大化肥停運(yùn)期間單臺(tái)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行蒸汽平衡措施

韓建軍

（中國(guó)石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

2017年12月，寧夏石化公司為響應(yīng)銀川市冬防期間的大氣污染防治號(hào)召，同時(shí)為緩解寧夏地區(qū)天然氣供應(yīng)緊張的局面，毅然決定一化肥裝置停工。停工后一臺(tái)燃天然氣鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行，保障化肥區(qū)域公用工程運(yùn)行及廠區(qū)防凍、居民生活區(qū)的采暖蒸汽供應(yīng)。由于天然氣供應(yīng)緊張，鍋爐負(fù)荷受限，各級(jí)蒸汽用戶(hù)調(diào)整后低壓蒸汽管網(wǎng)的平衡顯得尤為重要。

1 運(yùn)行方案

一化肥合成氨、尿素主體裝置停運(yùn)后，由于一臺(tái)燃天然氣鍋爐（0102-Z1-3）運(yùn)行，新鮮水、脫鹽水、鍋爐水（BW）、循環(huán)水、儀表風(fēng)等公用工程系統(tǒng)需保持低負(fù)荷運(yùn)行。其中，S38蒸汽驅(qū)動(dòng)的設(shè)備包括一臺(tái)鍋爐給水泵（0102-P1-1T）、一臺(tái)循環(huán)水泵（0104-P1-1T）以及一化肥自備9 MW透平發(fā)電機(jī)組（0105-W1T）。一化肥停運(yùn)后各級(jí)蒸汽用戶(hù)簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1）。

各級(jí)蒸汽用戶(hù)用量如下：

S38中壓蒸汽用戶(hù)：0102-P1-1T6.48 t/h，0104-P1-1T9.1 t/h，0105-W1T 62.5 t/h，尿素裝置防凍 10 t/h。

S5低壓蒸汽來(lái)源：0105-W1T抽汽31 t/h，PIC-106減壓35 t/h（最大量）、旁路15 t/h。

S5低壓蒸汽用戶(hù)：除氧器10 t/h，廠區(qū)加熱站10 t/h，一級(jí)加熱站（送生活區(qū)熱水）20 t/h，廠區(qū)防凍保溫：10 t/h，中央空調(diào)5 t/h，暖汽采暖5 t/h。

按照蒸汽用戶(hù)用量計(jì)算，S38、S10、S5總用量（見(jiàn)表1）。

圖1 各級(jí)蒸汽用戶(hù)簡(jiǎn)圖

表1 蒸汽用戶(hù)用量表

即：一化肥停運(yùn)情況下，為保證化肥廠區(qū)及生活區(qū)防凍及采暖，3#燃天然氣鍋爐運(yùn)行負(fù)荷最低需120 t/h。

2 蒸汽平衡難點(diǎn)分析

2.1 燃天然氣鍋爐負(fù)荷平衡

根據(jù)天然氣銷(xiāo)售西北分公司“關(guān)于天然氣供應(yīng)緊張期間限量”的相關(guān)要求，本公司天然氣總用量限制最大為30×104m3/d。在三化肥項(xiàng)目公用工程運(yùn)行防凍、開(kāi)工鍋爐燃?xì)饬孔畹?0×104m3/d的情況下，一化肥天然氣消耗剩余總量不足20×104m3/d，折算下來(lái)3#燃?xì)忮仩t天然氣消耗最大量為8 300 m3/d。按照燃?xì)忮仩t天然氣消耗100 m3/t計(jì)算，鍋爐運(yùn)行產(chǎn)汽量最大允許為83 t/h。

綜上所述，在天然氣供應(yīng)受限的情況下，燃?xì)忮仩t最大產(chǎn)汽量無(wú)法保證化肥裝置區(qū)域公用工程運(yùn)行、廠區(qū)防凍以及居民采暖所需120 t/h的最低要求，存在37 t/h的缺口。為此采取如下措施：

（1）由于外部電網(wǎng)的穩(wěn)定供應(yīng)，0105-W1T退出運(yùn)行可以節(jié)省31 t/h的蒸汽用量。

（2）由于S100蒸汽無(wú)用戶(hù)，在相同燃?xì)饬康那闆r下，通過(guò)降低S100管網(wǎng)壓力來(lái)提高3#鍋爐汽包的發(fā)汽量。實(shí)踐證明，S100管網(wǎng)壓力由10.0 MPa降至7.0 MPa時(shí)，3#燃天然氣鍋爐在相同天然氣燃燒量的情況下，發(fā)汽量增加約20 t/h。

通過(guò)以上措施，在鍋爐給水溫度恒定的情況下，3#鍋爐燃料天然氣量控制在6 200 m3/h、S100管網(wǎng)壓力設(shè)定7.0 MPa時(shí)，鍋爐產(chǎn)汽量可以達(dá)到80 t/h。除去S38蒸汽用戶(hù)0102P1-1T、0104-P1-1T、尿素裝置防凍用量10 t/h外，剩下約70 t/h，剛好滿(mǎn)足S5管網(wǎng)用戶(hù)用量需求。測(cè)試結(jié)果（見(jiàn)表2）。

2.2 S5管網(wǎng)平衡

正常情況下，S5蒸汽由PIC-106減壓及0105-W1T抽出低壓蒸汽供應(yīng)，最大量為66 t/h。0105-W1T停運(yùn)后，S5蒸汽只能通過(guò)PIC-106減壓供應(yīng)，最大量為35 t/h。由于S38無(wú)法通過(guò)減壓或其他手段補(bǔ)充S5管網(wǎng)，導(dǎo)致低壓蒸汽用戶(hù)需求仍不能滿(mǎn)足。

PIC-106旁路為臨時(shí)管線(xiàn)，雖然可以減壓，但由于該線(xiàn)路沒(méi)有減溫水導(dǎo)致S5蒸汽超溫，容易造成PIC-106閥后閥門(mén)密封墊及填料等固件因高溫發(fā)生損壞泄漏等事故。另外，PIC-106旁路減壓能力只有15 t/h，顯然也不能滿(mǎn)足低壓蒸汽用戶(hù)60 t/h的最低用量。

表2 測(cè)試結(jié)果

圖2

3 低壓蒸汽不足的解決措施

3.1 方案的分析和論證

通過(guò)以上分析，3#燃?xì)忮仩t在天然氣限量的情況下，能夠提供充足的蒸汽量來(lái)保證化肥公用工程的正常運(yùn)行及廠區(qū)的防凍、生活區(qū)的采暖等需求。但如何把中壓蒸汽減壓、減溫，并滿(mǎn)足低壓蒸汽用戶(hù)需求是一個(gè)難點(diǎn)。

為此，考慮到了前期尿素裝置利用中壓蒸汽增壓外送低壓蒸汽的技改項(xiàng)目。

尿素裝置201-FA/FB（汽包）低壓飽和蒸汽設(shè)計(jì)壓力0.35 MPa～0.55 MPa，溫度145℃。公用工程S5管網(wǎng)壓力通常設(shè)定在0.50 MPa以上。一化肥正常生產(chǎn)情況下，尿素副產(chǎn)低壓蒸汽壓力控制在0.40 MPa左右，由于壓力低，無(wú)法送至S5蒸汽管網(wǎng)（見(jiàn)圖2）。

2005年，為回收尿素富余低壓蒸汽，實(shí)施了中壓蒸汽增壓回收技改項(xiàng)目（如圖2紅線(xiàn)部分）。項(xiàng)目試運(yùn)后，由于尿素富余低壓蒸汽量較少，考慮到S38增壓成本及損失，后期拆除了部分增壓設(shè)備、設(shè)施，其他閥門(mén)、管線(xiàn)一直處于擱置狀態(tài)。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察和分析評(píng)估，尿素裝置引中壓蒸汽，產(chǎn)生低壓蒸汽送至公用工程S5蒸汽管網(wǎng)具有可行性（見(jiàn)圖 3）：

（1）設(shè)備、管線(xiàn)完好。原技改項(xiàng)目拆除了部分設(shè)備設(shè)施，遺留的低壓蒸汽外送管線(xiàn)雖擱置較久，但閥門(mén)、管線(xiàn)狀態(tài)良好，只需進(jìn)行閥門(mén)調(diào)校及密封墊、填料更換等簡(jiǎn)單維護(hù)即可。

（2）流程暢通。拆除過(guò)程中保留了低壓蒸汽外送管線(xiàn)。

（3）工藝參數(shù)均能滿(mǎn)足外送要求。一化肥裝置停工狀態(tài)下，尿素低壓飽和蒸汽壓力可以提升至0.55 MPa，公用工程S5管網(wǎng)壓力在保證除氧器溫度的情況下可以低于0.5 MPa，0.05 MPa以上的壓差足以保證尿素低壓蒸汽外送至S5蒸汽管網(wǎng)，且尿素低壓蒸汽壓力、溫度均能滿(mǎn)足S5管網(wǎng)參數(shù)需求。

（4）操作簡(jiǎn)單，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，可長(zhǎng)期運(yùn)行。

3.2 方案的實(shí)施

圖3 尿素低壓蒸汽外送流程示意圖

表3 試運(yùn)行期間各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表4 優(yōu)化后參數(shù)表

2017年12月，經(jīng)過(guò)尿素低壓蒸汽外送閥門(mén)調(diào)校、管線(xiàn)維護(hù)等準(zhǔn)備，對(duì)該流程進(jìn)行了試運(yùn)行。試運(yùn)行期間各項(xiàng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表3）。

試運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：通過(guò)尿素裝置外送低壓飽和蒸汽至S5蒸汽管網(wǎng)完全可行，且運(yùn)行效果良好。2017年12月中旬，該項(xiàng)目正式投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)工況優(yōu)化調(diào)整，各項(xiàng)參數(shù)固定（見(jiàn)表4）。

4 結(jié)語(yǔ)

寧夏地區(qū)冬季年最低氣溫≥-15℃，目前環(huán)境氣溫已降至-15℃左右，一化肥裝置停運(yùn)后公用工程的運(yùn)行、廠區(qū)的防凍及生活區(qū)采暖低壓蒸汽用量趨于穩(wěn)定，本文采取的措施能夠順利滿(mǎn)足各級(jí)蒸汽的用戶(hù)需求。鑒于極寒天氣下的緊急預(yù)防，對(duì)中壓蒸汽管網(wǎng)減壓站閥位及尿素低壓蒸汽外送量均預(yù)留了緩沖余地。后期隨著生活區(qū)供暖業(yè)務(wù)的移交，一化肥停運(yùn)后各級(jí)蒸汽的平衡將更好掌控。