大型煤化工項目蒸汽管網(wǎng)等級配置研究

郭小丹(中國寰球工程有限公司北京分公司，100012)

大型煤化工項目蒸汽管網(wǎng)等級配置研究

郭小丹(中國寰球工程有限公司北京分公司，100012)

隨著煤化工項目裝置規(guī)模和工藝復(fù)雜性的不斷提高，蒸汽系統(tǒng)參數(shù)的選取應(yīng)進(jìn)行合理分析和優(yōu)化。本文介紹了某大型煤化工項目蒸汽管網(wǎng)參數(shù)的比選和確定，對類似項目有一定參考意義。

蒸汽系統(tǒng)；蒸汽管網(wǎng)；壓力等級

化工項目的蒸汽系統(tǒng)一般指由蒸汽鍋爐、工藝余熱鍋爐或其他蒸汽發(fā)生設(shè)備產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸汽管網(wǎng)送至各個生產(chǎn)裝置，用以加熱工藝介質(zhì)，驅(qū)動各類壓縮機(jī)、離心泵用的工業(yè)透平，或作為工藝原料參與化學(xué)反應(yīng)，吹掃，抽真空和采暖等。蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計對裝置運(yùn)行和能耗都有很大影響，而蒸汽管網(wǎng)等級參數(shù)的選擇關(guān)系到全廠供熱方案、配套動力站規(guī)模、鍋爐汽輪機(jī)等主機(jī)的選型等。

某項目為大型煤炭分質(zhì)清潔高效轉(zhuǎn)化項目，規(guī)劃熱解轉(zhuǎn)化原煤1000萬噸/年，年產(chǎn)油品200萬噸。該項目包括水煤漿氣化、變換、低溫甲醇洗、硫回收、費(fèi)托合成、油品加工等工藝裝置和公用工程輔助設(shè)施。本文以該項目為例，對全廠蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)等級進(jìn)行合理配置和研究。

1 蒸汽管網(wǎng)等級的確定原則

大型煤化工項目的全廠工藝物料種類繁雜，大型轉(zhuǎn)動設(shè)備驅(qū)動要求高，對于加熱蒸汽的規(guī)格要求也多種多樣。面對多樣的用能需求，合理組合蒸汽管網(wǎng)等級，合理匹配用能需求與供能之間的關(guān)系，避免高能低用，避免全廠蒸汽管網(wǎng)復(fù)雜化，為運(yùn)行提供便利條件等都是全廠蒸汽管網(wǎng)等級設(shè)計時需要遵循的原則。

2 蒸汽管網(wǎng)等級比選及確定

參考SH/T3117《石油化工設(shè)計熱力工質(zhì)消耗量計算方法》，常規(guī)大型煤化工、石油化工項目通常設(shè)置4個蒸汽等級：

高壓9.8～12.5MPaG， 510℃～540℃；中壓3.5～4.2MPaG，

380℃～440℃；低壓0.8～1.2MPaG， 190℃～280℃；低低壓 0.35～0.5MPaG， 飽和～220℃；

常規(guī)設(shè)置方案經(jīng)過多年和多項目的實際運(yùn)行和驗證，證明能夠比較好的適應(yīng)煤化工、石油化工項目的運(yùn)行要求。按照蒸汽驅(qū)動設(shè)備的功率大小，國內(nèi)通常會選擇高壓（9.8MPaG，540℃）和中壓等級（4.0MPaG，400℃）作為驅(qū)動用蒸汽等級，低壓和低低壓等級主要作為除氧用蒸汽和加熱用蒸汽的來源。以此為基礎(chǔ)，按照項目的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化設(shè)置。

2.1 高壓蒸汽管網(wǎng)參數(shù)的確定

高壓等級蒸汽來源為配套動力站鍋爐，大功率轉(zhuǎn)動設(shè)備和發(fā)電汽輪機(jī)組采用該等級蒸汽驅(qū)動。

常規(guī)煤化工、石油化工項目高壓等級多采用9.8MPaG，540℃的參數(shù)，由于該項目規(guī)模大，占地面積較大，蒸汽管線輸送距離長，壓力溫度損失較大；且項目配套大型空分裝置，共配套8臺空分，空分透平單臺功率約70MW。為保證空分透平的進(jìn)汽壓力[1]，同時便于蒸汽輸送，調(diào)整高壓等級參數(shù)為11.5MPaG，525℃，鍋爐出口壓力設(shè)定為12.5MPaG，540℃。相比常規(guī)參數(shù)而言，提高高壓管網(wǎng)的壓力參數(shù)，可減少透平進(jìn)汽量，降低全廠蒸汽消耗，減少鍋爐煤耗；且對于大量蒸汽的長距離輸送，提高壓力有利于降低管徑，減少高等級管材的消耗量[1]。

鍋爐蒸汽壓力的提高，并不是越高越好。由于高壓蒸汽主要用于驅(qū)動透平，在選擇蒸汽參數(shù)時，必須考慮通過透平尾部葉片的排汽中含濕量的影響，壓力升高到一定程度而溫度不變，就需要采用蒸汽再熱，系統(tǒng)就變得復(fù)雜，例如國內(nèi)13.7MPaG超高壓蒸汽鍋爐機(jī)組一般為再熱機(jī)組。從國內(nèi)三大主機(jī)制造廠家的咨詢情況看，各廠均有12.5MPaG等級鍋爐及汽輪機(jī)的設(shè)計和運(yùn)行業(yè)績，可滿足優(yōu)化后的參數(shù)要求。

2.2 中壓蒸汽等級參數(shù)的確定

中壓蒸汽大部分來源于動力站汽輪機(jī)的抽汽或背壓排汽，中壓蒸汽也作為工藝裝置驅(qū)動用蒸汽等級，并根據(jù)工藝要求用作加熱熱源和反應(yīng)原料。常規(guī)煤化工、石油化工項目多選取4.0～4.2MPaG的等級參數(shù)，而該項目中壓蒸汽約有118t/h穩(wěn)定熱負(fù)荷用作變換裝置的反應(yīng)原料，變換裝置的反應(yīng)壓力約為3.9MPaG，常規(guī)的4.0～4.2MPaG蒸汽等級無法滿足變換裝置對蒸汽的壓力要求，因此將中壓蒸汽等級調(diào)整為4.5MPaG，420℃，兼顧變換和其他用戶的蒸汽需求。

2.3 低壓蒸汽等級參數(shù)的確定

常規(guī)項目的低壓蒸汽主要是工藝加熱蒸汽和動力站的除氧用蒸汽，參數(shù)多為0.8～1.2MPaG，190℃～280℃。該項目費(fèi)托合成裝置中有近1500t/h的副產(chǎn)1.6MPaG飽和蒸汽，副產(chǎn)蒸汽較多，這部分的蒸汽降級使用是不合理的。如果為這部分蒸汽單獨(dú)在低壓蒸汽管網(wǎng)之上再設(shè)置一級管網(wǎng)，由于參數(shù)相近，用戶較少，造成投資浪費(fèi)和管網(wǎng)復(fù)雜程度增加，所以將1.6MPaG管網(wǎng)和常規(guī)1.0MPaG管網(wǎng)合并?？紤]沿程阻力損失等情況，低壓蒸汽等級采用1.4MPaG，溫度200℃。

低低壓蒸汽主要是作為加熱蒸汽和裝置內(nèi)設(shè)置壓力式除氧器的除氧蒸汽。低低壓蒸汽等級采用常規(guī)參數(shù)0.5MPaG，飽和溫度159℃。為最大限度的回收工藝裝置的余熱，低低壓蒸汽的壓力等級還可以考慮適當(dāng)降低。

3 結(jié)語

隨著化工項目裝置規(guī)模大型化和工藝流程復(fù)雜性的不斷提高，對公用工程系統(tǒng)參數(shù)匹配的合理性提出更高要求。全廠蒸汽系統(tǒng)的參數(shù)不可一味按照傳統(tǒng)經(jīng)驗和習(xí)慣選取，因根據(jù)項目具體情況，結(jié)合工藝裝置用汽需求，進(jìn)行合理分析和優(yōu)化，有利于降低裝置能耗，提高能源利用效率。

[1]田忠明，查從念，王偉，等.化工裝置配套動力站鍋爐主蒸汽壓力等級選型研究[J].能源工程，2013(04)：69—72.