除盐水水箱密封方法探讨

摘要:在液体贮存设备中,为防止和减少汽液两相界面发生两相物质交换,防止液体的挥发损失,常常在贮存设备内部安装一所谓“浮顶”装置浮于液体表面,使汽液两相介质隔离,从而达到阻止和减少两相介质交换的目的。目前石化行业各电力单位为防止除盐水贮存过程中发生水质劣化,采用了多种水箱密封预防方法,以保证高参数火电机组的水汽品质。

关键词:除盐水 水箱 密封 覆盖率 适应性

目前,石化行业各电力单位为防止除盐水贮存过程中发生水质劣化,采用了多种水箱密封预防方法,以保证高参数火电机组的水汽品质。随着石化行业高参数火电机组的不断增多,对水汽品质的要求也越来越高。

除盐水水箱密封的必要性

高参数火电机组对补给水的质量要求极为严格,主要控制指标为:补水导电度不大于0.2μS/cm(25℃)、SiO2不大于20μg/L。但除盐水在水箱储存过程中,极易受空气中的二氧化碳、氧和灰尘等污染。除盐水一旦被空气中CO2、O2和灰尘极微量或短时间污染,就会使其品质急剧下降,进而造成热力设备的结垢、腐蚀。空气中的CO2进入除盐水后立即形成各种含碳化合物(H2CO3、HCO3-、CO32-)。除盐水中的这些含碳化合物非常难以清除,即使是向水中加入氨等碱性物质将pH值提高,但只是将CO2转化成(NH4)2CO3等含碳酸根的化合物,具体反应为:CO2+H2O+2NH3=(NH4)2CO3。并没有清除这些溶入的CO2,当除盐水进入热力系统后,仍会使热力设备遭受腐蚀,造成水中Fe、Cu等含量居高不下。因此对除盐水箱实施密封是十分必要的。

除盐水箱密封方法

(一)塑料小球密封法

该工艺20世纪80年代中期引进,80年代末期引用到电力系统,主要解决酸罐酸雾挥发和除盐水箱污染问题。塑料小球密封法就是在水面上覆盖单层或多层塑料小球,隔绝了箱内水面与空气的接触,以达到保持水质的目的。系统简图如图1所示。目前所用的塑料小球已研发至第四代——带边覆盖球、正六角形覆盖球、大球套小球等,该类产品在设计上解决了圆球与圆球之间的空隙问题,理论覆盖率达到95%以上,但在实际运行中存在问题较多,所以此类产品几乎不可能达到设计中“最佳排列”。另外,如果液面不是静态的,液面波动也会引起球本身的运动,从而引起除盐水水质的波动,水位过高或过低时易发生跑球现象,我国绝大多数电厂仍在采用该技术。

(二)碱液呼吸器法

碱液呼吸器法是在除盐水箱的呼吸管上加装一密封呼吸系统,密封呼吸系统由呼吸器和水封组成。系统简图如图2所示。呼吸器的工作原理为外界的空气在受除盐水箱内部液位下降所形成的负压作用下而进入水箱,但在进入水箱前必须先通过吸收液。设计使用的吸收液为30%的NaOH碱液层,碱液与CO2反应式为:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。水封的工作原理为水箱进水时水箱内空气通过水封排向大气,但在水箱吸气时外界大气不能通过水封而进入水箱,实际上它是水箱的排气装置。除盐水箱呼吸器及水封部分是根据除盐水箱有关参数并结合现场设备实际布置情况来设计,对除盐水箱的水渗漏点进行封堵。国内部分电厂除盐水箱采用该技术密封。

(三)氮气密封法

充氮密封法是向水箱上部空间充入并维持一定的氮气压力,使水箱内水不与外界空气发生接触,以防止空气污染,进而达到保持水质的目的。该方法在国外电厂应用较广。

(四)蒸汽密封法

该方法的原理与氮气密封法基本相同。其效果及对安全装置、容器制造要求也都同于氮气密封法。由于用蒸汽代替了氮气,蒸汽在箱内要不断凝结,因而蒸汽运行消耗量大大高于氮气密封法中的氮气消耗量。另外,蒸汽的品质不能低于箱内纯水水质。氮气密封与蒸汽密封系统简图如图3所示。氮气密封法与蒸汽密封法均为利用汽体占据水面上部空间,使水箱内水不与外界空气发生接触,进而防止空气污染,达到保持水质稳定的目的。

(五)组合式浮顶法

组合式浮顶法是在水箱内加一套浮顶,使水箱内水面与空气隔开,从而达到防止箱内水质劣化的目的。浮顶有硬浮顶和软浮顶之分。硬浮顶有金属浮顶和钢架发泡EPS浮顶,均因受制于价格及安装、维护等问题,在国内市场上鲜见。常见的组合式浮顶主要是软浮顶,该浮顶包括不透气的柔性膜、上压环、下压环、浮环(浮块)、底压环以及用于密封周边的密封环,柔性膜和密封环位于上压环和下压环之间,由螺栓穿经所有环体及柔性膜,将它们连接成整体。其主体覆盖物是一层具有足够强度和气密性的膜,使气液两相隔绝,膜下固定的浮环(浮块)使得浮顶浮于液面。因其安装复杂,目前在水箱密封上应用很少。

(六)单层膜式柔性浮顶

我国近年研制的单层膜式柔性浮顶HCKDFD7919是一种新型柔性浮顶。该浮顶要求水箱进水口延长至水箱内15000mm,同时加装45o朝下弯头一个,系统简图如图4所示。单层膜式柔性浮顶是由单层膜本体构成的一个整体,膜质材料为一种抗水汽渗透能力强、密度小、耐腐蚀性强、不透气、延展性好、回弹性好的有机高分子材料。该浮顶具有覆盖效率高、维护量小、使用寿命长、对设备形状及结构适应性强等特性。正常运行条件下,可保证除盐水电导率在0.2μS/cm以下,有效保证储存的除盐水水质。

除盐水箱密封方法比较

一是塑料小球密封法。优点:工艺简单,便于清扫;适应性强;使用寿命接近30年。缺点:很难达到小球的“最佳排列”,所以密封效果不理想;小球易随除盐水跑出,难以保证水质;一般3-5年补球一次。二是碱液呼吸器法。优点:空气隔离效果好。缺点:水箱彻底密封较困难;运行异常时,可能发生水箱吸瘪或碱液吸入水。三是氮气密封法。优点:对除盐水能起到良好的密封作用。缺点:水箱须彻底密封,供氨调节系统需精确自动控制,防止水箱内压力过高或过低;造价及运行费用高。四是蒸汽密封法。优点:对除盐水能起到较好密封效果。缺点:水箱须彻底密封,供汽调节系统需精确自动控制,防止水箱内压力过高或过低,蒸汽消耗量较高;所用蒸汽品质不能低于箱内除盐水品质。五是组合式浮顶法。优点:覆盖效率高;基本解决液面密封问题,密封效果较好。缺点:不适用于球形、卧式及圆柱形水箱;所用螺栓易发生松动及断裂现象;检修拆除后难以重新恢复;与水箱内壁长时间摩擦后,影响内壁涂层或防腐层的使用寿命。一般5年需解体维修,10年需整体更换。六是单层膜式柔性浮顶。优点:覆盖效率高,隔绝空气效果较好;适应性强,表面不规则的水箱均能适应;无组装件,检维修方便;造价及运行费用低廉;使用寿命接近30年。缺点:水箱进水点需考虑在水箱底部或底部的周边范围。

综上,在除盐水水箱的各类密封方法中,以我国近年研制的单层膜式柔性浮顶的性价比最高。该密封方式成本低、适用水箱范围广、隔绝空气效果好、使用寿命长,适合在除盐水水箱密封中应用及推广。结合巴陵石化分公司热电事业部制水情况和水箱特点以及用水单位对所用除盐水的水质工艺指标要求,单层膜式柔性浮顶可作为化水除盐水水箱密封的首选方法。

(作者单位:巴陵石化分公司热电事业部)

参考文献

1、钱达中.发电厂热力设备[M].中国电力出版社,1998.

2、于瑞生,杜祖坤.电厂化学[M].中国电力出版社,2006.

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