水浴式汽化器节水降耗研究与应用

杨晓娟，唐新亮，张 云，程小勇，景旭升

（华亭华煤清能煤化工有限责任公司，甘肃平凉 744100）

0 前言

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行业、天然气等行业的主要设备之一，在相关领域应用广泛，水浴式汽化器也属于换热器的一种，用于气化液氧、液氮、天然气等气体[2]。水浴式汽化器根据对壳程内的水加热的形式不同，可分为蒸汽加热式水浴式汽化器、热水加热式水浴式汽化器，及电加热式汽化器。蒸汽加热式水浴式汽化器应用较为广泛，因其占地面积小、结构紧凑、热源稳定、平稳耐用和投资小等优点，但其有一个重要缺点是在运行期间需要不断的补充一次水保持溢流状态，保证水浴式汽化器内的管束处在全浸状态，才能够充分的进行换热。近年来，国家及公司倡导“节水减排”。我车间积极践行“节水减排”工作，经过对生产现场各排放口排查、梳理，发现水浴式汽化器长流水问题必须得到解决，根据一系列分析、探索，得出对水浴式汽化器增加一台液位计，将液位控制在不低于管束高点位置以上的范围内，即可满足水浴式汽化器使用要求，也达到了“节水减排”的目的。

1 研究与应用

1.1 背景与问题描述

为积极响应公司“节水减排”要求，加大对现场长流水、无规律排放等突出问题的整改力度，我公司对现场装置进行了整体摸排。针对空分装置存在的水浴式汽化器在投用期间需不断补充一次水，保证水浴式汽化器在满液位状态保持溢流，以确保中压氮泵正常运行外送的长流水情况，进行了讨论研究。为解决水浴式汽化器投用期间溢流水排水的突出问题，提出了对水浴式汽化器节水改造。

图1 改造前的水浴式气化器设备图1.氮气出口管；2.热水分布管；3.上环形支管；4.外循环管路；5.汽化管束；5a.螺旋单管；6.隔板；7.筒体；8.支撑架子；9.下环形支管；10.循环水泵；11.锥盖；12.外管；13.内管；13a.法兰；14.浮球；15.出液孔；16.分配孔；17.蒸汽入口管；18.进液管[2]

1.2 水浴式汽化器

水浴式汽化器是石油化工、煤化工、冶金行业、天然气等行业的主要设备之一，在相关领域应用广泛，其主要优点有以下几个方面：

（1）热源采用蒸汽间接加热方式，首先向水浴式汽化器通入低压蒸汽加热内部的介质一次水，一次水受到加热后进而加热管束内低温液体，时使低温液体气化；需及时控制蒸汽用量的大小，保证水浴式汽化器出口温度在0 ℃以上，为防止出口温度过低导致出口管线损坏，必须在出口设置温度测点＜-5 ℃的安全联锁，保证低温液体汽化后的安全稳定；具有汽化量大，承压能力范围广的优点[1]。

（2）不锈钢材质的多层绕管式管束换热器结构，适用于带压低温液体的汽化并复热至常温的工艺过程；同时，绕管式管束结构可适应温度剧烈变化，盘管管束可单独抽芯，便于设备内部清洁与检修，采用立式结构，占地面积小的优点[1]。

（3）水浴式汽化器设计结构简单，操作便捷，运行可靠、经济耐用，价格成本和维护成本低，故障率低，日常运行中只需要通过间接加热控制好氮气出口温度即可。

（4）无需备用汽化器，工艺气出口温度不受环境气温影响。大型空分装置配套水浴式汽化器要求汽化量大、承压能力高、响应迅速、工作稳定、操作维护简便。同时为了达到节能减排的目的，要求汽化器在设计过程中尽可能做到设计计算准确（即传热计算及流体流路设计等要符合所选择的传热学计算准则数关联式模型相应规定），使实物结构与设计计算更加符合[1]。但大部分厂家设计的水浴式气化的缺点为在运行过程中，需要不断的补充一次水，以确保水浴式汽化器的管束能够在全侵并保持溢流，这样就会有大量的热水并没有经过回收就已直接排走。这些损失势必会造成能源的浪费，而且随着装置的大型化，浪费的水源也会随之增多，这与今天我们所提倡的“节水减排”的主流思想不符[1]。

1.3 创新思路、基本原理、关键技术

（1）以党的二十大精神为指引，深入贯彻落实习近平生态文明思想，认真落实省、市及华能集团、煤业公司和华亭煤业公司、清能煤化工公司各项环境保护决策部署，以“废水减量化、废气超低化、固废规范化”为目标，强化综合治理、系统治理、精准治理成效。

（2）综上所述，我们针对水浴式汽化器的优缺点进行了分析，本着节约水资源、回收利用的理念，对长流水进行改造整治。原设计水浴式汽化器设备使用过程中，需不断的补入一次水，以保证设备内侧的管束处于全浸状态，这样会导致换热后的生产水从顶部溢流管流出排至地沟。为解决此问题，现场对设备内的液位控制范围进行了实际测量，本着全浸、节水的目标，设置了液位计，使得液位控制在合理范围内，既满足工艺运行，又杜绝了一次水溢流排放。该项技术改造需要根据水浴式汽化器内部结构测量出最低水位点，以能够全浸各管束为主，增设一台就地液位计，可行性、适用性较强。具体实施步骤如下：

在水浴式汽化器停运期间，经查阅设备图纸，查看结构后，打开水浴式汽化器顶部封头，对设备内部的换热盘管高度进行测量，标注到水浴式汽化器外壁，以确保标注的位置为最低控制液位高度，然后以标注的高度为中心，选择一台量程能够从水浴式汽化器顶部到达在水浴式汽化器筒体标注位置下方的液位计，从水浴式汽化器顶部封头下方1 cm处开φ12 mm的孔，作为液位计上部根部阀的连接点，然后用选出的液位计量出下部开孔点，作为液位计下部根部阀的连接点；上、下孔开好后，用焊机焊接好与液位计法兰相同规格的法兰连接，然后将液位计用螺栓固定牢固，也可在液位计前连接法兰处增加上下根部阀，并在液位计上粘贴上、下限标贴，下限标贴不能低于水浴式汽化器内部的换热管束高度（以测量标注的位置为准），高限粘贴处则为溢流口下方位置，经过以上步骤，在磁翻板液位计上可以清楚地看出液位计需要控制的范围，在水浴式汽化器运行期间，将水浴式汽化器内的水液位控制在上、下限范围内，可杜绝一次水溢流排放。图2为增加液位计后的示意图。

图2 水浴式汽化器加装液位计示意图

2 改造后运行性能测试

2023年5月中旬，在公司集中消缺期间，依据厂家提供的水浴式汽化器设备图纸，现场打开水浴式汽化器顶部盖板，进行实际测量，以确保最低液位能够全浸各管束，最高液位不高于溢流排放口，并做好相应标记，按照上文所述安装方法进行了改造实施，根据现场设备实际情况，安装了一台量程为800 mm的磁翻板液位计，并用红色标识限标出下限为350 mm，上限为650 mm。

2.1 改造完成后的投用操作

水浴式气化器补水时，待液位计显示350 mm以上时，现场关闭水浴式汽化器补水阀，防止水持续溢出；在运行期间，岗位操作人员每次巡检时，检查该液位计显示，若下降至400 mm时，及时打开水浴式气化器补水阀，补至550～600 mm即可，保证水浴式汽化器液位保持在上下限范围内。

2.2 改造效果

水浴式汽化器改造前后，当氮气外送量达到3000 m3（标）/h时运行参数对比统计见表1。

表1 水浴式汽化器改造前后运行参数对比统计表

通过以上运行数据对比分析，水浴式汽化器改造后在运行期间，将水浴式汽化器内的液位控制在上下限范围内，且经过多次长时间运行试验，能够满足其实际运行需求，未出现过水浴式汽化器出口温度不达标的问题，彻底解决了溢流水直排、浪费等问题，为公司节水减排管理及环保管理工作降低了管理难度和风险。

3 结语

1）水浴式汽化器是一种将水加热，以水为传热介质，将液态气体转化为气态气体的设备。在大型空分装置中，水浴式汽化器的作用是将液态氧、氮等气体吸收足够的热量，使其转变为气态，以满足工业生产的需求。在正常运行时，我公司水浴式汽化器需不断补入一次水保证满液位，使盘管能够全浸其中，保证换热充分，此技术改造的特点是在设备本体上增加了就地液位计，通过补水阀将液位控制在不低于换热管束高度，不高于溢流口高度的限范围内，在实际运行过程中，既满足了“节水减排”，又能长期稳定运行。

2）该项技术改造具有投资少、性价比高、操作方便、简便易行且安全可靠等优点。

3）水浴式汽化器在运行时，配备循环水泵主要目的是将加热后的热水充分的利用起来，可使浸泡在水侧的管束充分吸收热量，进行热交换；能够切实保证水浴式汽化器出口温度满足工艺要求。

4）液位计可选用远传液位计，可方便中控操作人员及时监控。