天然氣凈化廠蒸汽建模和節(jié)能優(yōu)化

王和琴，周玉超，王擁軍，何偉，張高博

（1.中原油田普光分公司，四川達(dá)州635002；2.上?；鄣霉?jié)能科技有限公司，上海201206）

天然氣凈化廠蒸汽建模和節(jié)能優(yōu)化

王和琴1，周玉超1，王擁軍1，何偉1，張高博2

（1.中原油田普光分公司，四川達(dá)州635002；2.上?；鄣霉?jié)能科技有限公司，上海201206）

提出了一種基于工藝過程產(chǎn)汽機(jī)理的蒸汽系統(tǒng)建模和優(yōu)化的方法。該方法首先是構(gòu)建各單元設(shè)備與裝置加工量相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)汽和用汽模型，然后編制動力鍋爐產(chǎn)汽量預(yù)測模型，最后編制汽驅(qū)單元回收蒸汽壓力能的優(yōu)化模型。這些模型組合起來可以用于預(yù)測天然氣凈化廠原料氣量變化時(shí)的蒸汽產(chǎn)量和消耗量，并自動給出節(jié)能方案。這些模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫自動獲取，無需人工輸入。在天然氣凈化廠應(yīng)用結(jié)果表明，該方法預(yù)測的蒸汽流量誤差在3%以內(nèi)。該方法可以推廣應(yīng)用于其它化工企業(yè)。

天然氣；凈化廠；蒸汽；節(jié)能；建模；優(yōu)化

天然氣凈化廠的裝置部分由脫硫、溶劑再生、硫磺等單元組成，公用工程部分由動力鍋爐、除鹽水站、循環(huán)水場和空分空壓等構(gòu)成。凈化廠生產(chǎn)操作過程中，全場蒸汽有兩個(gè)效益損失點(diǎn)：一是原料氣出現(xiàn)大的波動造成燃料損失；另一是日常運(yùn)行過程中的減溫減壓，導(dǎo)致壓力能損失。

解決這些問題，首先需要建立全廠的蒸汽動力模型，該模型包括產(chǎn)汽量和用汽量的預(yù)測，采用其可以預(yù)測任意加工量時(shí)的全廠蒸汽的產(chǎn)量和用量。然后根據(jù)現(xiàn)場需要建立優(yōu)化模型，依據(jù)蒸汽平衡自動給出壓力能回收的方案，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

國外對于蒸汽建模方面已經(jīng)有研究，Jones等[1]通過建立壓縮機(jī)模型和泵的模型可以使整個(gè)蒸汽系統(tǒng)提升效益。國內(nèi)對于機(jī)理模型建模鮮有研究。孫麗芳等[2]認(rèn)為機(jī)理模型比較復(fù)雜，通過歷史數(shù)據(jù)回歸建模的方式實(shí)現(xiàn)了蒸汽產(chǎn)量計(jì)算應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)。李瑜等[3]對蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行建模，并采用了黃金分割法進(jìn)行優(yōu)化，解決管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)保溫厚度和投資最優(yōu)的問題。楊麗芳[4]開發(fā)出蒸汽管網(wǎng)模擬優(yōu)化軟件系統(tǒng)解決了煉油化工一體化企業(yè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)壓力不匹配及局部管段存在的壓阻瓶頸的問題。優(yōu)化后，1.0MPa蒸汽用量可降低4.75萬t/a，發(fā)電量可增加23.2GW·h/a。

張湘江[5]運(yùn)用概念和層次分析法對煤化工系統(tǒng)蒸汽進(jìn)行優(yōu)化，產(chǎn)生了顯著的節(jié)能效果；崔吉宏[6]對普光天然氣凈化廠的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)在投產(chǎn)階段和凈化裝置不同負(fù)荷下的蒸汽平衡現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，沒有采用機(jī)理建模的方法，定性地提出了節(jié)約蒸汽的改進(jìn)措施。韓軼飛[7]針對烯烴廠蒸汽系統(tǒng)情況進(jìn)行定性，提出了改進(jìn)措施，并定量計(jì)算出經(jīng)濟(jì)效益；

文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外已經(jīng)開展了這方面的研究，但僅僅對透平等個(gè)別設(shè)備進(jìn)行機(jī)理建模，缺少反應(yīng)器和分餾塔等復(fù)雜設(shè)備的建模。國內(nèi)對機(jī)理建模研究較少，大多停留在定性分析和歷史數(shù)據(jù)回歸建模方面，這些方法對于變動較大的工況很難快速和準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)預(yù)估和優(yōu)化。因此，從機(jī)理出發(fā)，準(zhǔn)確計(jì)算出每一個(gè)產(chǎn)汽點(diǎn)和用汽的流量，就可以比較準(zhǔn)確地計(jì)算出全廠產(chǎn)汽量和用汽量的變化，從而推算出動力鍋爐的產(chǎn)汽負(fù)荷，然后調(diào)用優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)蒸汽壓力能的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)天然氣凈化廠的蒸汽節(jié)能。

本文從模型構(gòu)建和優(yōu)化計(jì)算等方面開展研究，提出適用于天然氣凈化廠的一種機(jī)理建模和優(yōu)化方法，并以某天然氣凈化廠的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

1 問題分析

天然氣凈化廠在蒸汽平衡方面主要存在兩個(gè)問題：

(1)原料氣量波動期間動力爐的產(chǎn)汽量問題。在生產(chǎn)過程中，由于種種原因，輸送到天然氣凈化廠的原料氣量會降低20%左右，克勞斯?fàn)t的產(chǎn)汽量相應(yīng)下降，屆時(shí)需要增大動力爐的產(chǎn)汽量，以保證正常生產(chǎn)。目前采用經(jīng)驗(yàn)法估算動力鍋爐的產(chǎn)汽量，為了確保供汽安全，往往留出較大的余量，造成了不必要的浪費(fèi)。

(2)汽驅(qū)開停問題。由于蒸汽動力系統(tǒng)是一個(gè)動態(tài)過程，減溫減壓流量也會發(fā)生變化，操作員難以及時(shí)預(yù)測到減溫減壓流量的變化，因此往往造成開啟蒸汽輪機(jī)驅(qū)動泵（簡稱“汽驅(qū)”）不及時(shí)，繼續(xù)運(yùn)行電泵，使蒸汽的壓力能沒有通過汽驅(qū)回收利用，而是通過減溫減壓造成浪費(fèi)。

解決上述兩個(gè)問題分為三步：第一步是構(gòu)建各產(chǎn)汽和用汽點(diǎn)的機(jī)理模型，計(jì)算出各用汽點(diǎn)和產(chǎn)汽點(diǎn)的蒸汽流量；第二步是通過蒸汽平衡計(jì)算出動力鍋爐產(chǎn)汽量和減溫減壓流量；第三步是根據(jù)減溫減壓器流量和汽驅(qū)當(dāng)前的開停狀態(tài)求出在減溫減壓流量最小的條件下的最優(yōu)開停組合。

另外需要滿足以下條件：(1)單體設(shè)備的機(jī)理模型要體現(xiàn)出工藝參數(shù)的變化對蒸汽流量的影響；(2)動力鍋爐有最低的產(chǎn)汽量限制；(3)汽驅(qū)優(yōu)化模型需要考慮現(xiàn)有汽驅(qū)的開停狀態(tài)，盡量降低操作難度。

2 計(jì)算原理

2.1 基本原理

圖1 計(jì)算原理框圖Fig.1 Calculation principle block diagram

采用機(jī)理模型法，編制每個(gè)產(chǎn)汽和用汽單元的蒸汽模型，然后編制優(yōu)化模塊計(jì)算出全廠的蒸汽平衡，最后進(jìn)行優(yōu)化，提出操作建議，計(jì)算原理見圖1。

對于不同類型的設(shè)備需要采用不同的方法，總體上分為2類。一是嚴(yán)格機(jī)理法，用于以下設(shè)備：克勞斯?fàn)t產(chǎn)汽、尾氣鍋爐產(chǎn)汽、一反預(yù)熱、二反預(yù)熱、一級硫冷凝器、二級硫冷凝器、加氫尾氣冷卻器、除氧器、管道散熱和汽驅(qū)等。二是經(jīng)驗(yàn)機(jī)理法，用于以下設(shè)備：溶劑再生塔、TEG脫水塔和管道伴熱等。

2.2 克勞斯?fàn)t模型

克勞斯?fàn)t是提供H2S和O2反應(yīng)過程的場所，該反應(yīng)產(chǎn)生3.5MPa的蒸汽，是裝置產(chǎn)汽的主要部分。產(chǎn)汽量與原料氣量的波動基本上成正比。采用動力學(xué)方程，根據(jù)裝置工藝流程構(gòu)建裝置的反應(yīng)熱與產(chǎn)汽量的平衡模型，就可以通過原料氣的流量和組成成分計(jì)算出克勞斯?fàn)t反應(yīng)過程中的放熱量，進(jìn)而計(jì)算出中壓蒸汽產(chǎn)量。該模型也要同時(shí)考慮設(shè)備的散熱和除氧水的預(yù)熱溫度等因素對產(chǎn)汽量造成的影響?？藙谒?fàn)t的反應(yīng)分為兩個(gè)階段：

第一階段是1/3的H2S氧化為SO2的自由火焰氧化反應(yīng)（高溫放熱反應(yīng)或燃燒反應(yīng)）：

第二階段是余下的2/3的H2S在催化劑上與反應(yīng)爐中生成的SO2反應(yīng)（中等放熱的催化反應(yīng)）：

反應(yīng)爐中生成的硫蒸汽主要由S2組成，隨溫度降低將發(fā)生分子構(gòu)型轉(zhuǎn)化：

通過發(fā)生蒸汽從克勞斯?fàn)t中移除的熱量見式（6）：

蒸汽產(chǎn)量見式（7）：

式中：Q-克勞斯?fàn)t過剩熱，kW；Q1-反應(yīng)熱，kW；Q2-空氣升溫?zé)?，kW；Q3-燃料升溫?zé)?，kW；Q4-尾氣降溫?zé)幔琸W；Q5-設(shè)備散熱，kW；F-蒸汽產(chǎn)量，t/h；Hs-單位蒸汽的焓值，kW/t。

2.3 尾氣爐

尾氣爐的尾氣來自克勞斯?fàn)t，大部分放熱量來自硫磺尾氣的潛熱。為了保證尾氣中的O2能夠達(dá)標(biāo)，需要補(bǔ)入燃料氣，也會放出一部分熱量。由于計(jì)算潛熱需要已知尾氣流量，而要得到尾氣流量就需要得到尾氣中的燃料量，因此需要在給定的過?？諝庀禂?shù)的條件下使用迭代法進(jìn)行計(jì)算。迭代法分為3個(gè)步驟：(1)假定煙氣組成和流量計(jì)算尾氣潛熱；(2)計(jì)算燃料補(bǔ)入量；(3)循環(huán)迭代直到尾氣升溫?zé)岬扔谌剂戏艧崃繛橹埂?/p>

通過發(fā)生蒸汽從克勞斯?fàn)t中移除的熱量和蒸汽產(chǎn)量見式（8）和（9）：

式中：Qt-尾氣爐放熱，kW；i-氣體組分編號（1-N2，2-CO2，3-SO2，4-H2O）；Cpi-氣體組分的比熱容，kJ/ (kg·℃)；Fi-氣體組分的流量，kg/h；Tin-尾氣爐入口溫度，℃；Tout-尾氣爐出口溫度，℃；Fs-尾氣爐蒸汽產(chǎn)量，t/h；Hs-蒸汽焓值，kJ/kg。

該模型也要同時(shí)考慮設(shè)備的散熱和除氧水的預(yù)熱溫度等因素對產(chǎn)汽量造成的影響。

2.4 減溫減壓器計(jì)算

蒸汽在減溫減壓過程中需要注入除氧水，注入的這部分水變成了蒸汽，使得蒸汽產(chǎn)量增加。蒸汽如果通過汽驅(qū)做功后，盡管溫度和壓力都有降低，但其流量并不會增加。因此，通過設(shè)置減溫減壓計(jì)算模塊，可以計(jì)算出注入的水量，從而用于汽驅(qū)開停優(yōu)化模塊，計(jì)算出使用汽驅(qū)和減溫減壓時(shí)的低壓蒸汽產(chǎn)量。已知蒸汽絕對壓力p/MPa時(shí)，求飽和溫度T/℃、飽和態(tài)焓值H/kJ·kg-1和汽化潛熱qv/kJ·kg-1的回歸公式見式（10）～（12）：

以上公式是從飽和蒸汽表中摘錄數(shù)據(jù)擬合而得，適用范圍：壓力0～9.9MPa，溫度0～600℃，誤差1%。

2.5 非機(jī)理產(chǎn)用汽設(shè)備模型

有些設(shè)備的用汽量難以使用嚴(yán)格的機(jī)理模型來確定，采用能耗計(jì)算中常用的固定能耗和可變能耗加和的方法進(jìn)行計(jì)算，即一個(gè)單元操作的產(chǎn)汽量等于固定部分加上變動部分。固定系數(shù)定義為不隨原料加工量變化的蒸汽流量的比例，該系數(shù)可供用戶根據(jù)裝置的實(shí)際運(yùn)行情況選取，見式（13）。式中：F-蒸汽流量，t/h；F0-基準(zhǔn)蒸汽流量，t/h；f-固定系數(shù)；Ffeed-加工量，m3/h；Ffeed0-基準(zhǔn)工況加工量，m3/h。本式及后面涉及的氣體體積均指標(biāo)態(tài)體積。

2.6 汽驅(qū)設(shè)備機(jī)理模型

汽驅(qū)時(shí)汽輪機(jī)和泵的組合體的簡稱。汽輪機(jī)是將蒸汽的壓力能轉(zhuǎn)化成動能驅(qū)動泵用于工藝物料的提壓輸送。在管路固定的條件下，其用汽量與工藝物料的流量成正比。因此計(jì)算汽輪機(jī)用汽量的原理是首先根據(jù)物料流量計(jì)算出汽驅(qū)的實(shí)際功率，然后根據(jù)蒸汽的條件計(jì)算出每噸蒸汽的做功能力，最后得到汽驅(qū)所用蒸汽的流量。

泵的軸功率：

單噸蒸汽通過汽輪機(jī)做功：

汽驅(qū)蒸汽耗量：

式中：Wp-泵的軸功率，kW；Fp-泵實(shí)際流量，t/h；Hp-泵揚(yáng)程，m；ηp-泵效率；Wt-單噸蒸汽通過汽輪機(jī)做功，kW；H0-汽輪機(jī)入口狀態(tài)焓值，kJ/kg；H1-出口狀態(tài)焓值，kJ/kg；ηt-汽輪泵效率；Ft-汽驅(qū)的蒸汽用量，t/h。

2.7 放空閥流量計(jì)算模型

2.7.1 閥門的流量系數(shù)

不同類型閥門的流量系數(shù)（Cv/%）和閥門開度（x/%）的回歸公式及誤差（R2）為：

a）正比例式

b）V型氣門式

c）節(jié)流塞型

d）盤型

2.7.2 閥門的蒸汽流量

根據(jù)流量系數(shù)、允許壓降和蒸汽的參數(shù)，可以按式(21)求出閥門的蒸汽流量F。

式中：Cv-閥門的流量系數(shù)；Δp-允許壓降，MPa；A-閥門的流通面積，m2；p0-蒸汽的入口壓力（表壓），MPa；K-蒸汽的過熱度。

表1 流量系數(shù)(Cv)與閥門開度(x)的關(guān)系[9]Table 1Relationship between valve flow coefficient(Cv) and opening degree(x)

2.8 汽驅(qū)開停優(yōu)化

根據(jù)全廠3.5MPa蒸汽平衡計(jì)算出需要經(jīng)過減溫減壓的蒸汽流量Fdp，在符合汽驅(qū)開啟的先后次序要求的情況下，對不同規(guī)格和不同數(shù)量的汽驅(qū)進(jìn)行組合，從中尋找出與總流量Fdp最接近的3種汽驅(qū)組合。

2.8.1 可能的汽驅(qū)組合

需要找出所有可能的汽驅(qū)組合，并求出其流量，見式(22)、(23)。

式中：Fi-每種汽驅(qū)組合i的流量，t/h；i=1，2，…，m，共有m種組合；Nij-每種類型汽驅(qū)j的臺數(shù)，j=1，2，…，n，共有n種類型；Fj-每種類型汽驅(qū)j的額定流量，t/h。

表2 可能的汽驅(qū)組合Table 2Possible combination of steam drive

根據(jù)該方法列出可能的汽驅(qū)組合，汽驅(qū)組合的編號原則，“類型1-臺數(shù)-類型2-臺數(shù)-類型3-臺數(shù)-……”，見表2。

2.8.2 增開汽驅(qū)的臺數(shù)

根據(jù)已知的減溫減壓流量，從汽驅(qū)組合流量中找出最接近的3種汽驅(qū)組合。分別計(jì)算出增開汽驅(qū)后的節(jié)能量和效益。

2.9 全廠蒸汽平衡模型

產(chǎn)汽和用汽點(diǎn)按照區(qū)域劃分為聯(lián)合裝置區(qū)和公用工程區(qū)，兩個(gè)區(qū)域均有產(chǎn)汽點(diǎn)和用汽點(diǎn)。模型的搭建包括兩個(gè)步驟：第一步是將各產(chǎn)汽點(diǎn)和用汽點(diǎn)的流量測算出來，需要將每個(gè)產(chǎn)汽和用汽點(diǎn)的流量與裝置的加工負(fù)荷關(guān)聯(lián)起來；第二步是全廠蒸汽平衡計(jì)算，該平衡包括兩個(gè)區(qū)域的區(qū)域平衡和全廠的蒸汽平衡，見式(24)～(28)。

式中：G-全廠產(chǎn)汽量，t/h；U-全廠用汽量，t/h；GM-中壓蒸汽產(chǎn)汽量，t/h；UM-中壓蒸汽用汽量，t/h；GL-低壓蒸汽產(chǎn)汽量，t/h；UL-低壓蒸汽用汽量，t/h；DP-中壓蒸汽減溫減壓至低壓蒸汽量，t/h；GMf-動力鍋爐中壓蒸汽產(chǎn)量，t/h；GMc-克勞斯?fàn)t中壓蒸汽產(chǎn)量，t/h。

按此方法計(jì)算出動力鍋爐的產(chǎn)汽量和減溫減壓的流量，繪制出全廠蒸汽平衡圖見圖2。

每個(gè)產(chǎn)汽點(diǎn)和用汽點(diǎn)的蒸汽流量由其用途所決定，同時(shí)也與操作情況有關(guān)，如果所有的用汽點(diǎn)均采用機(jī)理模型進(jìn)行建模，工作量很大，而且還難以包絡(luò)所有的操作參數(shù)，因此結(jié)合產(chǎn)汽和用汽點(diǎn)的特性分別采用機(jī)理法和經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行模型構(gòu)建。有明確的反應(yīng)機(jī)理的反應(yīng)器和加熱功能的設(shè)備采用機(jī)理法，通過輸入這些設(shè)備的特性和反應(yīng)特性計(jì)算出產(chǎn)汽或用汽量。而對于分餾塔等無明確的或者比較簡潔的機(jī)理模型的設(shè)備采用經(jīng)驗(yàn)法，通過給定的單位原料氣對應(yīng)的該設(shè)備的蒸汽單耗進(jìn)行類比推算。

3 應(yīng)用實(shí)例

四川某天然氣凈化廠以處理高含硫天然氣為主，年處理120億m3天然氣。該廠擁有6個(gè)聯(lián)合裝置，12列硫磺回收裝置。公用工程部分設(shè)置3臺燃?xì)忮仩t（額定75t/h，3.8MPa），額定負(fù)荷時(shí)每臺鍋爐的天然氣耗量為19.8萬m3/d。鍋爐的最低產(chǎn)汽負(fù)荷為28t/h，對應(yīng)的天然氣耗量7萬m3/d。正常生產(chǎn)時(shí)原料氣量約為2900萬m3/d，鍋爐可以停用。上游采氣場每月需要進(jìn)行一次批處理，批處理時(shí)原料氣量下降至2600萬m3/d，硫磺爐的蒸汽產(chǎn)量會降低50～70t/h，屆時(shí)需要開啟1臺鍋爐，此時(shí)某套裝置如果處于檢修狀態(tài)或吹掃狀態(tài)，蒸汽用量會進(jìn)一步增大，屆時(shí)可能需要開兩臺鍋爐。目前開啟燃?xì)忮仩t的時(shí)機(jī)和開啟鍋爐的數(shù)量，都是靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)度，存在提前開啟，過度開啟等現(xiàn)象，造成蒸汽過剩，燃料消耗量增大的問題。

影響副產(chǎn)蒸汽產(chǎn)量的因素有內(nèi)部因素和外部因素兩種，大致可概括為以下三方面：(1)上游原因?qū)е碌脑蠚饬看蠓▌樱?2)裝置停工檢修導(dǎo)致蒸汽用量波動；(3)氣侯變化導(dǎo)致全廠蒸汽用量發(fā)生波動。

采用機(jī)理建模方法，對天然氣凈化廠的實(shí)際工況進(jìn)行模擬，預(yù)測蒸汽的產(chǎn)、用平衡，從而指導(dǎo)動力爐和汽驅(qū)的開、停方面取得了良好的效果。模擬的結(jié)果：主要裝置產(chǎn)汽量的誤差為3.1%。聯(lián)合裝置低壓汽產(chǎn)量誤差為-2.3%，聯(lián)合裝置低壓汽用量誤差為-2.9%，公用工程低壓蒸汽用量誤差為3.2%，低壓蒸汽總用量誤差為-2.1%。這些誤差主要是由于氣溫變化導(dǎo)致的散熱量變化，采用附加的蒸汽保溫實(shí)時(shí)計(jì)算模塊作為補(bǔ)充可以進(jìn)一步提高模擬精度。

圖2 全廠蒸汽平衡圖Fig.2Steam balance diagram

表3 計(jì)算值與運(yùn)行值的比較Table 3Comparison of calculated and actual results

4 結(jié)果與討論

傳統(tǒng)的蒸汽平衡的方法一般采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法得到各單元的蒸汽產(chǎn)量和用量，難以應(yīng)對裝置工況發(fā)生較大變化時(shí)所引起的產(chǎn)汽和用汽量的變化，因此計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度相對較差。基于機(jī)理建模的方法從根源上解決了這個(gè)問題，因此提高了計(jì)算精度。

采用該方法編制成的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)“蒸汽建模和優(yōu)化軟件（SMOS-Steam Modeling&Optimization System）”投用后，可以較好地預(yù)測由于原料氣量變化引起的克勞斯?fàn)t蒸汽產(chǎn)量的變化，實(shí)時(shí)計(jì)算出動力鍋爐所需生產(chǎn)的中壓蒸汽量，避免了以往盲目多開一臺鍋爐備用的浪費(fèi)現(xiàn)象。同時(shí)該軟件具有的減溫減壓優(yōu)化功能可以實(shí)時(shí)給出汽驅(qū)的最優(yōu)工作狀態(tài)，提醒操作人員及時(shí)開啟汽驅(qū)。

該方法與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，通過實(shí)時(shí)提取裝置運(yùn)行的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)天然氣凈化廠的蒸汽系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化。

下一步的工作是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)全廠各裝置蒸汽用量的考核系統(tǒng)，使該算法的作用拓展到全廠各單元裝置，通過監(jiān)控每一個(gè)產(chǎn)汽點(diǎn)和用汽點(diǎn)的蒸汽流量，構(gòu)建智能化全廠蒸汽產(chǎn)用考核系統(tǒng)。

該方法可以拓展使用到其它化工企業(yè)，尤其適用于裝置自產(chǎn)汽所占的比重大于動力外供蒸汽的化工企業(yè)，例如煉油、乙醛等工業(yè)。蒸汽系統(tǒng)越復(fù)雜，生產(chǎn)負(fù)荷頻繁變化的工廠，使用該方法所創(chuàng)造的效益越明顯。同時(shí)，該軟件的預(yù)估功能可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀表失靈的情況以及分析裝置突發(fā)事件的原因，對于化工企業(yè)的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有保障作用。

5 結(jié)論

蒸汽系統(tǒng)的機(jī)理建模和優(yōu)化方法包括三個(gè)步驟：第1步是構(gòu)建各產(chǎn)汽和用汽點(diǎn)的機(jī)理模型；第2步是通過蒸汽平衡求出動力鍋爐產(chǎn)汽量和減溫減壓流量；第3步是根據(jù)減溫減壓器流量和汽驅(qū)當(dāng)前的開停狀態(tài)求出在減溫減壓流量最小的條件下的最優(yōu)開停組合。

使用該方法對天然氣凈化廠的計(jì)算結(jié)果顯示誤差小于3%，基于該方法編制的軟件可以用于全廠蒸汽系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測算和優(yōu)化，降低全廠能耗。

該方法可以擴(kuò)展使用到其它化工行業(yè)，以及作為核心模塊嵌入化工企業(yè)的能源管理系統(tǒng)中。

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Steam modeling and energy conservation optimization in natural gas purification plants

WANG He-qin1,ZHOU Yu-chao1,WANG Yong-jun1,HE Wei1,ZHANG Gao-bo2
(1.Zhongyuan Oilfield Puguang Branch,Dazhou 635002,China;
2.Shanghai Huide Energy Integration Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201206,China)

A method of steam system modeling and energy conservation optimization based on the steam generation process mechanism is presented.Firstly,the steam generating and consuming models relating with the gas processing amount of each unit and whole plant were established.Secondly,a model for predicting the steam flow rate of power boilers was worked out according to the steam balance of plant.Finally,an energy optimization model was drawn up for determining the running sequence number of turbine-driving-pump.Combining these models,the steam generating and consuming amounts of whole plant could be calculated in real time based on the feed gas flow rate,giving the energy saving scheme automatically.All basic data got automatically from the real time database software in place of manual input.An example in a natural gas purification plant show that the error of predicting the steam flow rate of power boilers by this method was within 3%.The method could extent to other chemical plants.

natural gas;purification plant;steam;energy conservation;modeling;optimization

TE08；TQ028.2；TQ018

：A

：1001-9219(2016）03-89-06

2015-11-28；

：王和琴(1989-)，男，學(xué)士，從事石油、天然氣開發(fā)管理工作，電郵whq8002006@163. com，電話021-58858850。