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摘  要：石化化工企业在工艺生产过程中通过富产出大量的低温余热，这些余热如果不被利用将是能源的一种严重浪费，为了解决这个问题，恒力石化在工程设计中，就引入采用低温热水做为热源的技术，通过海水多效降膜蒸发的原理，制取海水淡化水，即解决了能源问题又节约了政府取水。

关键词：低温热水  降膜蒸发  负压闪蒸

一、系统概述

本低温多效蒸发器海水淡化装置是基于热水闪蒸出的蒸汽做为热源的多效蒸馏工艺的水平管降膜式蒸发器，该技术在恒力石化2000万吨/年炼化一体化项目上成功应用，规总规模为45000吨/天，由三套产水规模为15000 吨/天的低温多效海水淡化装置组成。

首先是热水在闪蒸室内进行闪蒸，产生的蒸汽作为热源进入蒸发器的首效，蒸发器换热管外部喷淋海水冷却热源蒸汽并产生二次蒸汽进入下一效，并以此在各效蒸发器中分别产生二次蒸汽，并导入下一效作为动力蒸汽，动力蒸汽与物料海水换热后产生淡水。

首效蒸发器的蒸汽冷凝释放的潜热被后续的各效蒸发器重复利用，在各效蒸发器中换热管外蒸发、换热管内冷凝，产生淡水。

最后，末效产生的蒸汽在凝汽器中冷凝，释放的潜热加热进料海水。经过凝汽器被预热海水送至各效蒸发器。

不凝气体从各个换热管排出并富集在第三效和末效，富集的不凝气经管路送至凝汽器空冷后，最终经蒸发器水环真空泵系统真空系统排出。首效蒸发器和闪蒸室不凝气体直接由首效水环真空泵系统排出。

低温多效海水淡化装置主要包括：蒸发器本体、海水系统、产品水系统、化学加药系统、抽真空系统以及热水系统等。

二、设计说明

三、主要设备介绍：

1蒸发器

蒸发器本体尺寸：43.4mx9.8mx8.9m（包含闪蒸室和凝汽器）。整体装置分为三段，闪蒸室和1～2效为第一段、3～5效为第二段、6～7效和凝汽器为第三段。

蒸发器构成：蒸发器是海水淡化装置的主体换热设备，包含闪蒸室与凝汽器。为便于运行与维护，蒸发器按等面积原则设计，1～7效蒸发器换热面积一致，换热管规格数量及布置方式相同。

蒸发器由以下主要结构单元构成：壳体、换热管束、海水喷淋系统、汽水分离器、水蒸汽通道、前水室及水封装置、淡水连接管、盐水连接管、不凝气抽出口等，，每效蒸发器均设有检修人孔。为了防止浓盐水和淡化水排水产生涡流，造成汽蚀损伤泵，出口处设有防漩格栅。

2闪蒸室

闪蒸室是与蒸发器作为一个整体的装置，其主要是把来的热水在腔室内进水闪蒸，闪蒸出的蒸汽进入到首效蒸发器，同时闪蒸剩余的热水和首效的凝结水同时返回至热水回水管网

3凝汽器

凝汽器是与蒸发器作为一个整体的装置，主要是以海水为冷却介质，将生成的蒸汽冷凝成凝结水，并将海水进一步加热，满足进蒸发器海水温度的要求。

4水泵

单套MED设置工艺水泵包括1台产品水泵、1台浓盐水泵、3台物料水提升泵（包含一台1-5效物料水提升泵和两台6-7效物料水提升泵）、2台热水回水泵（一用一备）、2台热水回水提升泵（一用一备）。

5换热器

换热器采用板式换热器，单套MED设有1台浓海水换热器、一台备用热水换热器。

5.1浓海水换热器

浓海水换热器用于将进入凝汽器的原海水通过浓海水进行升温，同时降低浓海水的排放温度。

5.2备用热水换热器

备用热水换热器用于在海淡装置停机时，将所来的工艺热水通过原海水进行降温至设计温度。

四、主要系统介绍

1热水系统

MED加热热源由炼化厂区热水母管供应，单套MED额定热水流量为2344t/h，压力0.4MPa，温度95℃。热水系统由热水管道、闪蒸室、热水回水泵、热水回水提升泵、备用热水换热器组成。海水淡化设备热水入口管道上设有关断阀，保证海水淡化设备和供水母管的隔离。

海水淡化设备产水量主要由热水来量控制，进入闪蒸室的动力热水流量由热水进水电动调节阀调节。热水进入闪蒸室后进行闪蒸，产生的二次蒸汽进入首效蒸发室，闪蒸的二次蒸汽在首效蒸发器内被冷凝，冷凝水被引入闪蒸室混同剩余的闪蒸热水一起被热水回水泵引出闪蒸室，后进过热水回水提升泵升压后返回炼化厂热水管网系统。

在MED装置停运时，热水进入闪蒸室的管线被切断，进入备用热水换热器的管路阀门打开，热水进过海水的换热降温后，再经过热水回水提升泵升压后返回炼化厂热水官网系统。

2海水系统

海水系统又可分为冷却水系统、物料水系统以及浓盐水系统等。海水系统由供水管道、排水管道、海水自动反冲洗过滤器、换热器、管道及阀门等组成。

海水首先通过自清洗过滤器，经过过滤器之后的海水一路再经过浓盐水换热器后进入凝汽器（同时设置了旁路系统，以调节进入凝汽器的进水温度），从凝汽器出来的海水一路即物料水经过物料水提升泵和6-7效物料水提升泵升压后分别进入1-7效蒸发器，在进入1-5效的物料水还经过了五效回热加热器的升温，进入1-2效的物料水又再次经过了二效回热加热器的升温。物料水喷淋流量对设备安全和设备效率有双重影响，蒸发器喷淋水量过小，会造成换热器表面水膜覆盖不完全，造成设备表面结垢，最终影响换热和损坏设备。如喷淋水量过大，加热蒸汽用于加热物料水至饱和温度的热量消耗过大，用于蒸发的热量减小，同时盐水排放热量增大，造成海水淡化设备总体效率下降。有效的控制物料水量和精确分配各效物料水喷淋量很重要，为此物料水供水干管和各效物料水进水管分别设置了电动调节阀蝶阀和流量测量装置，用于调控总水量和各效的水量分配。另外一路是多余的冷却水排放至其他下游装置用水。

经过自清洗过滤器的海水还有一路进入备用热水换热器，以备MED停运时启动;一路进入抽真空系统的水环真空泵的换热器，用于冷却真空泵的循环冷却液;同时还设置了一路进入冷却水排水管路，用于给炼化厂区其他装置的用水。

浓盐水排放系统采用逐级回流方式，利用各效间的自然压差，浓盐水由第1效逐级排放，最终至第7效，第7效后浓盐水经盐水泵升压后再经过浓盐水换热器后排放。

蒸发器在额定工况下，效间温差3～5℃左右，第1效盐水温度63.7℃，最后一效混合后盐水温度40.7℃。浓盐水从第1效开始逐效回流，最后汇集到第7效，高温效向低温效回流时，效间压力逐渐降低，有少量蒸汽从盐水中闪蒸出来，换热后凝结成淡水。

3产品水系统

产品水系统由逐级回流排水通道、成品水泵、流量调节阀组成。产品水系统用于将产品水汇集，由蒸发器内排出，输送至MED产品水箱。

产品水系统采用逐级回流排放方式，由第1效开始，产品水逐级向下一效蒸发器排放，各效成品水最终汇集至凝汽器热井。进入下一效蒸发器的成品水，由于效内压力下降，高温产品水闪蒸出部分蒸汽，增加了二次蒸汽产量，热量得到回收，效率得到提高。特别是最后几效，汇集水量增大，闪蒸蒸汽量增大。凝汽器凝结水连同蒸发器产水经产品水泵升压，水质合格输送至于MED产品水水箱，若水质不合格，将排放。

设备额定工况产品水量为15000t/d，第7效产品水排放温度为40℃。

4真空系统

抽真空系统分为两部分，一部分是首效水环真空泵系统，一部分是蒸发器水环真空泵系统。首效水环真空泵系统是将闪蒸室内的不凝气抽出并排放至大气。首效水环真空泵系统单套MED配置两套。蒸发器水环真空泵系统是将汇集在凝汽器中的蒸发器内和回热加热器的不凝气抽出并排放至大气。

MED蒸发器、闪蒸室不凝结气体主要有2个汇集点：闪蒸室、1效蒸发器管程不凝气体富集后，通过首效水环真空泵抽出。1-4效蒸发器不凝气在四效富集后，流入凝汽器内，5-7效不凝气逐级汇集到凝汽器;二效回热加热器与五效回热加热器分别经管道引入凝汽器空冷区。汽气混合物在凝汽器内冷凝后，不凝气经蒸发器水环真空泵系统抽出，冷凝其中的夹带蒸汽后排放至大气。

5化学加药系统

5.1 消泡剂加药系统

在温度较高或雨后的海水表面易产生泡沫，带有泡沫的海水喷淋到蒸发管表面会影响热交换，因此需要在补给海水中加入消泡剂。消泡剂能降低海水的表面张力，防止和减少泡沫的产生。每套MED设置1套消泡剂加药单元。单元设置1个加药罐，2台加药泵，1台运行1台备用。消泡剂通过投药泵投加到海水升压泵出口与1#中间换热器间。消泡剂加药系统布置在MED设备下部的泵房内。

5.2 阻垢剂加药系统

在海水受热蒸发过程中，海水中硫化物及氧化物等物质会有部分析出，并粘附在蒸发管上形成垢层，蒸发管表面积垢会严重影响热效率，因此需要在补给海水中加入阻垢剂，阻垢剂的作用是将化合物分子包裹住，不与蒸发管发生接触，达到阻垢的目的。设置1套阻垢剂加药单元。单元设置阻垢剂加药罐和加药泵。加药泵设置2台，1台运行1台备用。加药点通过投药泵投加到海水升压泵出口与1#中间换热器间。阻垢剂加药系统布置在MED水泵泵房内。

五、工艺流程调试

海水淡化装置须在安装验收结束、外部条件具备、单体调试完成、联锁保护试验结束以及其他电气、热控和机务相关工作完成后才能进入调试程序。调试须依照海水系统、抽真空系统、加药系统、动力热水系统以及产品水系统先后顺序进行调试，从而达到整体调试完成的原则进行。

基本工艺流程如下：

热水供水管→MED主体装置（闪蒸器/罐）→热水回系统→系统管网

海水供水管→MED淡化主体装置→产品水泵→炼化厂指定位置

通过对安装验收确认，外部条件确认，单体调试确认环节有序进行，所有水泵、电机、箱体、罐体、自清洗过滤器、阀门以及加药泵等单体须依照厂家所提供的安装调试说明手册进行安装调试，并验收合格。蒸发器系统经抽真空保压实验合格（保压12小时，每小时压降不大于0.5KPa）。

连锁保护环节的逐项审核，从热水系统开始，抽真空系统，自清洗过滤器系统，海水系统及加药系统等。

启动注意事项：首先是海水系统的建立平衡很重要，之后是热水建立热态平衡，最后是投入产品水系统，之后加药系统及液位控制等。

停机方式分为正常停机及紧急停机

正常停机根据启动的步骤反向操作，即原则上先退热水，在停真空系统，最后退加药系统等。当出现异常时需要紧急停机，如：系统动力电源中断，海水中断，热水中断等。

六、常见故障及处理措施

故障处理

6.1换热管泄漏处理

当出现产品水总电导C>10us/cm时，应首先判断导致电导高的所在位置。

高电导位置的判断

（1）首先判断电导表是否已经损坏，要保证仪表的测试准确性。

（2） 各效蒸发器、凝汽器、换热器是导致电导高的主要部位，应当重点关注。另外，工业用水和MED通往产品水箱的管路连接是否存在异常。

（3） 应对各效蒸发器产品水逐一手测电导，对电导Cx>10us/cm的产水所对应的蒸发器进行查漏处理。若各效蒸发器电导皆Cx<10us/cm，应当重点关注备用热水换热器是否存在泄漏，检查措施请依照《换热器检修规范》;若首效蒸发器电导高，可认为首效蒸发器存下泄漏或热水进水水质存在问题，此种情况可分别针对首效蒸发器进行查漏和热水管路系统进行查漏，若其他各校和凝汽器产水电导过高，则分别对各效蒸发器和凝汽器进行查漏检测。

6.2蒸发器和换热器的查漏

（1）换热管检漏应当是停机的状态下进行，并利用水泵将蒸发器内海水全部排空。

（2）手测各效蒸发器产品水电导，将电导Cx>10us/cm的产品水所对应的蒸发器换热管路进行查漏处理。

（3）打开该效蒸发器人孔门和下一效蒸发器人孔门。

（4）打开该效蒸发器二流层水室盖板，并提供内部照明措施。

（5）对该效蒸发器实现喷淋，喷淋流量在额定流量1.2倍即可。

（6）在出现泄漏的换热管进行逐一标记。等待标记完成，即可停止喷淋。

（7）对标记的泄漏换热管用堵头逐一封堵（如换热管破损）或进行补胀。

（8）封堵完成后，将进行再次喷淋检查。依次循环操作，直至不再出现泄露为止。

（9）封闭二流层水室门板，关闭人孔门。至此，换热管泄露检查工作完成。

6.3.3换热器的查漏

先打开一侧介质进出口，另一侧保持试验压力，观察角孔，串液部位会有液体渗漏，标记渗漏部位，并根据表示拆下发生串液的换热板片;对渗漏区域的板片进行透光检测，即在板片后面用强光束照射，仔细观察是否有光透过，（当用透法不能清楚确认时，可用液体渗漏检测法检验，用渗漏检测法检测完的板片必须进行彻底清洗）从而确认板片是否有裂纹、孔、眼等。若发现换热板片有裂纹、孔、眼等，必须更换换热板片。

6.3.4冷凝器的泄漏

（1） 打冷凝器各个人孔，并清理管板，保持清洁。

（2） 对冷凝器壳程通入压缩空气，保持压力在0.005MPa以上，并在管板侧喷刷肥皂水，检查泄漏点并记录。

（3） 对出现泄漏的地方，泄漏换热管用堵头逐一封堵（如换热管破损）或进行补胀。

6.3.5其他地方的泄漏

工业用水管路和另外两套套MED通往产品水箱的管路连接是否存在异常。应该检查管路连接件等相关部位，是否存在损坏。

七、实际运行效果及经济收益

经过几一年多的设计建设调试投运，现海水淡化的产水稳定，水质达到一级除盐水标准。水量满足设计要求。

1、经济效益

目前该项目的投入，已为我公司年节约淡水资源1500万吨水，拆算节省约5250万元（按3.5元/t除盐水计算），同时消耗炼化装置富产热水约7200t/h，拆算节约标煤19.5万吨，拆算节省约2.18亿元（按800元/t原煤计算），效益显著。

2、社会效益

（1）填补空白

（2）为同类炼油装置提供有力借鉴

参考文献

1、众和海淡 《海水淡化运行使用说明书》

2、恒力石化 《公用热工车间系统运行规程》