煉化裝置蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收的工業(yè)研究

蘭勇 張鶴鋒 張建創(chuàng) 唐小平 劉斌

摘要：本文以某煉化裝置蒸汽熱力系統(tǒng)為例，提出蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收技術(shù)，以可行的方式合理回收閃蒸罐的二次閃蒸汽和冷凝水余熱再利用工業(yè)技術(shù)，充分利用凝結(jié)水及乏汽中的優(yōu)質(zhì)熱能，減少熱污染，降低設(shè)備外腐蝕，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)。

關(guān)鍵詞：蒸汽梯級(jí)利用? 凝結(jié)水? 余熱回收? ?節(jié)能降耗? 環(huán)保

一、前言

蒸汽是煉油化工企業(yè)生產(chǎn)中采用的主能源，為裝置的正常生產(chǎn)提供了熱能和動(dòng)力。煉化裝置蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)一般分為中壓蒸汽管網(wǎng)和低壓蒸汽管網(wǎng)兩種，每個(gè)管網(wǎng)都存在多種不同類型的用汽設(shè)備，中壓蒸汽管網(wǎng)壓力≧3.2Mpa，主要是為煉化裝置再沸器提供熱源、為大型離心壓縮機(jī)組提供動(dòng)力等，蒸汽通過汽輪機(jī)降溫、降壓釋放能量來做功，透平后產(chǎn)生壓力和溫度較高的冷凝水。低壓蒸汽管網(wǎng)壓力≧0.5Mpa，主要是為煉化裝置低壓透平設(shè)備、汽提飽和蒸汽、重質(zhì)油工藝管道伴熱等提供熱源，使用后的低壓蒸汽也會(huì)產(chǎn)生壓力和溫度較高的冷凝水。大多數(shù)企業(yè)使鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽供高壓用汽設(shè)備使用后，通過布置閃蒸罐，讓高壓冷凝水進(jìn)入閃蒸罐后，將低壓用汽設(shè)備產(chǎn)生的冷凝水回收并重新打回鍋爐給水系統(tǒng)循環(huán)使用。

凝結(jié)水閃蒸罐通常為常壓、敞口或半敞口罐，二次閃蒸乏汽從罐頂噴出，凝結(jié)水白白浪費(fèi)的同時(shí)造成環(huán)境熱污染。數(shù)據(jù)顯示，該凝結(jié)水所含有的熱量為蒸汽全部熱量的20～30%左右，如果不能有效回收凝結(jié)水中所含的優(yōu)質(zhì)熱能而直接打回鍋爐給水系統(tǒng)循環(huán)使用，則大大降低了熱水資源的利用率。

本文通過對(duì)蒸汽及冷凝水閃蒸系統(tǒng)進(jìn)一步研究分析，通過蒸汽梯級(jí)利用系統(tǒng)工藝改造，以煉化裝置實(shí)例提出可行的優(yōu)化方法和工藝，解決凝結(jié)水罐罐頂閃二次閃蒸乏汽較多、水量充足、水溫高、回收率低等問題。

二、某廠目前蒸汽能源現(xiàn)狀

某廠地處西北部，低溫天氣覆蓋時(shí)間長(zhǎng)，每套裝置在設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱俗龊梅纼龇滥ぷ?，工藝管道、部分儀表和液位計(jì)均設(shè)有蒸汽伴熱。廠內(nèi)動(dòng)力車間安裝有三臺(tái)35t/h燃?xì)忮仩t，鍋爐額定壓力3.82MPa，出口溫度450℃。運(yùn)行情況：夏季一運(yùn)兩備，冬季兩運(yùn)一備。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和裝置的不斷增多，冬季隨著低壓蒸汽用量的逐漸加大，高峰時(shí)期用汽量已經(jīng)超過70t/h，三臺(tái)鍋爐運(yùn)行，總能耗居高不下，達(dá)到供需矛盾日益嚴(yán)重。

廠內(nèi)現(xiàn)有開式凝結(jié)水罐JF-CW45C一臺(tái)，處理能力40～50 t/h，凝結(jié)水泵兩臺(tái)，流量：44.4m3/h，揚(yáng)程：50.5m，目前夏季凝結(jié)水泵出口流量表顯約為25～30t/h，冬季凝結(jié)水泵出口流量表顯約為30～35t/h，部分裝置伴熱的使用量和凝結(jié)水進(jìn)罐流量數(shù)據(jù)具體如下：

1、加氫改質(zhì)裝置：使用低壓蒸汽（0.5MPa），主要用于工藝管線、儀表伴熱及各蒸汽服務(wù)點(diǎn)，蒸汽用量為2～3t/h，凝結(jié)水回到凝結(jié)水罐中。

2、PSA提氫裝置：主要用中壓蒸汽為壓縮機(jī)提供動(dòng)力，兩臺(tái)壓縮機(jī)蒸汽總耗量約13t/h。凝結(jié)水送開式水罐，同時(shí)裝置內(nèi)的低壓蒸汽伴熱凝結(jié)水也回到了開式水罐。

3、苯抽提裝置：中壓蒸汽用于塔底再沸器熱源，總耗量約6～7t/h，再沸器凝結(jié)水及蒸汽伴熱凝結(jié)水回到凝結(jié)水罐。

4、氣分裝置：氣分裝置使用低壓蒸汽（0.5MPa）用于塔底再沸器熱源。蒸汽用量為5t/h，凝結(jié)水均回到開式水罐。

5、MTBE裝置：MTBE裝置使用低壓蒸汽（0.5MPa）用于再沸器熱源。蒸汽用量約為6～8t/h，凝結(jié)水均回到開式水罐。

三、存在問題

上述的五套裝置凝結(jié)水混合后進(jìn)入凝結(jié)水罐，再經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后送至動(dòng)力車間鍋爐作為鍋爐補(bǔ)水。通過對(duì)高溫凝結(jié)水回收裝置的研究和分析，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水罐存在以下問題：

1、凝結(jié)水罐頂二次閃蒸乏汽較多，回收率低

凝結(jié)水罐運(yùn)行過程中有大量的二次閃蒸乏汽從罐頂噴出，凝結(jié)水以閃蒸乏汽的形式外溢，白白浪費(fèi)的同時(shí)帶來熱污染，回收效率大大降低。

一直以來沒有人重視凝結(jié)水二次閃蒸形成的乏汽，其實(shí)乏汽具有較高的熱焓值，雖然壓力低，但是其生成水時(shí)可以放出較高的凝結(jié)熱，此熱值接近除氧器所用的新蒸汽。

由上表可以看出：

（1）隨著壓力的增加，飽和蒸汽的比焓也隨著增大，但增加的幅度逐步減小。

（2）隨著壓力的增加，飽和蒸汽汽化潛熱不斷的減小。

（3）常壓下飽和蒸汽的比焓與1.0MPa飽和蒸汽的比焓相差很?。?9.84 kcal），由此可見乏汽的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2、閃蒸乏汽外溢導(dǎo)致環(huán)境污染日趨加重，同時(shí)乏汽外溢到空中再冷凝之后的液滴飄落在下方的設(shè)備及管道上，導(dǎo)致設(shè)備及管道腐蝕速率加快。

3、從凝結(jié)水罐液位和凝結(jié)水泵出口流量來看，凝結(jié)水量充足，且經(jīng)過長(zhǎng)期觀測(cè)，水溫能夠保持在70～90℃，凝結(jié)水熱能未得到充分利用，造成能源浪費(fèi)。

綜上所述，急需實(shí)施投資相對(duì)較小、建設(shè)周期短、滿足生產(chǎn)的同時(shí)能降低冬季鍋爐負(fù)荷、實(shí)現(xiàn)開源節(jié)流的方案，以可行的方式合理利用凝結(jié)水，通過技術(shù)改造，回收凝結(jié)水及二次閃蒸乏汽的熱能，以滿足生產(chǎn)需求，順利實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

四、解決措施

針對(duì)廠內(nèi)能源短缺和能源不合理利用的突出問題，開發(fā)和應(yīng)用了經(jīng)濟(jì)有效的蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收節(jié)能新技術(shù)、新材料、新方法，對(duì)做好能源高效管理具有重大的意義。

1、原有的凝結(jié)水回收系統(tǒng)工藝流程

中、低壓蒸汽經(jīng)凝汽式壓縮機(jī)、塔底再沸器或伴熱系統(tǒng)做功冷凝后，凝結(jié)水混合進(jìn)入凝結(jié)水罐的中上部，PSA裝置凝結(jié)水自凝結(jié)水罐上部進(jìn)入管內(nèi)，作為罐頂噴淋，罐底的凝結(jié)水經(jīng)泵升壓后直接送至動(dòng)力車間（詳見下圖）。

2、改造后的凝結(jié)水回收系統(tǒng)工藝流程

利用蒸汽梯級(jí)利用原理，將中壓蒸汽先作為壓縮機(jī)和塔底再沸器熱源，低壓蒸汽伴熱后混合凝結(jié)水進(jìn)入凝結(jié)水罐，對(duì)凝結(jié)水泵出口工藝流程進(jìn)行改造，將凝結(jié)水作為裝置伴熱，代替原有的蒸汽伴熱，從而減少低壓蒸汽耗量。

伴熱后的低溫凝結(jié)水一部分作為動(dòng)力車間鍋爐用水，另一部分低溫凝結(jié)水返回凝結(jié)水罐頂作為噴淋，吸收罐頂二次閃蒸乏汽的熱量，減小乏汽外排、回收乏汽中的凝結(jié)水、降低凝結(jié)水罐的溫度（詳見下圖）。

凝結(jié)水伴熱代替低壓蒸汽伴熱又一優(yōu)點(diǎn)是伴熱溫度適中，不會(huì)將界面板或界位計(jì)、水包中的水加熱汽化而出現(xiàn)假液位。全面實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水余熱回收，減小凝結(jié)水罐頂乏汽外排為目標(biāo)。

五、成果及效益

1.成果

蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收技術(shù)的實(shí)施后取得了以下成果：

（1）凝結(jié)水代替低壓蒸汽伴熱可節(jié)約低壓蒸汽3噸/小時(shí)。

（2）伴熱后的低溫凝結(jié)水返罐作為噴淋，吸收二次閃蒸乏汽熱量，回收乏汽中的凝結(jié)水1～1.5噸/小時(shí)，水質(zhì)優(yōu)良，作為鍋爐用水。

（3）預(yù)期目標(biāo)：減少和消除乏汽外排，減小外排的濕性乏汽造成的設(shè)備外表面腐蝕，目前凝結(jié)水罐頂乏汽外排已明顯減小。

（4）通過環(huán)保創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2、經(jīng)濟(jì)效益

蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收的技術(shù)實(shí)施后主要的經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

（1）項(xiàng)目實(shí)施后可節(jié)約低壓蒸汽3噸/小時(shí)

3噸/小時(shí)×24小時(shí)×365天×70元/噸=183.96萬(wàn)元/年

（2）回收罐頂二次閃蒸乏汽中的凝結(jié)水1～1.5噸/小時(shí)

1.5噸/小時(shí)×24小時(shí)×365天×7.5元/噸=9.855萬(wàn)元/年

總經(jīng)濟(jì)效益=（183.96+9.855）萬(wàn)元/年=193.815萬(wàn)元/年（稅后）。

3、社會(huì)效益

通過蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收的工業(yè)研究后，減小了乏汽造成的周圍設(shè)備和工藝管線外腐蝕，同時(shí)避免環(huán)境污染、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，為生態(tài)文明建設(shè)和“碧水藍(lán)天”做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

六、結(jié)論

蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收的技術(shù)投入運(yùn)行后取得了明顯的效果，低壓蒸汽用量和鍋爐負(fù)荷得到了全面改善，全年實(shí)現(xiàn)單臺(tái)鍋爐運(yùn)行。

（1）蒸汽梯級(jí)利用及余熱回收的工業(yè)研究是對(duì)原有的凝結(jié)水工藝進(jìn)行改造，正常生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行改造完畢后即可與原系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，具有良好的契合匹配性。

（2）通過給凝結(jié)水罐增加返回線，提高噴淋的低溫凝結(jié)水流量，吸收二次閃蒸乏汽熱量，回收乏汽中的凝結(jié)水，減小乏汽外排量。

（3）減少和降低二次閃蒸乏汽造成的周圍設(shè)備外表面腐蝕，降低設(shè)備維護(hù)成本。

（4）減少環(huán)境污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

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