中壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造

任兆平

（天津渤化永利化工股份有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，天津300452）

1 渤化永利化工中壓蒸汽管網(wǎng)簡介

渤化永利化工中壓蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)供汽方主要有永利熱電發(fā)電抽汽（含中壓雙減）130t（最大工況170t/h），合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽99t/h（寶馬減溫減壓閥U30002 最大流量150 t/h），甲醇合成氣壓縮機(jī)抽汽80t/h（減溫減壓U30001A/B 最大流量60 t/h），煤氣化雙爐副產(chǎn)中壓汽227 t/h，合計(jì)生產(chǎn)滿負(fù)荷時(shí)最大供應(yīng)能力為536 t/h。設(shè)計(jì)主要用汽方甲醇界區(qū)共二氧化碳壓縮機(jī)109 t/h，甲醇變換用汽量32t/h，丁辛醇一期用量57t/h，合成氨變換用量50t/h，聯(lián)堿裝置用量170 t/h，醋酸裝置用量36t/h。合計(jì)正常裝置用量464t/h。隨著渤化化工園的發(fā)展，陸續(xù)增加了部份中壓蒸汽用戶例如澳佳DOP、二期丁辛醇、大沽化工等，其中大沽化增加用量為130t/h（正常）/150t/h(最大)，該廠區(qū)在渤化永利園區(qū)北側(cè)約2000m，要求到界區(qū)壓力、溫度為4.1MPa，400℃。中壓蒸汽設(shè)計(jì)與現(xiàn)狀情況詳見表1。

表1 中壓蒸汽設(shè)計(jì)和現(xiàn)運(yùn)行工況對比表

2 主要問題

2.1 供汽方設(shè)計(jì)汽量不足

原中壓蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)已經(jīng)不能適用新的需求，永利熱電發(fā)電抽汽、合成氨和甲醇合成氣壓縮機(jī)抽汽、煤氣化副產(chǎn)汽總量不能達(dá)到用汽量需求。汽輪機(jī)的抽汽需要調(diào)節(jié)增加抽汽量。同時(shí)需要起用原設(shè)計(jì)為備用狀態(tài)的兩套減溫減壓裝置（U30002 和U30001A/B）進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)來滿足用汽需求。

2.2 供汽端壓力溫度超設(shè)計(jì)值

為滿足末端用戶大沽化工的壓力（4.1MPa）和溫度（400℃）需求，主要供汽方之一合成氨裝置區(qū)合成氣壓縮機(jī)抽汽出現(xiàn)超壓超溫運(yùn)行狀態(tài)。最高壓力可達(dá)到4.5 MPa，溫度可達(dá)到460～470℃。而原設(shè)計(jì)壓力4.2 MPa 溫度430℃。發(fā)電抽汽（含中壓雙減）也出現(xiàn)了不同程度超壓現(xiàn)象。

2.3 合成氨裝置合成氣壓縮機(jī)蒸汽透平末級頁片出頻繁損壞

由于蒸汽透平抽汽和9.8～4.2MPa 寶馬減溫減壓器U30002 是最大的中壓汽供應(yīng)點(diǎn)，臨近管線處沒有大的用戶。為滿足大沽化工用汽量，在蒸汽透平有較大抽汽量的基礎(chǔ)上，仍然需要開大寶馬減溫減壓器的投用量，原中壓蒸汽的輸送管線的輸送負(fù)荷增加50%以上，此時(shí)透平抽汽壓力被動(dòng)提高至4.4～4.5MPa，抽汽壓力過高，中壓蒸汽抽汽口阻力增大，蒸汽透平的內(nèi)部負(fù)荷分布發(fā)生變化，蒸汽流向汽輪機(jī)汽缸低壓段過多，蒸汽透平低壓段負(fù)荷增加，蒸汽冷凝區(qū)域上移，末級葉片長期運(yùn)行超溫被損壞。嚴(yán)重影響合成氨合成氣壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 原因分析

3.1 用汽量增加而管網(wǎng)未變

中壓蒸汽用戶增加，蒸汽總量增大，而蒸汽總管并沒有相應(yīng)擴(kuò)大，從而總管這一段的流速增大，阻力降增大，初步計(jì)算約1.2bar。大沽化距離2000m，管徑為DN600，流速約12m/s，阻力降約1.5bar。

3.2 送汽點(diǎn)產(chǎn)量增加但送汽支管未變

合成氨合成氣壓縮機(jī)和減溫減壓U30002 作為中壓汽產(chǎn)汽主力，原設(shè)計(jì)φ350 管線，中壓汽流量為99t/h，現(xiàn)通常流量為140 t/h。至中壓蒸汽總管前沒有用戶。合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽和減溫減壓裝置作為產(chǎn)汽端壓力一直是整個(gè)管網(wǎng)中最高壓力所在。為滿足大沽化用戶需求，合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽點(diǎn)中壓蒸汽總管壓力需提高到4.45MPa。中壓蒸汽設(shè)計(jì)和現(xiàn)運(yùn)行工況對比見表1。

甲醇合成氣壓縮機(jī)抽汽和減溫減壓器U30001A/B 出口管線上由于有兩臺(tái)二氧化碳壓縮機(jī)用汽，未表現(xiàn)出超壓和超溫。

4 解決方案

4.1 中壓蒸汽總管環(huán)線布局

增加一條中壓蒸汽管線，將高壓減溫減壓器U30002 的中壓汽出口管線從合成氨裝置西部管廊接出，在中壓蒸汽總抽出去丁辛醇裝置支管后在中壓蒸汽總管北側(cè)匯入，管徑為φ350，與合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽通過閥門控制分開，閥門打開形成環(huán)路可向兩個(gè)方向送出中壓蒸汽，保證整個(gè)中壓蒸氣管網(wǎng)平衡供應(yīng)。閥關(guān)閉可形成多點(diǎn)向中壓蒸汽總管供汽的格局，原合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽仍使用原管線，減少對抽汽管線的影響。大沽化工用汽量基本都是從減溫減壓器提供的，可以直接在總管末端并入減溫減壓器的量，也就是從原總管上分流一半的中壓蒸汽，從而減少合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽到中壓蒸汽總管的阻力損失。

4.2 備用方案

由于大沽化工130t/h 左右的蒸汽是通過高壓減溫減壓器U30002 來的，噴水降溫引起能量損失，不經(jīng)濟(jì)不節(jié)能。考慮增設(shè)一臺(tái)小的背壓透平帶發(fā)電機(jī)，可以將高品位蒸汽轉(zhuǎn)成低品味蒸汽供用戶使用，同時(shí)這部分的能量差值可以用來發(fā)電，即節(jié)能又有經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。130t/h 9.8MPa 高壓蒸汽背壓到4.2MPa，初步計(jì)算，可以發(fā)電5500kWh 或者提供動(dòng)力5500kW。如果1kWh 電按照0.3 元計(jì)算，則1a 可以節(jié)約1320 萬元。小型背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組的投資約500 萬，半年即可回收成本。高壓減溫減壓器U30002 可停下，由于投資費(fèi)用較高，本方案備用。

5 方案實(shí)施

5.1 主管網(wǎng)阻力計(jì)算

以熱電中壓抽汽（含中壓雙減）為主管網(wǎng)起點(diǎn)，以大沽化工用汽點(diǎn)作為用汽最末端，其它用戶從主管網(wǎng)上抽取用汽，其它供汽方也在相應(yīng)的點(diǎn)位向主管網(wǎng)輸送。相對位置流程圖見圖1。云線所標(biāo)部份為增加和改造工壓蒸汽管線。

在表2 中統(tǒng)計(jì)了主管網(wǎng)的分段長度、管徑、彎頭、三通等以及用汽送汽節(jié)點(diǎn)的流量變化，對主管網(wǎng)進(jìn)行了分段計(jì)算阻力，核算改造優(yōu)化后主管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力情況。參數(shù)為：介質(zhì)運(yùn)動(dòng)粘度γ：1.7923 m/s2；介質(zhì)動(dòng)力粘度 η：25Pa.s；介質(zhì)介質(zhì)比容 υ：0.0717 m/kg3； 管 子 等 值 粗 糙 度 ε：0.0457mm；管道摩擦系數(shù) λ：0.0133；90 度彎頭阻力系數(shù) ξwt：0.399；三通阻力系數(shù) ξst：0.266；異徑管阻力系數(shù) ξyj：0.065；閥門的阻力系數(shù) ξfm：8。

5.2 中壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造后效果

通過把合成氨裝置的合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽和減溫減壓器U30002 所產(chǎn)生的中壓蒸汽分成兩路，降低了原中壓蒸支管的流量負(fù)荷。同時(shí)降低了合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽壓力。改造完成后大沽化工用汽端壓力為4.1MPa，合成氨合成氣壓縮機(jī)抽汽壓力降至4.286MPa，甲醇合成氣壓縮機(jī)抽汽壓力降至4.315MPa。達(dá)到了合成氣壓縮機(jī)抽汽壓力設(shè)計(jì)要求，即正常工況4.2MPa，最高4.4MPa。同時(shí)有效降低了中壓蒸汽管網(wǎng)的阻力損失。

圖1 中壓蒸汽管網(wǎng)位置流程示意圖

12點(diǎn)節(jié)化沽大06+3.36E 0 13 1 1 5 47.5 0 05-8.35E 3 13.0 0 6 8.06 8 00 20 00 23 78 32.19 0 8 2.9 31 0 0 1 5 0.06 2 8 12.2 0 19 43 7 00 00 3 1 0 0 00 3 51,7 114 8 14.1 0 000.1 4 11點(diǎn)節(jié)0 1點(diǎn)節(jié)9點(diǎn)節(jié)8點(diǎn)節(jié)7點(diǎn)節(jié)閥馬寶大醇辛丁走抽酸醋走抽成合入?yún)R抽氨成合汽并汽用汽用汽抽氨送開分汽06+E 3.07 06+1.89E 06+E 5.41 06+E 6.4206+7E 3.0 70 60 6.4 17 9 2070 17.5 7 21 25 17 2 23.3 0 5 50.4 0 6 61.4 0 5 0.460 32 0.32 04-E 1.41 04-1.01E 05-E 9.90 05-E 9.9204-1E 1.4 13 0.0 3 13.0 0 3 13.0 0 13.0 0 13.0 0 1 1.65 2 0 1.57 1 03 2.2 61.0 4 26.9 2 3 34 90 1 60 43.5 22 5.4 94 3 8.5 21 69 9.45 4 75 25.8 85 5.7 9 5.11 0.26 65.6 2 85.8 1 14 12 0 6 4 5.46 4.79 0.00 2.34 6 1.5 1 1 1 1 1 0.26 6 0.26 0.26 0.26 6 0.2 1 1 0 1 1 65 0.0 5 0.06 0 65.0 0 65.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 436 9 53 4 776 6 02 177 7 589 00 300000 30 00 300 00 300000 30 0 0 0 0 1 0 0 0 0 000 30 4 8,00 4 3 4,99 54 7,4 2 19,47 87 39,4 0 48.0 0 0 05.0 0 5 07.0 0 5 0.019 95 0.03 8 62.2 4 7 19.2 4 2 27.2 4 7 4.246 62 4.28表主管網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)阻力計(jì)算表2 6點(diǎn)節(jié)5點(diǎn)節(jié)4點(diǎn)節(jié)氣煤汽去補(bǔ)抽化醇甲后入汽匯抽汽抽醇甲6 0+6E.2 4 6 0+5E.6 5 06+4.62E 39 1 184 4 10 6.5 1 2 2 6 2 23 0.466060.4185.3 0 5 0-9E.8 9 5 0-2E.9 9 04-1.43E0.013 3 0.01 3 0.015.705 4 2.01 9 3.14 6 9 0 3 0 2.4 110 4.5 3 3 2 2.6.04 1 2.21 6 2 5 4.3 2.78 0 1.95 1 1 1 6.2 0.26 0 0.26 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 83 10 98 67 45 48 1 0 00 30 0 000 3 00 00 3 0 0 1 0 0 00 00 3 15,9 11 7 7,47 9,330 4 19 0.010750.0493.0 0 86 4.256614.2154.3 4 3點(diǎn)節(jié)走抽t/h 后130 06+E 2.51 8 0 10 5 50.4 0 04-E 1.01 1 3 0.0 18 6.0 3 10 5.4 18 1.6 2 6 2.34 1 0.26 0 0 0 0 1 97 4 00 00 3 0 0 00.0 0 17 4,6 6 04.0 0 7 70.2 4 2點(diǎn)節(jié)1點(diǎn)節(jié)管總汽抽電發(fā)00)5 N D（口出06+E 6.4406+1E 9.1 0 21 10 2 25 50 6 0.461 64 0.32 05-E 9.9004-0E 1.4 13.0 0 33 0.01 43.5 4 29.1 6 60 57 69 5.55 6 2.6 58.4 3 6 8 2.34 92.1 3 1 1 0.26 66.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04 198 64 068 1 00 300000 30 0 0 0 0 4 21,78 1 7,55 11 8 0.021 76 0.11 5 4.292 00 4.41位單t/h/s m m m m a P a P a P a P a p M a p M號(hào)符e R ω i D E λ ξ t 1 L L ξ 1∑tz ξw n ξ stz ξyjz z ξfm p js△p kb△n z kb p△p△目項(xiàng)算計(jì)數(shù)諾雷量流總道管速流質(zhì)介內(nèi)管徑內(nèi)子管度糙粗對相壁管數(shù)系擦摩子管數(shù)系力阻總道管離距線直道管度長開展總道管數(shù)系擦摩總道管量數(shù)頭彎0 度9數(shù)系力阻頭彎0 度9量數(shù)通三數(shù)系力阻總通三量數(shù)管徑異數(shù)系力阻總管徑異量數(shù)門閥數(shù)系力阻總門閥降壓算計(jì)道管汽蒸損壓置裝量測量流量數(shù)置裝量測量流損壓總量測量流降壓際實(shí)道管汽蒸力壓點(diǎn)節(jié)鍵關(guān)號(hào)序、一 、二 、三 、四1 1.1 1.21.31.4、五 、六 、七