石化企業(yè)蒸汽管網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的分析優(yōu)化

徐曉鵬 柴云強(qiáng)

摘 要：石化企業(yè)利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)技術(shù)針對(duì)蒸汽管網(wǎng)開發(fā)的YS-PROSS蒸汽管網(wǎng)模擬優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)原理，分析了蘭州石化蒸汽管網(wǎng)現(xiàn)有運(yùn)行方式存在的問題和原因并提出優(yōu)化方案，為蒸汽的節(jié)能優(yōu)化工作提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：集中供汽點(diǎn) 熱源；管網(wǎng) 阻力；散熱

能源是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，大力推進(jìn)節(jié)能降耗，提高能源利用率是我國(guó)目前的首要任務(wù)。由于煉化企業(yè)在我國(guó)的綜合能耗較高，蒸汽又是煉化企業(yè)用能的主要形式之一，其在產(chǎn)生、輸送、應(yīng)用和回收等各環(huán)節(jié)都存在不同程度的能量浪費(fèi)，尤其是在輸送環(huán)節(jié)。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在能源的消耗上也隨之加大。

大型石化企業(yè)多經(jīng)過幾個(gè)階段發(fā)展而成，擁有多套生產(chǎn)裝置與公用工程系統(tǒng)，其蒸汽系統(tǒng)也隨著公司的發(fā)展成為多等級(jí)、多熱源、流程長(zhǎng)、管路復(fù)雜、新老管線交錯(cuò)的復(fù)雜管網(wǎng)。運(yùn)行時(shí)壓降與溫降較大，參數(shù)不平穩(wěn)，調(diào)整余地小。

對(duì)于多熱源的蒸汽系統(tǒng)，為了防止某個(gè)熱源出現(xiàn)故障時(shí)蒸汽系統(tǒng)能正常運(yùn)行，各熱源之間通過系統(tǒng)管線連接，并且連接管線較大。而正常運(yùn)行時(shí)由于熱源向用戶直接供熱，使連接線蒸汽流量較小。當(dāng)熱源與用戶在不同的運(yùn)行負(fù)荷時(shí)，熱源之間的連接管線可能存在不同的蒸汽流向。為了降低管網(wǎng)壓差，有時(shí)還形成環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。

根據(jù)蒸汽系統(tǒng)具體情況，建立集中供汽點(diǎn)，熱源的汽主要通過集中供汽點(diǎn)再向用戶供汽，可解決多熱源蒸汽系統(tǒng)熱源間連接線負(fù)荷變化大，系統(tǒng)阻力大，溫降嚴(yán)重等缺點(diǎn)。由于石化裝置蒸汽系統(tǒng)使用背壓透平驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)較多，提高用汽點(diǎn)的溫度與壓力，也就提高了背壓透平的進(jìn)汽參數(shù)，提高蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步降低石化企業(yè)能耗。本文就針對(duì)蒸汽管網(wǎng)以及汽輪機(jī)的優(yōu)化節(jié)能方面進(jìn)行分析研究，制定相關(guān)的節(jié)能措施，降低能源的消耗，以確保相關(guān)企業(yè)能夠健康持續(xù)發(fā)展。

一、集中供汽點(diǎn)模型

先以兩個(gè)熱源與兩個(gè)用戶的簡(jiǎn)單蒸汽管網(wǎng)為例進(jìn)行建模分析。

沒有建立集中供汽點(diǎn)時(shí)，熱源1（本文默認(rèn)熱源1為熱源，負(fù)責(zé)整個(gè)蒸汽系統(tǒng)的平衡與壓力調(diào)整）主要向用戶1供汽，熱源2主要向用戶2供汽。熱源2產(chǎn)汽過多時(shí)向熱源1供汽，熱源2產(chǎn)汽不足時(shí)熱源1向其供汽以達(dá)到系統(tǒng)平衡。當(dāng)熱源2通過熱源1向用戶1供汽流量較大時(shí)，熱源2與用戶1壓差較大，使得熱源1調(diào)壓范圍較小。

在熱源1與熱源2之間建立集中供汽點(diǎn)O點(diǎn)，熱源1與熱源2產(chǎn)汽均通過O點(diǎn)再向用戶供汽。這樣蒸汽流向穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定，有利于計(jì)量與壓力調(diào)整。

二、具體系統(tǒng)分析

當(dāng)系統(tǒng)較為復(fù)雜時(shí)，容易存在多條母線與環(huán)網(wǎng)，蒸汽管道負(fù)荷變化大，容易產(chǎn)生負(fù)荷過大與過小引起的壓差過大與溫降過大，蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行效率低。

以蘭州石化公司動(dòng)力廠3.5MPa蒸汽系統(tǒng)為例。只分析主要熱源與主要用戶，其他裝置對(duì)系統(tǒng)分析不產(chǎn)生影響，在此忽略。管網(wǎng)改造前系統(tǒng)如 燃油爐、一部、渣油加氫、公司甲等為早期熱源與用戶。后公司發(fā)展新建了CFB裝置、3#催化、公司乙等裝置。正常運(yùn)行時(shí)燃油爐停運(yùn)，CFB裝置擔(dān)任中心熱源作用。3#催化余熱爐產(chǎn)汽較多。

當(dāng)公司乙不運(yùn)行時(shí)（較長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)行），3#催化有70t/h蒸汽通過CFB裝置再經(jīng)過燃油爐系統(tǒng)向其它用戶供汽，使得3#催化蒸汽壓力高而渣油加氫等裝置壓力低，壓差最大時(shí)達(dá)1.1MPa。當(dāng)公司乙運(yùn)行時(shí)，CFB裝置向3#催化供汽10t/h，使該管線流量過小而溫降較大。 當(dāng)3#催化故障使余熱爐產(chǎn)汽降低時(shí)，CFB裝置向3#催化供汽以滿足3#催化及附近用戶（包括公司乙）用汽需求。

石化公司動(dòng)力廠建立集中供汽點(diǎn)后系統(tǒng)后，O點(diǎn)位于3#催化與CFB裝置蒸汽連接線上，離A點(diǎn)較近（同一管架上）。通過安裝O點(diǎn)至A點(diǎn)連接蒸汽線。使O點(diǎn)成為集中供汽點(diǎn)，3#催化與CFB裝置產(chǎn)汽大部分經(jīng)過O點(diǎn)向用戶供汽。并將公司甲、公司乙蒸汽均進(jìn)行相應(yīng)改造，使用經(jīng)過O點(diǎn)與A點(diǎn)的蒸汽。運(yùn)行時(shí)停運(yùn)CFB裝置至燃油爐系統(tǒng)、燃油爐系統(tǒng)至公司甲與3#催化至公司乙管線，管線總長(zhǎng)度縮短，蒸汽最長(zhǎng)流程縮短，使系統(tǒng)溫降與壓降減小，CFB裝置調(diào)壓范圍增大，渣油加氫等處溫度壓力均上升。3#催化與渣油加氫壓差降為0.25MPa。

三、建立集中供汽點(diǎn)改造蒸汽管網(wǎng)原則

（一）突出較大供汽點(diǎn)的熱源地位

石化公司最大的供汽單位為CFB裝置與3#催化，在此兩裝置連接線上靠近用戶集中的位置建立集中供汽點(diǎn)，有利于縮短蒸汽總流程，將低壓降與溫降。

石化公司熱源較多，有些熱源對(duì)系統(tǒng)影響小，可不予重點(diǎn)考慮。當(dāng)蒸汽系統(tǒng)較大負(fù)荷的熱源較多且對(duì)系統(tǒng)都有重要影響時(shí)，可根據(jù)實(shí)際管網(wǎng)構(gòu)造，建立兩個(gè)或多個(gè)集中供汽點(diǎn)，這些集中供汽點(diǎn)最好離中心熱電裝置較近。

（二）避免蒸汽管網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行

熱源（或集中供汽點(diǎn)）在中心位置的輻射狀蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性均優(yōu)于環(huán)形管網(wǎng)與中心熱源不突出的多熱源管網(wǎng)。建立集中供汽點(diǎn)并對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行改造后，要及時(shí)停運(yùn)可以停運(yùn)的管道，避免環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，減少總散熱量。

（三）校核管道流量

建立集中供汽點(diǎn)后，管道流量發(fā)生變化，要計(jì)算流量變化對(duì)阻力與溫度的影響，必要時(shí)更換管道。

四、建立集中供汽點(diǎn)改造蒸汽管網(wǎng)效果

（一）縮短最長(zhǎng)流程，降低壓降與溫降

根據(jù)管網(wǎng)具體空間布局，建立集中供汽點(diǎn)，增加較短的集中供汽管道對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行改造，使熱源到用戶的距離縮短，可縮短蒸汽最長(zhǎng)流程，使管網(wǎng)最高壓力點(diǎn)與最低壓力點(diǎn)之間的壓差（如石化公司3#催化與渣油加氫）大幅降低。

通過集中供汽點(diǎn)供汽，停運(yùn)部分以前的管道，使管道總長(zhǎng)度降低，總散熱量降低， 可以降低用戶溫降， 提升用戶用汽品質(zhì)。

（二）適應(yīng)熱源與用戶故障產(chǎn)生的負(fù)荷波動(dòng)能力強(qiáng)

當(dāng)某熱源（如3#催化）出現(xiàn)故障時(shí)，中心熱源（如CFB裝置）增加供汽量不經(jīng)過故障熱源，而是直接經(jīng)過集中供汽點(diǎn)向用戶供汽，對(duì)系統(tǒng)影響小。

當(dāng)某用戶出現(xiàn)故障需要增加或減少用汽時(shí)，中心熱源改變負(fù)荷只經(jīng)過集中供汽點(diǎn)而不經(jīng)過其他熱源。建立集中供汽點(diǎn)后，熱源與用戶的負(fù)荷變化對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響降低，都通過中心熱源向集中用汽點(diǎn)供汽量進(jìn)行調(diào)整。

（三）便于計(jì)量管理

為建立集中供汽點(diǎn)前，CFB裝置至3#催化蒸汽管道蒸汽流向與負(fù)荷不定，流量計(jì)誤差大。建立集中供汽點(diǎn)后，熱源向外供汽，用戶用系統(tǒng)汽，負(fù)荷較穩(wěn)定，不存在雙向流動(dòng)，流量計(jì)工作穩(wěn)定，計(jì)量準(zhǔn)確性提高，計(jì)量管理簡(jiǎn)化。

五、結(jié)束語

石化企業(yè)經(jīng)過多次發(fā)展，熱源與用戶多，蒸汽系統(tǒng)復(fù)雜，管網(wǎng)運(yùn)行壓降與溫降嚴(yán)重，調(diào)壓范圍小，效率低。根據(jù)管網(wǎng)具體布置，選擇合適的地方建立集中供汽點(diǎn)并對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)改造，熱源產(chǎn)汽主要通過集中供汽點(diǎn)向用戶供汽，可縮短蒸汽流程，減少阻力與散熱，提高用戶蒸汽品質(zhì)，提高蒸汽系統(tǒng)效率，擴(kuò)大中心熱源調(diào)整余地，增強(qiáng)適應(yīng)負(fù)荷變化能力，并有利于計(jì)量管理。