复合式真空除氧器技术分析与具体使用说明 

       复合式真空除氧器技术分析与具体使用说明，针对现有除氧器存在占地面积大、能耗高、除氧指标不稳定、运行费用高等问题,研制了复合真空除氧器。该真空除氧器采用雾化喷嘴、负压泵和解析除氧等关键技术,可使水珠细化并形成二次雾化,终使喷嘴喷出的雾状颗粒形成实心锥体,达到深化除氧的目的。在胜利油田现河采油厂的应用表明,当供水压力为0.35～0.55MPa、进水含氧质量浓度低于8mg/L时,复合真空除氧器运行稳定,并能使出水含氧质量浓度低于0.06mg/L;该真空除氧器占地面积小、操作简单、除氧指标低、可以在油田热采领域推广应用。
      活动式注汽锅炉是小区块等稠油蒸汽开采的关键设备,水中含氧超标会造成锅炉设备及热力系统局部腐蚀,严重时器壁会穿孔,这不仅大大缩短了锅炉设备的寿命,而且还会威胁系统的运行安全。因此,对注汽锅炉供水水质含氧指标要求非常严格,其含氧质量浓度必须低于0.007mg/L。
      胜利油田注汽锅炉一般是采用黄河水,在冬季黄河水含  氧质量浓度高达12mg/L以上,为降低含氧质量浓度,先后应用热力除氧器、海锦铁除氧器、真空膜式除氧器、真空普通真空除氧器等进行除氧,但使用效果都不理想,存在的主要问题是:热力除氧器占地面积大、能耗高、效率低;海锦铁除氧器除氧指标不稳定、再生费水、运行费用高;真空普通除氧器除氧指标超标、运行不稳定,而真空膜式除氧器对进水水质要求苛刻,易堵,过滤器再生费水、脱氧膜组件使用寿命短。
1复合式真空除氧器技术分析
1.1复合式真空除氧器工作原理
      根据吸附理论,气体在液相中的溶解度取决于液相的温度和液面上该种气体的分压力,液相表面单位面积所吸附的气体分子数越多,被液相分子所吸引而溶合的气体分子越多。当压力恒定时,被吸附分子数将随温度的升高呈指数下降。当温度一定时,气体吸附分子量与压力成正比,即在液相中的气体溶解量与液面上的气体压力成正比。
      在真空压力为2kPa时,温度为5℃的水中溶解的大含氧质量浓度为0.09mg/L,35℃的水中溶解的大含氧质量浓度为0.03mg/L,所以低位常温除氧器在很宽的温度范围内都可以达到比较满意的除氧效果。
      引入解析除氧机理,在软化水进入除氧罐前通过引射器加入惰性气体,进一步降低水面氧的分压,可显著提高除氧器脱氧效果。
1.2复合式真空除氧器结构
      复合真空除氧器主要由过滤引射器、惰性气体发生器、除氧水罐、雾化喷嘴、阀组、泵和检测控制系统组成。
1.3复合式真空除氧器工作流程及控制过程
      复合真空除氧器工作流程如图1所示。软化水经过滤器加入惰性气体后分成2路:一路作为旁路,当除氧器出现故障后,由系统自动切换阀11到旁路,保证锅炉连续供水;另一路经阀4、阀5进入除氧罐中,其中阀4所在管线为主供水管线,阀5所在管线为副供水管线。当锅炉水流量较低时,由主供水管线供水。
图1复合真空除氧器工作流程
      1、10、12、20、21—手动阀;2、3、8、19、22—压力表;4、5、11—阀门;6、17—液位计;7—给水泵;9、18—止回阀;13—压力调节器;14—惰性气体发生器;15—回水泵;16—回水水箱;23—过滤器;24—引射器。
      除氧罐由液环式真空泵[2]抽真空,极限真空度需要达到-0.098MPa。为了保证真空场的均匀性,并缩短气体逸出路径,在除氧罐的左右两侧分别安装2根真空抽气管线。在除氧罐中按一定的规则布置雾化喷嘴,带压软化水经过雾化喷嘴后以雾状颗粒喷出,溶解在水珠中的气体在真空下逸出,并被真空泵抽出,从而达到除氧的目的。除氧水积聚在罐底,当液位达到一定高度后,开启给水泵,将除氧水泵出,使其进入锅炉。
      液环式真空泵正常运行后需要低温的冷却液(工作液),因此进入除氧器的一部分软化水进入到液环泵中,换热后的软化水进入回收水箱中(回收水温度高于软化水,更利于提高除氧效果),当水箱液位高于上限时,回水泵自动开启,将回水箱中的冷却水泵入真空除氧器的进水管线中。
1.4复合式真空除氧器主要技术参数
系统设计压力:1MPa;
进水温度:0～50℃;
进水压力:0.3～0.6MPa;
出水流量:0～70t/h;
出水含氧质量浓度:≤0.1mg/L。
2复合式真空除氧器关键技术
2.1雾化喷嘴
      雾化喷嘴是除氧器的关键部件,它决定来水雾化后水珠颗粒大小。水珠颗粒越细越利于溶解氧的逸出,但是颗粒太小也易被真空泵抽出,从而降低了除氧罐中的真空度,减少了制水量。水珠颗粒太大,不易于溶解氧的逸出,除氧效果变差。通过多次试验发现,水珠颗粒直径为5～7mm比较合适。
      软化水连续地进入真空罐内,经喷嘴在真空罐内形成雾化水珠,经二次变流可进一步使水珠细化,同时由于加入惰性气体,水珠形成了二次雾化,保证了喷嘴喷出的雾状水珠充分沸腾。
      由于软化水压力通常在0.5MPa,所以可通过喷嘴下部固定部件流入喷嘴(见图2),从锥体导向体下部的水孔流入曲线流道,从锥体顶部喷出。在设计中通过不断调整、修改喷嘴内部流道的结构,终使喷嘴喷出的雾状颗粒形成实心锥状;喷嘴分布使其喷射出的雾粒尽可能不交叠,不会因雾粒碰撞而形成较大的水粒。
图2喷嘴结构示意图
2.2负压泵
      除氧水罐内建立真空后,脱氧水在真空力的作用下无法外流。早期的产品是采用真空泵克服真空,或将水罐举高10m利用重力克服真空。对于注汽锅炉而言,这2种方式都存在设备投资大、占地面积大,运行费用高的问题。对通用的离心泵进行针对性改进设计是简化系统流程、降低投资成本和运行费用的佳选择。
      因真空力的反向作用,普通离心泵叶轮难以提高扬程,需对泵的叶轮曲面进行改进设计,使得高速旋转的叶轮包裹水的能力增强,可以在较低真空度状态下将除氧水加压外输。为克服真空力产生的附加扭力,需加强叶轮强度。在相同的外输流量和扬程下,电动机驱动叶轮的扭矩增大,配套电动机的功率应提高一个规格。与此同时,增大除氧水罐到给水泵间管线的内径,少转弯,尽量不变径,降低沿程压力损失,可防止泵抽空造成叶轮损伤。
2.3解析除氧
      通过负荷调节器调节进入引射器的惰性气体量,在引射器内惰性气体与水充分混合。由雾化喷头喷出的水滴在真空状态下,其内溶有的惰性气体在水滴表面的分压力大于氧气的分压力,惰性气体分离的速度快。因此,惰性气体可将氧气从水滴中解析出来,形成二次雾化,达到深化除氧的目的。
3复合式真空除氧器应用效果及结论
      复合真空除氧器从2008年5月陆续在胜利油田现河采油厂投入使用,真空除氧器的规格分别为9.2、11.5、23.0t/h。应用情况表明,当供水压力为0.35～0.55MPa、进水含氧质量浓度低于8mg/L时,真空除氧器运行稳定,并能使出水含氧质量浓度低于0.06mg/L。
      复合真空除氧器占地面积小、操作简单、运行稳定、除氧指标低,可以在油田热采领域推广应用。