大型化工項(xiàng)目全廠熱動(dòng)力平衡設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

董亞寶（北京石油化工工程有限公司西安分公司 陜西 西安 710075）

隨著現(xiàn)代化工工業(yè)的發(fā)展，新建化工項(xiàng)目趨于大型化、基地化、集成化，化工裝置少則幾套，多則十幾套同時(shí)配建，產(chǎn)品及副產(chǎn)品也呈現(xiàn)多樣化，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)最佳的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，化工項(xiàng)目的能源消耗也非常巨大，需要配置龐大的全廠熱動(dòng)力系統(tǒng)。一個(gè)具有安全、穩(wěn)定、節(jié)能、控制靈活、節(jié)省投資的全廠熱動(dòng)力平衡系統(tǒng)不僅是生產(chǎn)企業(yè)，也是設(shè)計(jì)人員追求的目標(biāo)。因此，本文著重就大型化工項(xiàng)目全廠熱動(dòng)力平衡的確立、主要組成及其在設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)予以總結(jié)，以供同行參考。

一、全廠熱動(dòng)力平衡的確立

全廠熱動(dòng)力平衡是設(shè)計(jì)院熱工專業(yè)依據(jù)上游專業(yè)，包括工藝、暖通等專業(yè)提供的用汽、副產(chǎn)蒸汽負(fù)荷及其參數(shù)、蒸汽透平特性參數(shù)以及余熱、凝結(jié)水回收數(shù)據(jù)等輸入條件，結(jié)合外圍依托情況設(shè)計(jì)出的工質(zhì)、能量平衡的系統(tǒng)。其不僅需要滿足正常工況運(yùn)行，還需滿足冬/夏工況、部分負(fù)荷工況、開(kāi)/停車工況和特殊工況等多工況的正常運(yùn)行。

二、全廠熱動(dòng)力平衡的主要組成

全廠熱動(dòng)力平衡系統(tǒng)主要由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)組、各蒸汽透平、減溫減壓裝置、給水除氧以及各級(jí)蒸汽管網(wǎng)等主要設(shè)備、系統(tǒng)構(gòu)成，其規(guī)模和主要參數(shù)隨著全廠熱動(dòng)力平衡的設(shè)計(jì)完成得以確定，若在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮不周，將會(huì)把設(shè)計(jì)缺陷帶入到施工，帶入到運(yùn)行，有的甚至給企業(yè)帶來(lái)不可挽回的損失。以下針對(duì)全廠熱動(dòng)力平衡系統(tǒng)主要組成在設(shè)計(jì)中需要注意的事項(xiàng)予以總結(jié)：

1.鍋爐

鍋爐是整個(gè)化工熱動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵供熱設(shè)備，其選型、規(guī)模、臺(tái)數(shù)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到整個(gè)項(xiàng)目的投資、節(jié)能、穩(wěn)定和安全。鍋爐選型由業(yè)主提供的煤質(zhì)特性確定；鍋爐規(guī)模是依據(jù)整個(gè)項(xiàng)目的供熱負(fù)荷，經(jīng)過(guò)全廠熱動(dòng)力平衡計(jì)算，且考慮鍋爐額定設(shè)計(jì)負(fù)荷率為90%左右的最佳值確定；鍋爐臺(tái)數(shù)選取需要結(jié)合全廠供熱負(fù)荷及每臺(tái)鍋爐規(guī)模、生產(chǎn)的多工況、投資、占地以及項(xiàng)目是否有增產(chǎn)、擴(kuò)建等因素最終確定。

2.汽輪機(jī)

大型化工項(xiàng)目中汽輪機(jī)數(shù)量一般較多，按照其在熱動(dòng)力系統(tǒng)的用途可分為發(fā)電汽輪機(jī)和工業(yè)蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)（蒸汽透平），根據(jù)其熱力過(guò)程特性可分為凝汽式、調(diào)整抽汽式、背壓式。汽輪機(jī)的參數(shù)、形式、軸功率以及抽、排汽量根據(jù)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力和蒸汽負(fù)荷的需要設(shè)立。蒸汽透平不宜常年備用，應(yīng)使其在最高效率點(diǎn)運(yùn)行。鍋爐熱備用系統(tǒng)中，在確定抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)容量時(shí)，需要考慮和單臺(tái)鍋爐規(guī)模匹配，當(dāng)一臺(tái)鍋爐故障、停運(yùn)，汽輪發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)供熱還能滿足工藝的正常生產(chǎn)。

3.蒸汽管網(wǎng)

大型化工項(xiàng)目的熱動(dòng)力系統(tǒng)一般非常龐大、復(fù)雜，影響其安全性、穩(wěn)定性和控制靈活性的因素較多。在確定管網(wǎng)等級(jí)時(shí)，需要綜合各上游條件，結(jié)合管網(wǎng)輸送距離，統(tǒng)籌考慮。在設(shè)置管網(wǎng)等級(jí)數(shù)量時(shí)應(yīng)不斷優(yōu)化，盡可能使管網(wǎng)等級(jí)數(shù)量減少，簡(jiǎn)明、快捷的管網(wǎng)系統(tǒng)不僅有益于系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、控制靈活而且能節(jié)省項(xiàng)目的投資。當(dāng)鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)、工藝裝置及其透平等任何一方故障、停運(yùn)時(shí)，需有足夠的靈活手段保證對(duì)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量進(jìn)行調(diào)控，常用方法有：在各等級(jí)母管網(wǎng)間設(shè)置備用減溫減壓裝置，在蒸汽母管上設(shè)置放空調(diào)節(jié)閥，安全閥，給汽輪機(jī)旁路設(shè)置“一秒閥”等。

4.余熱利用回收

根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。將全部可利用的余熱合并到熱動(dòng)力平衡系統(tǒng)無(wú)疑是減少能量損失、提高余熱利用率、節(jié)能的有效途徑。怎樣科學(xué)利用高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱等，是我們?cè)O(shè)計(jì)人員關(guān)注的課題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中熱工設(shè)計(jì)人員需要積極和上游專業(yè)溝通，了解各耗能裝置含有未被合理利用的潛熱或顯熱工質(zhì)及其特性，充分考慮經(jīng)濟(jì)合理性將余熱分級(jí)回收、就地利用。當(dāng)然，在做到熱盡其用的同時(shí)，需要考慮余熱回收的余熱量及其參數(shù)的波動(dòng)不至于影響到企業(yè)正常的生產(chǎn)。

三、設(shè)計(jì)中幾個(gè)典型問(wèn)題及其解決建議

1.經(jīng)?？梢钥吹揭呀ɑ@區(qū)內(nèi)有高低不一、規(guī)模不同、不是一期配建的幾個(gè)煙囪和鍋爐房，這給項(xiàng)目帶來(lái)不利的因素有：總占地面積大，投資高，系統(tǒng)調(diào)節(jié)繁雜，且備品備件不能通用，給生產(chǎn)和管理帶來(lái)不便，極容易出故障，究其原因主要是企業(yè)不做遠(yuǎn)景規(guī)劃，設(shè)計(jì)者僅考慮當(dāng)下設(shè)計(jì)規(guī)模，隨著企業(yè)的不斷增產(chǎn)、擴(kuò)建，鍋爐房不斷增設(shè)、鍋爐規(guī)模不斷變大。因此，設(shè)計(jì)人員需要全面考慮，及時(shí)給業(yè)主提出合理意見(jiàn)，以防“生米做成熟飯”。

2.長(zhǎng)期以來(lái)，熱動(dòng)力系統(tǒng)是否設(shè)置抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)一直是相關(guān)人員頭疼的問(wèn)題，因?yàn)槿粼O(shè)置將會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目投資、能耗增大、環(huán)評(píng)審批困難，若不設(shè)置對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)沒(méi)有很好的手段，為此，設(shè)計(jì)人員需要不斷優(yōu)化系統(tǒng)，挖掘可以替代抽凝式汽輪發(fā)電調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)的方法。比如，將凝汽式空分透平設(shè)置為抽凝式，將備用電動(dòng)機(jī)的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)為設(shè)置凝汽式等辦法，化解不設(shè)置抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)的不利因素。

3.大型煤化工中，空分裝置為全廠各生產(chǎn)裝置提供氮?dú)?、氧氣，一但空分透平停運(yùn)，全廠將無(wú)法正常生產(chǎn)。由于空分透平的功率一般較大，進(jìn)汽參數(shù)較高，在總圖布置時(shí)，需提示總圖專業(yè)盡可能將空分裝置布置靠近鍋爐房，以便縮短與鍋爐房的距離、節(jié)省管道投資、能耗。

4.已建化工項(xiàng)目有時(shí)候可以看到廠區(qū)內(nèi)有不少蒸汽外排，究其原因，主要是設(shè)計(jì)不做多工況分析、上游裝置蒸汽透平型式選擇不合理，一旦下游裝置生產(chǎn)波動(dòng)、減產(chǎn)時(shí)，上游裝置蒸汽透平產(chǎn)生的多余蒸汽無(wú)處可去，只能臨時(shí)排放，因此設(shè)計(jì)過(guò)程不可輕視多工況的分析，以備提前預(yù)防、消除各種設(shè)計(jì)缺陷。

結(jié)語(yǔ)

確定大型化工項(xiàng)目的全廠熱動(dòng)力平衡是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜、細(xì)致的工作，做好這項(xiàng)工作對(duì)企業(yè)節(jié)省投資、降低生產(chǎn)成本、節(jié)能，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、靈活性具有重大的意義。因此，建議相關(guān)人員在從事這項(xiàng)工作時(shí)對(duì)其足夠的重視，做到充分的調(diào)整、論證、優(yōu)化。

[1]GB/T 50655-2011,化工廠蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]楊國(guó)鋒等.煤化工項(xiàng)目全廠蒸汽平衡的經(jīng)驗(yàn)總結(jié).廣州化工[J].2013（1）：153-155.