己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置蒸汽系統(tǒng)節(jié)能措施分析

馬奎，楊惠姣

（中國石化石家莊煉化分公司，河北 石家莊050030）

隨著化工生產(chǎn)工藝和技術(shù)的不斷進(jìn)步，己內(nèi)酰胺企業(yè)間競爭也相應(yīng)加劇，因此節(jié)能降耗工作也顯得尤為重要。蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)一般包含蒸汽來源、輸送管道系統(tǒng)、用汽設(shè)備、冷凝水回收系統(tǒng)。實(shí)際生產(chǎn)中蒸汽系統(tǒng)的能源效率普遍偏低，節(jié)能降耗潛力較大，通過對蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造和合理利用，能源效率可明顯提升。

1 某己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置用能分析

1）蒸汽系統(tǒng)狀況

某己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置界區(qū)外高高壓蒸汽（HHPS，3.5 MPa）進(jìn)入該裝置后，一部分被送往汽輪機(jī)組作動力帶動相關(guān)的轉(zhuǎn)動設(shè)備運(yùn)行并產(chǎn)生中壓蒸汽（MPS，0.6 MPa）；另一部分則通過減溫減壓器逐級減壓，供各個(gè)用戶使用。減溫減壓后的蒸汽等級有高壓蒸汽（HPS，1.7 MPa）、中高壓蒸汽（IPS，1.0 MPa）、中壓蒸汽（MPS，0.6 MPa）、低壓蒸汽（LPS，0.3 MPa）。

另外己內(nèi)酰胺生產(chǎn)裝置內(nèi)的余熱鍋爐可以產(chǎn)生蒸汽，鍋爐水來自于除氧器。除氧器用于接收蒸汽凝液和除鹽水，在除氧器的除氣室利用低壓蒸汽將凝液和除鹽水加熱至飽和狀態(tài)蒸出不凝氣，不凝氣和少量低壓蒸汽通過放空線連續(xù)排至大氣，鍋爐水通過高、中壓鍋爐水泵分別送往高、中壓鍋爐水管網(wǎng)。

當(dāng)系統(tǒng)中各級蒸汽壓力難以調(diào)節(jié)時(shí)，蒸汽的平衡通過不同壓力等級的蒸汽管網(wǎng)之間的相互排放來保證。為了防止由于不正常的操作造成低壓蒸汽管網(wǎng)壓力增高，設(shè)置了低壓蒸汽放空管線，必要時(shí)可直接排大氣。

全廠回收的蒸汽冷凝水，一部分送到除氧器生產(chǎn)鍋爐水，另一部分送到界區(qū)外進(jìn)行處理。

2）用能分析

己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程所消耗的各種能源介質(zhì)中蒸汽消耗所占比例最大，詳見表1，因此做好蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能更為重要。

蒸汽系統(tǒng)存在問題主要有：①兩臺鍋爐水泵同時(shí)運(yùn)行，水泵功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際所需功率，浪費(fèi)了電能。②循環(huán)水透平操作彈性小，不利于節(jié)能。③蒸汽管網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上成多級、多環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，蒸汽等級較多，存在減溫減壓和放空現(xiàn)象，用能結(jié)構(gòu)不合理。④凝液低溫?zé)峄厥绽寐实?，造成了較多的低溫?zé)崮軗p失。

表1 生產(chǎn)噸產(chǎn)品消耗的能量

2 節(jié)能優(yōu)化措施

1）鍋爐水系統(tǒng)優(yōu)化

前期高壓鍋爐水和中壓鍋爐水分別配備了機(jī)泵，通過改造，在高壓鍋爐水泵出口閥后引出一條管線經(jīng)過調(diào)節(jié)閥減壓后并至中壓鍋爐水泵出口，并在中壓鍋爐水系統(tǒng)上增加安全閥，安全閥出口接至中壓鍋爐水回流管道。如圖1 所示，通過增加跨線，可以將中壓鍋爐水泵停運(yùn)，提高用能效率。

中壓鍋爐水泵額定功率為90 kW，額定流量為33 m3/h，而實(shí)際中壓鍋爐水用量僅為7～10 t/h，經(jīng)過對機(jī)泵停運(yùn)前后的耗電統(tǒng)計(jì)，鍋爐水泵耗電總功率可降低45 kW。

圖1 鍋爐水系統(tǒng)改造后工藝流程

2）透平機(jī)泵改造，減少蒸汽減溫減壓量

循環(huán)水總用量約1萬t/h，而循環(huán)水泵單臺均為0.4萬t/h，目前運(yùn)行1臺工頻電泵，1臺變頻電泵以及1臺背壓為1.0 MPa的透平機(jī)組。一方面變頻輸出很低，不節(jié)能；另一方面大透平機(jī)組（17 t蒸汽/h）又因?yàn)榈推肺徽羝昧康蜔o法運(yùn)行，所以能源損耗較大。

鑒于以上情況將一臺透平機(jī)組改小，經(jīng)過計(jì)算確定流量能夠達(dá)到2 000 t/h、蒸汽用量8 t/h比較合理。改造后運(yùn)轉(zhuǎn)1 臺大透平、1 臺小透平以及1 臺變頻電機(jī)，用量和負(fù)荷基本匹配，達(dá)到最佳節(jié)能效果。經(jīng)過論證確定最終改造1 臺透平機(jī)組蒸汽背壓仍為0.6 MPa，核定蒸汽用量8 t/h，泵體方面按照揚(yáng)程46 m、流量2 000 t/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。

改造后工頻電泵停運(yùn)，投用改造后的透平，由于蒸汽耗量隨季節(jié)性波動，按每年9 個(gè)月計(jì)算，年可節(jié)電90多萬kW·h，直接經(jīng)濟(jì)效益40余萬元。

3）低壓蒸汽管網(wǎng)改造

化工裝置低壓蒸汽系統(tǒng)目前蒸汽用量小于25 t/h，蒸汽主管管徑600 mm，蒸汽流速低于10 m/s，遠(yuǎn)低于經(jīng)濟(jì)流速，而且管網(wǎng)較大，固定用戶少，管網(wǎng)損失較大，不利于節(jié)能降耗。

改造方案為：儲運(yùn)裝置將蒸汽總管切斷，自產(chǎn)低壓蒸汽用于除氧器、伴熱、主控室空調(diào)，保留低壓蒸汽放空泄壓功能；將PV-4519 用于IPS 減壓至MPS 系統(tǒng)，提高中高壓蒸汽向中壓蒸汽減壓能力；其他低壓蒸汽用戶增加減壓閥，自行從中壓蒸汽管網(wǎng)減壓。改造后流程見圖2。

如圖2 所示，取消了流程較長的原低壓蒸汽管網(wǎng)（LPS），虛線部分為新增管線。PV-45611和PV-4519 共同調(diào)節(jié)中壓蒸汽。開工初期，儲運(yùn)單獨(dú)用PV-4519控制中壓，系統(tǒng)波動較大，之后PV-45601和PV-4519 一起控制，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性。對于原低壓蒸汽用戶，在裝置內(nèi)自行將中壓蒸汽減壓后使用。目前蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，運(yùn)行情況良好。

圖2 蒸汽管網(wǎng)改造后流程

表2 改造前后蒸汽消耗對比

相近負(fù)荷下改造前后蒸汽消耗對比見表2。由表2 可以看出，總的蒸汽耗量改造后比改造前減少了1.23 t/h，從長期的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，管網(wǎng)損失卻有降低，更為重要的是避免了因低壓蒸汽壓力高放空造成的浪費(fèi)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)在冬季節(jié)能效果會更加明顯，根據(jù)該公司的蒸汽單價(jià)折算，年減少的蒸汽損耗價(jià)值近百萬元。

4）除氧器的節(jié)能

提高余熱鍋爐的給水溫度是產(chǎn)汽階段節(jié)能最現(xiàn)實(shí)的辦法。用回收余熱的方法提高鍋爐的給水溫度，一般說來，給水溫度每增加6℃，鍋爐使用的燃料減少1%。

鍋爐水除氧器需要消耗一定的低壓蒸汽，工藝用蒸汽凝液如果先去凝液回收系統(tǒng)收集后再送至除氧器，中間會有熱量損失。將加熱設(shè)備的蒸汽凝液直接改進(jìn)除氧器可以減少除氧器的低壓蒸汽消耗量。該項(xiàng)改造應(yīng)注意的是，由于除氧器內(nèi)有一定壓力，對于凝液背壓有要求的蒸汽用戶則不能并入其中。改造后，鍋爐水除氧器節(jié)約加熱蒸汽0.5 t/h，年減少蒸汽費(fèi)用48萬元。

5）凝液低溫?zé)崂?/p>

結(jié)晶裝置母液加熱器目前使用0.3 MPa 蒸汽，受負(fù)荷或其他裝置影響，當(dāng)系統(tǒng)液位高時(shí)需開此加熱器加快系統(tǒng)水蒸發(fā)。加熱器蒸汽耗量較大，全開時(shí)蒸汽耗量可達(dá)5 t/h。而化工凝液系統(tǒng)余熱富裕，約90 ～100℃的凝液送煉廠再處理，存在較大的熱量損失，且現(xiàn)場凝液罐因溫度較高乏汽排放問題突出，造成了環(huán)境的熱污染。

將母液加熱器熱源由低壓蒸汽改為熱水加熱，減少裝置蒸汽消耗，同時(shí)降低凝液溫度，消除現(xiàn)場乏汽放空問題。根據(jù)前期蒸汽實(shí)際消耗數(shù)據(jù)，年可減少蒸汽消耗費(fèi)用70余萬元。

3 效果分析

由于該企業(yè)蒸汽外購，加之凝液低溫?zé)峄厥赵O(shè)施少，裝置建成初期能耗偏高。通過逐年不斷的開展節(jié)能工作，己內(nèi)酰胺綜合能耗逐年下降，詳見圖3。

圖3 近幾年己內(nèi)酰胺綜合能耗情況

4 后續(xù)節(jié)能優(yōu)化方向

1）優(yōu)化蒸汽供給方式

通過對企業(yè)進(jìn)行低溫?zé)嵴{(diào)查發(fā)現(xiàn)，低溫余熱存量較大，低溫余熱回收和利用的好壞標(biāo)志著其用能水平高低。

從蒸汽供給側(cè)入手，化工裝置蒸汽來源壓力為3.5 MPa，化工內(nèi)部存在著較多的減溫減壓器，如果能夠?qū)崿F(xiàn)直接向化工裝置供給較低壓力等級的蒸汽，使3.5 MPa 蒸汽在供給源頭實(shí)現(xiàn)做功降壓等方式降低壓力，用能將更加合理。通過綜合分析可知，經(jīng)過改造現(xiàn)有舊管線，上游裝置可輸送給己內(nèi)酰胺裝置7～8 t/h低壓蒸汽，如果能夠?qū)崿F(xiàn)直接輸送低壓蒸汽，則將能夠使兩套裝置用能均更合理。

2）提高低溫?zé)崂眯?/p>

蒸汽經(jīng)熱用戶換熱后形成的冷凝水，尤其是高溫高壓的冷凝水仍具有一定的熱量。當(dāng)熱的冷凝水壓力降低，且溫度高于低壓對應(yīng)的飽和溫度時(shí)，就會釋放出閃蒸汽。目前凝液蒸汽放空較多，熱量無法利用。而凝液輸送至凝液回收點(diǎn)后熱量已經(jīng)損耗大部分。目前主要矛盾是低溫?zé)嵩椿厥针y、效率低、用戶少，且季節(jié)周期性較大。

目前凝液中低溫?zé)崛匀粺o法全部回用，因此在后續(xù)措施中應(yīng)加大回收低溫?zé)崂玫墓ぷ?，從源頭、輸送、回收各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理。

3）蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化

因生產(chǎn)裝置蒸汽使用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，目前蒸汽管網(wǎng)與現(xiàn)有用戶用量不匹配，下一步將通過蒸汽管網(wǎng)核算、減少蒸汽等級入手，使用能方式更加合理。

5 結(jié)論

該化工裝置蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)較小，開展大規(guī)模的蒸汽動力平衡以及系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能的措施受到限制，因此節(jié)能的重點(diǎn)放在了節(jié)能管理、工藝技術(shù)改造和系統(tǒng)優(yōu)化方面，從蒸汽的產(chǎn)生、輸送、使用、閃蒸汽利用和冷凝水回收各個(gè)環(huán)節(jié)綜合考慮，通過對用能不合理的地方進(jìn)行了改造，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。

蒸汽節(jié)能是節(jié)能工作的重要部分，在對生產(chǎn)系統(tǒng)逐漸優(yōu)化整合過程中，對蒸汽總體用量及特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，做好蒸汽系統(tǒng)利用研究，保證蒸汽管網(wǎng)產(chǎn)汽、用汽、低溫?zé)崂玫钠胶?，同時(shí)做好日常管理，減少外部損失，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。