石油石化行业锅炉净水除氧技术的运用

路珈 王泽鑫 惠艳蓉

1. 陕西延长石油（集团）延安石油化工厂 陕西 延安 727406

2. 陕西延长石油（集团）延安炼油厂 陕西 延安 727406

对于石油化工企业来说，锅炉进水处理系统长期受氧腐蚀影响，会产生许多小孔型或溃疡性腐蚀，这种腐蚀对锅炉的金属构件会造成严重的破坏，如除氧技术应用效果不佳则会造成设备腐蚀，不仅会影响设备正常使用，甚至还有可能会发生导管爆炸事故，增加企业的生产经营风险。因此为促进企业长久健康发展，并降低企业的经营成本，需要加强对锅炉进水除氧技术的研究，通过技术分析选择最适合企业的除氧技术，为企业锅炉维护管理提供重要支持。

1 研究背景

锅炉是石油化工企业主要的生产设备，在锅炉使用过程中常温常压环境下锅炉进水的溶解氧在7～9mg/L之间，这对于金属设备来说长期处于高氧环境下，如不能及时除氧，就会导致锅炉内壁出现小孔状态腐蚀或溃疡性腐蚀，使锅炉受热面出现大量结垢，影响锅炉的热效能。同时在垢面的腐蚀影响下还会缩短锅炉的使用寿命，严重的情况下甚至会引发管道爆炸等严重的安全事故。因此石油化工企业为保障锅炉长期安全使用，必须定期进行锅炉进水除氧。

根据国家标准相关规定，当工业锅炉进水系统蒸发量大于或等于2t/h或水温高于95°时就必须进行除氧[1]。目前面向我国工业产业需求有许多物理及化学除氧技术，而石油石化行业中比较常用的包括热力除氧、真空除氧等多种常规除氧技术，其应用效果具有一定的局限性。比如在数除氧技术应用过程中会存在耗能高或除氧效果不佳的问题，很容易造成锅炉二次腐蚀或锅炉内部污染等问题。近年来随着我国工业技术的不断发展，也研发出了许多新的抽除氧技术，例如膜分离除氧，作为新技术具有较高的节能性和应用性效果。

随着我国除氧技术的不断进步，目前许多除氧技术都能够为石油石化行业锅炉除氧提供重要支持，但是仍旧有很多企业在选择除氧技术时存在诸多难题，因此需要对各类培除氧技术进行详细分析，指出除氧原理和除氧效果，为石油石化企业锅炉进水除氧技术应用提供重要支持。

2 锅炉除氧途径

近年来随着我国除氧技术的不断发展，锅炉除氧途径也变得更加丰富，主要除氧途径如下。

2.1 物理除氧

物理除氧主要是依托于亨利定律，利用压力与气体之间的溶解度关系，在压力的作用下使空气与氧气的分压力逐渐变小，当水温达到100℃时氧气的分压力则会下降至0，溶解氧也会随之降低。因此伴随着气温不断升高，能够有效减少锅炉中氧的溶解度，使水中的氧气逐渐被排除。当空间氧气分子被排出水面之后，也可被转化成其他气体。目前在石油石化行业物理除氧是比较常用的一种除氧手段，比较常见的有热力除氧、真空除氧和解析除氧等不同方式。

2.2 化学除氧

化学除氧主要是依托于各种化学反应来消除锅炉水中的氧气，使水中的溶解氧能够转变成其他稳定的金属成分或化学化合物，最终将其消除。目前化学除氧的效果十分可靠，而且所使用的设备简单、投资较少，往往在化学除氧工作开展过程中只需要药箱、药泵即可满足工作需求。再加上化学除氧的操作方式比较灵活，因此大部分石油石化企业都会采用这样的除氧方式。但是化学除氧的手段很容易导致水中的除氧药剂残留，难以有效清除，如除氧药剂过量使用还会增加成本。目前比较常用的化学除氧方式包括药剂除氧和钢屑除氧等。

2.3 电化学除氧

电化学除氧方式是一种依托于电化学保护原理的除氧方式，能够使锅炉中的氧化金属物质产生电化学腐蚀反应，最终消耗掉水中的氧化物质。简单来讲电化学除氧的工作原理就是将钠离子交换器处理后的软化水通过计量泵与亚硫酸钠溶液混合，使亚硫酸钠溶液混合进入催化反应器，与罐内的填料催化剂快速产生化学催化除氧反应，最终去除水中的氧气。目前来看这种除氧方式与化学除氧基本类似，都是通过化学物质使锅炉中的氧气产生化学反应，但是与化学除氧方法不同的是，电化学除氧会运用相应的仪器和设备，使除氧更加彻底。

3 石油石化行业锅炉进水除氧技术对比分析

在石油石化行业不断发展过程中，锅炉作为主要设备，应做好其维护管理与使用工作。而锅炉在使用过程中所产生的溶解氧会对锅炉自身造成极大的影响，必须科学应用除氧技术去除锅炉中的溶解氧，保障锅炉能够在良好的状态下持续供热，延长锅炉寿命。目前石油石化工行业比较常用的除氧技术主要如下。

3.1 热力除氧

热力除氧是目前石油石化企业比较常用的一种除氧方式，也被广泛应用于企业蒸汽锅炉水除氧。这一技术主要是依据亨利定律，让锅炉在加热的过程中受到压力的饱和温度影响，从而降低氧气在水中的溶解度，最终达到除氧的效果。目前来看热力除氧能够有效去除锅炉中的二氧化碳、氮气等常见气体，并且在除氧过后不会增加水中的含盐量，对于大部分企业来说这种除氧方式相对安全，也比较简单[2]。但是热力除氧需要使用的蒸汽较多，锅炉热负荷变化十分频繁，难以进行人为干预和及时调整，所以具体的除氧效果无法得到有效保障。而且热力除氧设备占地面积较大，经常需要在室外或室内空旷区域放置除氧设备，导致设备在使用过程中很容易出现冷凝水损失。尤其是在冬季使用时很容易导致蒸汽弥漫，管线附近冻结现象十分严重，如不能及时清理，则有可能会影响设备正常使用，这也给除氧工作带来了许多安全隐患。

当前随着我国石油石化行业的不断发展，其技术能力得到了巨大提升，近年来也出现了很多新的热力除氧技术和储氧除氧设备，取得了良好的应用效果，该技术目前的除氧效果、负荷能力、适应能力均有所提高。因此企业在进行热力除氧的过程中一定要注意技术设备的及时更新，保障除氧效果。

3.2 真空除氧

真空除氧主要是依托于锅炉中水的温度和压力进行除氧工作，简单来讲真空除氧与热力除氧的原理基本相同，但是在具体的操作过程中真空除氧会更加依赖于锅炉中压力，对温度的依赖性较低。在抽样过程中主要是通过减轻锅炉中压力的方式加强含氧水雾化，温度30～60℃之间都可以进行真空除氧，能够实现水面低温状态下除氧。对于热力锅炉及负荷波动较大的蒸汽锅炉均能达到良好的除氧效果。目前真空除氧需要使用蒸汽或电力驱动到喷射式抽气设备才能够达到良好的应用效果，相比起热力除氧，真空除氧设备的占地面积较小，且喷头在使用过程中能够达到良好的雾化效果，扩大了雾化面积，不仅能够有效除氧，还能够改善设备使用条件，即便是在冬季的使用过程中也可以有效避免冻结问题。但真空除氧技术目前仍旧存在一些缺点，比如该设备在使用过程中对相关条件及喷射泵等设备的要求较高，再加上设备中增加了换热设备和循环水箱，设备维护成本较高。

目前真空除氧技术在我国石油石化企业中均得到了有效应用，并取得了良好的除氧效果。随着现代技术的不断发展，近年来石油石化企业在不断探索经济高效的除氧方式，而真空除氧就是被许多石油石化企业选择的最佳除氧方法，这一除氧方法对加热环境的条件要求较低，操作相对便捷，除氧效果较好，因此对于大部分石油石化企业来说是一种比较理想的除氧方式。

3.3 解析除氧

解析除氧同样是基于亨利定律采用的一种除氧方式，可以将锅炉中的气体与含氧水进行混合，使溶解在水中的氧排出气体。在实际除氧工作开展过程中，解析除氧能够将待处理的水通过锅炉除氧泵输送到引射器当中，通过引射器的流通形成一定负压，并将有氧气体吸入，水与无氧气体混合形成有氧气体，在混合的过程中将混合物送入解析器当中，解析器能够对混合物中的氧进行解析，再次将有氧气体扩散到无氧气体当中，带氧气体能够通过解析器进入汽水分离器，经过汽水分离器之后对其进行加热，在温度上升到60℃以上时就会再次进入反应器，与反应器中的还原剂发生反应，重新成为无氧气体。解析除氧设备相对来说耗损较小，能够无限重复使用，达到连续工作的实际效果。目前在解析除氧技术的应用过程中解析除氧设备对安装条件要求较高，设备需要配置单独的地基，并预设钢板保持反应器底部的水平标准，同时还需要在附近安装配电柜。在每次进行氧气解析工作时需要对设备的功率、压力进行详细测定，保障设备能够稳定工作。这一技术在使用过程中不需要使用预热技术，有效减少了蒸汽消耗，而且不需要添加任何化学药品，安全性较高。但是设备的除氧效果不够稳定，在除氧过程中很难调整控制设备的除氧效果，一旦有大量二氧化碳溶入水中还会导致酸腐蚀，这在一定程度上影响了技术的应用效果。

3.4 化学药剂除氧

化学药剂除氧也是目前比较常用的一种除氧方式，该除氧方式需要在锅炉水中投放相应的化学药剂，使化学药剂与水中的溶解氧化物反应之后产生新的化合物并将化合物排出锅炉，最终达到除氧的目的。目前这一技术主要应用于各种中小型锅炉，也可作为热力除氧的补充技术。比较常见的化学药剂除氧主要有三种，一是钢屑除氧，锅炉中的水经过钢屑过滤处理之后，钢屑会被氧化并将水中的氧溶解去除，这种方式需要水温高于70℃，钢屑需要压紧，降低水流流速。相对来说水流流速越低，除氧效果越好，近年来随着除氧技术要求不断提高，钢屑除氧这种方式一般仅作为辅助措施或者是小型锅炉房；二是亚硫酸钠除氧，亚硫酸钠是一种比较有效的除氧剂，这种方式主要是在进水系统中增加亚硫酸钠达到除氧的效果。这种除氧方式投资低、安全性高、操作也十分简单，但是在使用过程中药量不易，控制效果难以保障，而且还会增加锅炉水中的含盐量，增加污染，因此这种方法不会进行大范围的除氧工作，是一种比较常见的辅助除氧方式；三是联氨除氧，目前高压锅炉会采用联氨除氧的方式进行除氧，使联氨与锅炉中的氧发生反应形成氮和水，氮和水能够有效阻止氧对锅炉进一步腐蚀，但是由于连联氨具有一定的毒性，一般不会直接用于锅炉除氧，甚至有很多单位限制使用这一除氧方式，所以也是比较常用的一种辅助除氧手段。

当前在石油石化行业中，化学药剂除氧的方式应用较少，主要是以辅助除氧为主，因为这种除氧方式具有一定污染性和危害性。

3.5 膜分离除氧

膜分离除氧是近年来我国比较常用的一种工业除氧技术，这一技术无论是在除氧效果还是节能效果方面都有非常突出的优势，是除氧技术的最新研发成果。该技术主要是将需要除氧的水通过中空纤维膜进行过滤，中空纤维膜具有较强的渗透率，在过滤的过程中可以达到分离空气的目的，所以能够有效去除水中含有的氧化物。目前这一设备的操作也非常简单，主要是通过微电脑进行控制，设备的自动化程度较高，设备占地面积较小。设备在使用过程中除了基本耗材之外，基本上不需要更换任何零件，设备的使用时间基本上可以超过20年。其设备维护费用也相对较低，再加上除氧效果与其他技术相比具有较大优势，因此这一技术目前被广泛应用于化工企业的锅炉除氧工作。

膜分离除氧技术已经成为工业体系中除氧效果最好的技术之一，再加上其设备占地面积小、维护成本低、管理难度低的优势是大部分石油石化企业的首选技术。但是这一技术也存在缺点，如膜分离技术缺乏良好的耐药性、耐热性和耐溶剂能力，在使用过程中不能对腐蚀性较大的液体进行氧气分离，所以在技术应用过程中也可以融合其他几种除氧技术，达到最佳的除氧效果。

4 结束语

综上所述，目前石油石化行业中比较常用的除氧技术主要包含物理方式、化学方式和电化学方式几种不同类型，主要技术包含热力除氧、真空除氧、解析除氧等5种常见技术。不同技术的除氧效果存在一定差异，为保障企业锅炉除氧效果稳定，应根据实际情况以及技术的不同特点，在实际应用过程中考虑经济价值、实用价值以及污染情况等不同因素选择适合的除氧技术。相对来说，膜分离除氧技术是当前除氧效果比较优异的技术之一，在实际的除氧工作中，也可以搭配多种除氧技术，达到最佳的除氧效果。