，以及特别是现有的、运转中的系统，这也将是有利的。

发明内容

考虑到前述那些，本发明有利地提供一种从锅炉进水物流中除去氧气的方法。该方法包括供给供水物流到脱气器汽提器的步骤，其中该供水物流被加热，并且其中包含的至少一部分氧气和至少一部分二氧化碳被除去。该供水物流沿着脱气器汽提器下降到脱气器水箱中。或者，该供水物流可以通过使用换热器等进行加热并且不使用脱气器汽提器而供给到脱气器水箱中。

然后在脱气器运转期间将氮气吹扫物流供给到脱气器水箱中。氮气吹扫物流由此驱散了供水物流中残存的任何氧气，导致从供水物流中除去了主要部分(substantial portion)的残存氧气，从而产生一种减氧供水物流。氮气吹扫物流还充分除去供水物流中包含的任何残存的二氧化碳。减氧供水物流然后作为其中所含的氧气和二氧化碳充分减少的进水物流供给到锅炉中。在脱气器运转期间保持氮气吹扫物流以除去进水物流中的氧气和二氧化碳。

除了方法实施方案以外，还有利地提供了一种脱气器设备作为本发明的实施方案。

附图说明

附图中：

图1是具有脱气器汽提器的脱气器的局部截面平面图，并且该脱气器在脱气器运转中根据本发明的一个实施方案使用氮气吹扫物流；和

图2是使用换热器供给热水到脱气器的脱气器的局部截面平面图，并且该脱气器在脱气器运转中根据本发明的一个实施方案使用氮气吹扫物流。

虽然本发明将要描述相关的优选实施方案，但是可以理解其目的并非将本发明限定到那样的实施方案中。相反，其目的在于覆盖可包括在通过附加的权利要求所定义的本发明精神和范围之中的全部的可选方案、修改方案和等价方案。

具体实施方式

参考图1，有利地提供一种从锅炉进水物流36中除去氧气的方法。在本发明的一个优选的实施方案中，所述方法包括供给供水物流18到脱气器汽提器14的步骤。供水物流18优选选自软化水供水物流18、冷凝物返回或再循环物流22、外部物流和其组合。不同类型的脱气器汽提器可以用在本发明中。供水物流18可以供给到脱气器汽提器14，脱气器汽提器14可以是雾化塔、板式塔或者填料塔。其他合适类型的脱气器汽提器对本领域技术人员来说是显而易见的，并认为落入本发明范围之内。

为了制造1500psig蒸汽，需要一种高纯度的供水，例如需要软化水以便作为供水物流18。为了制造一种高纯度供水物流18，粗进水物流可以通过脱矿物质树脂床处理来除去阳离子和阴离子，从而得到低于5微摩尔的导电性。由于储存罐置于大气压下，就这点而言，供水物流18仍然被溶解气体量的氧气、氮气和二氧化碳饱和。除了软化水供水物流18、冷凝物返回或再循环物流22也可以供给到脱气器汽提器14中。

两种水源，软化水供水物流18和冷凝物返回物流22(以后共同称为″供水物流18″)，优选在脱气器汽提器14的上部进入脱气器汽提器14中。脱气器汽提器14典型地位于脱气器水箱12的上面，脱气器水箱12也称为锅炉进水储存罐。

一旦在脱气器汽提器14内，包含在供水物流18中的至少一部分氧气和二氧化碳通过与沿着脱气器汽提器14上升的逆向流动蒸汽接触而除去氧气，产生减氧水流28。低压蒸汽物流30优选在脱气器汽提器14的底部送入到脱气器汽提器14中。供水物流18和蒸汽之间的逆流接触发生在一种物质传递机械装置中，例如板式装置或填料装置。至少一部分低压蒸汽物流30从脱气器汽提器14顶部排出，作为脱气器汽提器塔顶物流20，从而从供水物流18中除去溶解的气体。脱气器汽提器塔顶物流20流量是低压蒸汽物流30流量的大约0.5％到大约1.0％。由于溶解度随着供水物流18的水温的升高而降低，因此通过脱气器汽提器14除去的溶解气体的量根据供水物流18的温度的升高程度而变化。脱气器汽提器14优选的运转范围是约20-约45psig。

除了从供水物流18中除去氧气和二氧化碳，在供水物流18和蒸汽之间的逆流接触将供水物流18加热到大约250到大约295的范围，更优选的是在大约260到大约290的范围。减氧水流28沿着脱气器汽提器14下降到脱气器水箱12中。

一旦减氧水流28处于脱气器水箱12中，在脱气器运转中供给氮气吹扫物流24到脱气器水箱12中。氮气吹扫物流24驱散在减氧水流28中的残存氧气，导致减氧水流28中主要部分的残存氧气被除去。氮气吹扫物流24也驱散在减氧水流28中的残存二氧化碳，导致减氧水流28中主要部分的残存二氧化碳被除去。氮气吹扫物流24可以间歇地、基本上连续地、或连续地供给；但是，基本上连续地或连续地供给是优选的。

脱气器水箱12优选在比脱气器汽提器14的压力低约1psig-约3psig的范围内运转，目的是使水处于约17psig-约44psig压力的饱和状态，其与蒸汽表中的约250-约295相对应。

减氧水流28然后作为其中充分减氧的进水物流36供给到锅炉38中。如果需要，可以将脱气器水箱底部物流34使用锅炉进水泵16泵送。在本发明的优选实施方案中，供给减氧水流28到锅炉38的步骤包括供给优选具有小于大约7ppb(份/十亿)的氧气浓度的减氧水流28。进一步地，在一个优选的实施方案中，供给减氧水流28到锅炉38的步骤更优选地包括供给其中基本上不含氧气的减氧水流28。

脱气器水箱12中的水位典型地保持在大约40％到大约70％的范围内，以保证用于供给氮气吹扫物流24到脱气器水箱12中所需的合适的蒸汽空间V。蒸汽空间V位于脱气器水箱12中所含的减氧水流28的上面。

低压蒸汽物流30可以供给到脱气器汽提器14中以助于除去包含在供水物流18中的至少一部分氧气和二氧化碳的步骤。低压蒸汽物流30有利地提供除去包含在供水物流18的至少一部分氧气和二氧化碳所需的至少一部分汽提蒸汽。来自减氧水流28的蒸汽也可以作为返回物流26被输送以提供一种备选的或附加的在脱气器汽提器14中的汽提蒸汽源。

作为使用脱气器汽提器14的备选方案，如图2所示，本发明也有利地提供一种实施方案，包括加热供水物流11以产生受热的供水物流18的步骤。加热供水物流18的步骤可以使用换热器17来完成。其他能够加热供水物流11的合适类型的设备对本领域技术人员来说是显而易见的并且被认为落入本发明的范围内。低压蒸汽物流50可以用于提供加热进水物流11需要的足够的热量。返回的低压蒸汽物流52然后可以返回到脱气器水箱12中。然后将受热的供水物流18供给到脱气器水箱12中。接着，如前面的实施方案中所述，将氮气吹扫物流24供给到脱气器水箱来除去供水物流18中的氧气和二氧化碳，产生锅炉进水物流36，该进水物流36中具有充分减少量的其中所含的氧气和二氧化碳。

作为此外的方法实施方案，受热的供水物流18可以供给到脱气器水箱12中。在这个实施方案中，同其他实施方案中一样，将氮气吹扫物流24供给到脱气器水箱12中以除去包含在受热的供水物流18中的主要部分的氧气，产生锅炉进水物流36，所述进水物流36中具有其中充分减少量的氧气。

除了这里描述的方法实施方案以外，本发明也有利地包括用来除去锅炉进水36的氧气的脱气器设备10。在这个实施方案中，脱气器设备10优选地包括脱气器汽提器14和脱气器水箱12。

脱气器汽提器14机械地除去供给到脱气器汽提器14的供水物流18中的至少一部分氧气和至少一部分二氧化碳。脱气器汽提器14产生了减氧水流28，其沿着脱气器汽提器14下降到脱气器水箱12。如本文中所述，脱气器汽提器14优选是雾化塔、板式塔或填料塔，或类似设备。

脱气器水箱12主要用于储存减氧水流28。脱气器水箱12有利地包括氮或氮气供给连接40，并且可以包括氮气返回连接42，分别用来除去氮气吹扫物流24和除去含氧气的氮气吹扫物流32。氮气供给连接40可以优选是开孔，优选小的开孔，安装在水箱12的上壁表面60中，并且可以包括阀门61。相似地，氮气返回连接42可以优选是开孔，优选小的开孔，安装在水箱12的上壁表面60上，并且也可以包括阀门62。氮气吹扫物流24有利地在脱气器运转中使用来驱散脱气器水箱12中所含的减氧水流28中的残存氧气。作为使用氮气吹扫物流24的结果，从减氧水流28中除去主要部分的残存氧气，形成基本上没有氧气和二氧化碳的锅炉进水物流36。氮气供给连接40和氮气返回连接42位于蒸汽空间V中，该蒸汽空间V位于脱气器水箱12中所含的减氧水流28之上。或者，代替氮气返回连接42，可以使用蒸汽返回物流26，以除去氮气吹扫物流24和除去含氧的氮气吹扫物流32。

实施例1

某个乙烯生产装置当其设备供气系统故障后，经历了生产混乱。该乙烯厂利用脱气器来除去其锅炉进水物流中的氧气和二氧化碳。除了设备供气系统故障外，脱气器汽提器底部的进入蒸汽物流损坏了脱气器汽提器下部的塔板。由于脱气器汽提器的塔板被损坏，锅炉进水中的氧气浓度大大超出了期望值7ppb。作为塔板损坏的后果，检测出氧气含量高达大约300ppb到大约500ppb，阻碍了在其运转中正常的蒸汽-水接触。由于维修塔板将产生高成本的、长期的停工或停线时期，装置的经营者决定推迟维修脱气器汽提器的塔板。如果不采取对策措施，在锅炉进水物流中使用如此高的氧气量的情况下，腐蚀将是一个严重的问题。

大家知道在锅炉进水中的氧气浓度大于7ppb会造成严重的蒸汽系统的腐蚀。本发明的一个目标是将锅炉进水物流36中的氧气量减少到低于7ppb以及将锅炉进水物流36中的二氧化碳也减少到不可检测出的水平。如果提高这些气体中的任何一个气体的量，那么所述蒸汽系统将会遭受严重腐蚀。

为了减少所述蒸汽系统遭受的腐蚀量，使用了更高的氧气清除化学试剂的含量以便保护锅炉以及包含在其中的锅炉换热管道。即使使用额外的氧气清除化学试剂，蒸汽系统中所含的两个表面冷凝器单元还是发生了腐蚀。

已经在脱气器水箱的蒸汽空间采集了气体样品。将该气体样品中的水蒸汽冷凝，将剩余的气体用气体色谱法进行分析。据信氧气和氮气的浓度将追踪1∶4的比例，但是，氧气∶氮气的比例水平接近于1∶2.5。该脱气器水箱是一个水平的容器，如图1中的12，其典型在大约40％到大约70％的水位运转。当装置和脱气器运转时，在水箱的一端，在水箱12的上壁表面60开一个开孔，并插入一个小的阀门61到该开孔中。通过阀门61加入少量氮气吹扫物流(图1)。在水箱12的相对的另一端，安装另外一个阀门62，当脱气器仍然运转时，打开该阀门以使氮气吹扫蒸汽空间。吹扫后，将该锅炉进水液相使用标准CHEMetrics牌色度测试仪来测量溶解的氧气。在该色度测试中，玻璃安瓿中含有二甘醇稀释溶液，当暴露到溶解有氧气的水时，该溶液变为粉红色的色调。在使用氮气吹扫物流之前，该装置使用了0-1000ppb比色图表。在用氮气吹扫蒸汽空间之后，锅炉进水中的溶解氧气的含量下降到远低于5ppb。

作为在脱气器运转中使用氮气吹扫物流的结果，除了锅炉进水物流中较低的氧气含量以外，还观察到其他几种优势。正如这里所讨论的那样，为了减少锅炉进水中氧气的量，该装置已经使用了提高量的氧气清除剂来运转以便抵消锅炉进水中的较高的氧气含量。氧气清除剂的增加使用阻止了该装置绝大部分面积的腐蚀。两个表面冷凝器单元(其在约120-约140，在真空下运转)遭受了海军管道(admiraltytube)的腐蚀，导致冷却水泄漏到蒸汽冷凝物系统中。该泄漏通过每周一次的表面冷凝器样品来测试，该样品检测二氧化硅、水硬度和铜污染物。在表面冷凝器处的腐蚀很快显示出铜腐蚀减少到两年内观察不到的程度。在采取氮气吹扫后，立即采集的每周一次的样品与使用氮气吹扫之前采集的样品相比较，显示出铜腐蚀的显著减少。

其他优势也在该装置中全部显现出来。在应用氮气吹扫之前，需要使用中和胺来控制冷凝返回物或再循环蒸汽的pH。应用氮气吹扫之后，胺的需求减少至少40％。

除减少了用于冷凝返回物pH控制的胺的用量之外，由于氧气含量从300-500ppb下降到低于5ppb，氧气清除化学试剂的需求也减少了80％。最终，现有的脱气器的维修和增加另外的脱气器的计划被推迟直至下一个预定的生产检修期。本发明一个主要的优势是现有的、运转中的包括脱气器的装置在装置和脱气器运转时就可以被改造以便提供氮气吹扫，由此避免了高成本的和费时的装置停工。这样的停工可以造成该装置数百万美元的生产利润的损失。

作为本发明的一个优势，操作带有氮气吹扫的脱气器将显著降低典型的与蒸汽系统的维修相关联的停工期。随着氧气和二氧化碳含量的降低，据信蒸汽系统的腐蚀会显著的降低。

作为本发明另外一个优势，脱气器系统的设计也可以大大简化。因为将不再需要汽提机械装置，没有移动部件的脱气器系统将是可能的，这将大大降低需要用来维修脱气器系统的维修频率。另外，移动部件的取消也将降低典型的与带有汽提塔部分的脱气器的安装相关联的投资成本。

本发明另外一个优势据信是使用本发明可以增加软化水供水物流18的软化水通过脱气器汽提器14的速率。例如，对于最大的通过脱气器汽提器14的软化水通过速率，通常存在于脱气器汽提器14中的塔板和喷射喷嘴典型地被设计成最大的蒸汽/水比例，以便脱气器汽提器14能够将氧气浓度减少到期望的氧气浓度，例如低于约7ppb。如果软化水通过速率超过了最大的设计速率，氧气浓度将会攀升并可以导致腐蚀问题。许多装置，例如石化装置，倾向于使用同样的设备的同时增加通过速率。因此，脱气器汽提器14，在设备寿命期之内，很可能需要关闭并改造以便获得期望的更高速率以备以后使用。据信，使用本发明，通过利用本发明的氮气吹扫来获得更低的氧气浓度，例如低于7ppb，将允许高于脱气器汽提器14设计限度的未来增加的软化水通过速率。这种技术可用来打破脱气器汽提器14的瓶颈。

可以理解本发明不局限于所示和所描述的具体详细说明的结构、操作、具体的材料或实施方案，因为显而易见的修改和相等物对本领域技术人员来说是明显的。例如，脱气器中的内部汽提机械装置可以是塔板、填料或者喷雾机械装置。进一步地，连接到水箱的氮气吹扫供给和返回连接可以以任何方式提供。因而，本发明因此仅受所附权利要求的范围的约束。

Claims (18)

1.一种从锅炉进水物流中除去氧气的方法，包含步骤：

供给供水物流到脱气器汽提器中；

加热供水物流，除去包含在供水物流中的至少一部分氧气和二氧化碳来产生减氧水流，减氧水流沿着汽提器下降到脱气器水箱中；

在脱气器运转中将吹扫氮气供给到脱气器水箱中，由此驱散减氧水流中的残存氧气，导致主要部分的残存氧气从减氧水流中被除去；和

将减氧水流作为充分减少其中所含的氧气的进水物流供给到锅炉中。

2.权利要求1的方法，其中将减氧水流供给到锅炉中的步骤包括供给氧气浓度小于大约7ppb的减氧水流。

3.权利要求1的方法，其中将减氧水流供给到锅炉中的步骤包括供给其中基本不含氧气的减氧水流。

4.权利要求1的方法，其中将供水物流供给到脱气器汽提器的步骤包括将供水物流供给到选自雾化塔、板式塔和填料塔的脱气器汽提器中的步骤。

5.权利要求1的方法，其中供给供水物流的步骤包括供给选自软化水供水物流、冷凝物返回物流、外部物流和其组合的供水物流。

6.权利要求1的方法，另外包括保持所述脱气器水箱里的水位在大约40％到大约70％范围内的步骤。

7.权利要求6的方法，其中供给连续的吹扫氮气到脱气器水箱的步骤包括供给连续的吹扫氮气到位于脱气器水箱中所含的减氧水流上面的蒸汽空间中。

8.权利要求1的方法，另外包括供给低压蒸汽物流到脱气器汽提器中的步骤，用来有助于除去包含在供水物流中的至少一部分氧气和二氧化碳的步骤，所述低压蒸汽物流提供至少一部分汽提蒸汽来除去包含在供水物流中的至少一部分氧气和二氧化碳。

9.一种从锅炉进水物流中除去氧气的方法，包含步骤：

加热供水物流来产生受热供水物流；

供给受热供水物流到脱气器水箱中；

在脱气器运转中将吹扫氮气供给到脱气器水箱中，由此驱散包含在受热供水物流中的氧气，导致主要部分的氧气从受热供水物流中被除去；和

将受热供水物流作为充分减少其中所含的氧气的进水物流供给到锅炉中。

10.权利要求9的方法，其中供给供水物流的步骤包括供给选自软化水供水物流、冷凝物返回物流、外部物流和其组合的供水物流。

11.权利要求9的方法，其中加热供水物流的步骤包括通过与传热物流的热交换接触来加热供水物流，所述传热物流选自冷凝物返回物流、低压蒸汽物流、外部物流和其组合。

12.一种从锅炉进水物流中除去氧气的方法，包含步骤：

供给受热供水物流到脱气器水箱中；

在脱气器运转中供给吹扫氮气到脱气器水箱中，由此驱散包含在受热供水物流中的氧气，导致主要部分的氧气从受热供水物流中被除去；和

将受热供水物流作为充分减少其中所含的氧气的进水物流供给到锅炉中。

13.权利要求12的方法，其中供给受热供水物流的步骤包括供给选自受热软化水供水物流、冷凝物返回物流、外部受热物流和其组合的受热供水物流。

14.一种锅炉进水除氧的脱气器设备，包含：

脱气器汽提器，用来从供给到脱气器汽提器中的供水物流中机械除去至少一部分氧气和至少一部分二氧化碳，脱气器汽提器产生减氧水流，减氧水流沿着脱气器汽提器下降到脱气器水箱中；和

用来储存减氧水流的脱气器水箱，脱气器水箱包括氮气供给连接和氮气返回连接，用于提供氮气吹扫物流来驱散包含在脱气器水箱中的减氧水流中的残存氧气，导致主要部分的残存氧气从减氧水流中被除去。

15.权利要求14的脱气器设备，其中脱气器汽提器选自雾化塔、板式塔和填料塔。

16.权利要求14的脱气器设备，其中所述氮气供给连接和氮气返回连接位于蒸汽空间中，蒸汽空间位于脱气器水箱中所含的减氧水流的上方。

17.一种从具有脱气器的运转中的石化装置的锅炉进水物流中除去氧气的方法，包含步骤：

(a)当装置正在运转时，在所述脱气器的壁表面中形成第一个开孔；

(b)当装置正在运转时，提供氮气供给连接，与第一个开孔呈气体传送关系；和

(c)供给吹扫氮气到脱气器中，以便从锅炉进水物流中除去氧气。

18.权利要求17的方法，包括步骤：

(a)当装置正在运转时，在所述脱气器的壁表面中形成第二个开孔；和

(b)当装置正在运转时，提供氮气返回连接，与第二个开孔呈气体传送关系。

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