石化裝置蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化和節(jié)能技術應用

趙 娜

（南京金凌石化工程設計有限公司，江蘇 南京 210042）

石化裝置蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化和節(jié)能技術應用

趙 娜

（南京金凌石化工程設計有限公司，江蘇 南京 210042）

本文以本企業(yè)所服務的石化企業(yè)所配套裝備的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)為對象展開研究，從“來源、用途、使用”三個角度探討系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能技術應用的改進，供同行業(yè)技術人員參考借鑒。

石化裝置；蒸汽管網(wǎng)；節(jié)能技術；優(yōu)化思路

隨著我國現(xiàn)代化石化產(chǎn)業(yè)體系日益完善，對先進科學技術的引進和應用比例不斷提升，基于產(chǎn)能需求和質量需求的裝置規(guī)模也在不斷擴大，相應地，如何確保石化裝置系統(tǒng)優(yōu)化及節(jié)能成為一個重要的研究課題，這關系到我國環(huán)境友好型社會的建設和“兩高一?！碑a(chǎn)業(yè)的轉型戰(zhàn)略。其中，工業(yè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，在現(xiàn)代石化裝置體系中具有一定代表性，因此蒸汽管網(wǎng)從設計到運行必須確保其工藝生產(chǎn)能夠適應不同的環(huán)境，確保安全、可靠、穩(wěn)定的運行。筆者通過對本企業(yè)服務的石化企業(yè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，目前在整體設計、運行中已經(jīng)具備了較為超前的先進性，但仍然存在可以優(yōu)化的空間。

1 石化裝置蒸汽管網(wǎng)項目概述

結合本企業(yè)所服務的石化企業(yè)（下同）管網(wǎng)項目來說，蒸汽作為公用工程配套廣泛被石化企業(yè)中相關裝置所使用。其應用主要體現(xiàn)在三個方面：首先為石化生產(chǎn)活動提供必要的熱源，為化學反應提供必要的換熱、伴熱。其次，為大型壓縮機提供驅動力，如氨壓機、氮壓機、空壓機、二氧化壓縮機以及合成氣體壓縮機等。最后但不限于，管道、儲罐的伴熱及生活服務（如采暖、空調等）。

該企業(yè)使用的蒸汽除其裝置自發(fā)汽外，其余不足部分均由其配套的熱電部門提供。整個石化裝置蒸汽管網(wǎng)項目中包括雙抽汽輪發(fā)電機組，總功率為20萬千瓦，為企業(yè)提供部分日常用電需求。此外還配套了循環(huán)流化床鍋爐、煤粉爐、抽汽裝置、減溫減壓裝置等，能提供中、低壓蒸汽（4.12/1.47 MPa，435/324℃），滿足企業(yè)內用氣需求。按照不同蒸汽來源及等級劃分為三個層次，分別是：（1）裝置自發(fā)汽，主要為余熱利用，根據(jù)裝置不同及需求不同，產(chǎn)汽量及參數(shù)也不同。（2）中壓層次，主要用來服務企業(yè)的裝置需要中壓蒸汽的設備，如變換裝置、變壓裝置、煤氣化裝置等，蒸汽參數(shù)：3.82MPa（G）420℃，來自熱電部門。（3）低壓層次，主要用來服務需要低壓蒸汽的裝置，管道、罐體的伴熱及兼顧周邊配套設施的供暖，蒸汽參數(shù)：1.27MPa（G）250～280℃，主要來源為熱電部門。

本石化裝置蒸汽管網(wǎng)體系中的主管網(wǎng)為3.5MPa/1.0MPa℃兩個等級，其他等級的蒸汽來源均屬于其“分支部分”，具體施工設計中，針對不同的用氣設備參數(shù)選擇氣源。而對于石化裝置產(chǎn)生的蒸汽則根據(jù)情況實行裝置內自產(chǎn)自銷，多余的部分并入系統(tǒng)管網(wǎng)，提供給其他用戶使用。

2 石化裝置蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化節(jié)能措施

石化產(chǎn)業(yè)本身所具有的巨大資源消耗型是促使其進行優(yōu)化節(jié)能的重要外因，具體到石化裝置層面，主要包括來源、用途、使用三個切入點，基本可以實現(xiàn)資源節(jié)約、循環(huán)利用的全部需求。筆者根據(jù)本企業(yè)石化裝置蒸汽管網(wǎng)的現(xiàn)狀，從裝置自產(chǎn)、中壓和低壓三個層面展開具體討論。

2.1 裝置自產(chǎn)汽的優(yōu)化節(jié)能措施

裝置自產(chǎn)的蒸汽，與裝置類型及其工藝流程密切相關，主要來源于余熱回收。如采用余熱鍋爐，本身就是對能量的回收利用，是一種重要的節(jié)能手段。隨著技術的成熟，優(yōu)化工藝流程，能達到更多的節(jié)能效果。例如利用優(yōu)化反應釜溫度，采用“一爐一案”控制裂解爐出口溫度，減少排污，提高對流段熱負荷等措施，有效提高了自產(chǎn)蒸汽量。采用產(chǎn)汽做“加法”通過自產(chǎn)提高自產(chǎn)蒸汽，自產(chǎn)自銷，從而降低從管網(wǎng)（熱電廠提供）獲取的蒸汽量，甚至能輸送氣源至管網(wǎng)中，為其他裝置提供蒸汽。

采用先進的DCS監(jiān)控技術，對工藝操作參數(shù)進行監(jiān)控研究，根據(jù)負荷變化及時調節(jié)壓縮機轉數(shù)和抽氣閥門開度。從壓縮機負荷調整及抽氣率入手，通過提高汽輪機的功率和抽氣/凝液比，減少了該系統(tǒng)蒸汽使用量。結合生產(chǎn)實際，對塔釜和反應器進行個性化調優(yōu)，以進一步降低蒸汽消耗。采用耗汽做“減法”，進一步降低蒸汽消耗。

除此之外，還有乏汽回收等節(jié)能措施在裝置生產(chǎn)中被使用。另外裝置中有些不適合自發(fā)蒸汽的廢熱，還可以采用溴化鋰吸收式冷熱水，制備冷凍水。一方面可以滿足生產(chǎn)中對冷凍水的需求：如某些工藝需要，或者產(chǎn)品罐保冷。另一方面也能為生產(chǎn)管理辦公區(qū)域提供制冷源（熱源）。對于南京這類冬冷夏熱的區(qū)域，非常適用。既能能量回收利用，又能滿足人體舒適度及某些設備的溫濕度要求。也能達到減汽的目的。

綜上所述，裝置的自產(chǎn)汽還是有比較大的優(yōu)化節(jié)能潛力，只不過這與工藝生產(chǎn)密切相關，必須從生產(chǎn)中總結發(fā)現(xiàn)。

2.2 中壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化節(jié)能措施

從“熱功聯(lián)產(chǎn)”的角度出發(fā)展開優(yōu)化節(jié)能設計，中壓蒸汽管網(wǎng)中的蒸汽來源主要是蒸汽透平抽汽及蒸汽鍋爐提供。蒸汽進入中壓管網(wǎng)系統(tǒng)之后能夠為等量級的石化裝置所使用，綜合考慮，針對本蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)企業(yè)選擇了抽凝式透平機組，以充分發(fā)揮熱力、動力符合平衡的需要，并確保在較大范圍內的自由調整。同時，抽凝式透平機組還具有操作便捷的特點，對于企業(yè)內部三級聯(lián)動的蒸汽壓力管網(wǎng)管理具有積極作用。另外，近年來也對蒸汽鍋爐進行了優(yōu)化改造，通過鍋爐煙氣余熱回收、給煤裝置改造、爐膛內壁噴涂節(jié)能涂料、燃燒系統(tǒng)改造、爐拱改造、鍋爐輔機節(jié)能改造等技術方式提高燃燒鍋爐的熱效率問題。

同時，對于中壓蒸汽管網(wǎng)而言，蒸汽透平的運行狀況會產(chǎn)生直接影響，設備裝置運行過程當中一旦蒸汽透平運行不穩(wěn)定，勢必造成中壓蒸汽管網(wǎng)的壓力波動，從而發(fā)生共振、震動，造成石化設備生產(chǎn)的潛在危險?；谝陨戏治?，具有快開功能的減壓減溫裝置必不可少。它可以避免由于抽汽不足或者透平機運行不穩(wěn)定造成的故障，確保壓力調節(jié)閥在最短時間內打開（1秒），隨后高壓蒸汽可以快速進行補充，彌補中壓管網(wǎng)中的壓力恒定缺陷。

蒸汽管網(wǎng)輸入減溫減壓裝置這一體系仍十分重要，在進行設備應用優(yōu)化的過程中，部分位置采取了分體式控制，即采用兩個調節(jié)閥形成雙保險機制，其中一個用來實現(xiàn)壓縮機透平抽汽的流量服務，另外一個則備用，避免該環(huán)節(jié)發(fā)生故障之后整個生產(chǎn)陷入停產(chǎn)狀態(tài)。同時還設有低壓減溫減壓器，作為事故備用供氣通道。但是需要注意的是，減溫減壓器主要是用來保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。它本身不僅不節(jié)能，而且還存在很大的能量浪費。因此保證采用合適的壓力等級非常重要，避免大范圍采用高壓蒸汽減溫至中壓蒸汽參數(shù)供中壓用氣用戶使用。

2.3 低壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化節(jié)能措施

低壓蒸汽管網(wǎng)的壓力值維持在1.0MPa，由于蒸汽品位較低，所以在做功方面能力較差，主要實現(xiàn)的是熱度利用效應。低壓蒸汽管網(wǎng)不適合用來作為動力源，但可以作為石化生產(chǎn)中的伴熱供應和廠區(qū)采暖。其優(yōu)化主要為：蒸汽源頭處、蒸汽輸送管網(wǎng)、蒸汽使用分配。

對于蒸汽源頭，指低壓蒸汽來源。低壓蒸汽主要來源為蒸汽鍋爐，也有工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低壓蒸汽（余熱回收、閃蒸等）。充分利用余熱回收等節(jié)能措施產(chǎn)生的低壓蒸汽，能達到比較好的節(jié)能效果。另外，對鍋爐進行優(yōu)化改造，采用熱效率高的鍋爐，也是必不可少的節(jié)能手段。

對于蒸汽輸送管網(wǎng)，良好的保溫、合理的供汽半徑，能減少冷凝水的產(chǎn)生及熱損，保證蒸汽參數(shù)。避免跑、漏、滴現(xiàn)象，對節(jié)能十分重要。特別目前產(chǎn)區(qū)內部分蒸汽采暖或伴熱，由于量小常不回收凝結水，不節(jié)能。除非核算后回收代價過大的，都應該進行凝結水回收。不能回收的，也應充分利用熱量，不應直接排放。

合理分配平衡低壓蒸汽，也能達到巨大的節(jié)能效果。如采吸收式冷熱水機作為采暖熱源，輔以裝置乏汽回收或者閃蒸罐中得出的低壓蒸汽作為輔助熱源，為產(chǎn)區(qū)提供采暖水及生活熱水。又如，一些需要蒸汽伴熱的管線，伴熱后其凝結水溫度通常都能再作為采暖水熱源。可以將凝結水集中后采暖完畢后再回收處理。

結合以上分析，石化裝置蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化節(jié)能設計應該因地制宜，提出具有針對性的解決方案，按照“先整體、后局部、先生產(chǎn)、后服務”的原則展開，其節(jié)能優(yōu)化的切入點主要是熱能、電能和做功三個方面。實踐表明，最大效率的節(jié)能領域并不是高壓蒸汽管網(wǎng)，而是低壓蒸汽管網(wǎng)，即通過盡可能多地收集低品位蒸汽資源，以熱源為基礎展開重復、循環(huán)利用，才能夠實現(xiàn)優(yōu)質的節(jié)能降耗目的。

3 結束語

綜上所述，“十三五”期間我國整體推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構轉型升級的過程中，石化產(chǎn)業(yè)作為重要的“兩高一?！敝卫韺ο?，必須做好節(jié)能優(yōu)化，一方面可以有效地節(jié)約經(jīng)濟成本、提高生產(chǎn)效益，另一方面，通過石化系統(tǒng)的優(yōu)化，可以確保穩(wěn)定可靠的運轉，降低安全風險，促進我國石化產(chǎn)業(yè)向更高層次邁進。

［1］馮 發(fā).石化區(qū)蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化分析及對策［J］.石油石化節(jié)能與減排，2012（2）：21-26.

［2］阮海燕.石化區(qū)蒸汽系統(tǒng)運行分析及優(yōu)化［J］.石油石化節(jié)能與減排，2015（3）：17-20.

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［4］戴 立.石化裝置蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化和節(jié)能技術應用［J］.化肥設計，2016（3）：49-51.

Optimization of steam pipe network and application of energy saving tec?nology in petroc?emical plant

Z?ao Na
（Nanjing JinLing Petroc?emical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing 210042，C?ina）

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趙娜（1983— ），女，云南保山人，設計工程師；研究方向：熱能工程。