蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)及應(yīng)用

劉冠麟(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

1 蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)

1.1 中壓蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能措施

針對(duì)某煉廠的中壓蒸汽系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該蒸汽系統(tǒng)主要應(yīng)用于向廠內(nèi)的加氫裝置汽輪機(jī)、常減壓裝置爐管注氣以及向塔底做加熱作業(yè)。在對(duì)該廠中的中壓蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，若系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，該廠在選用相同運(yùn)行功率的前提之下，蒸汽參數(shù)的不斷變化，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)汽量產(chǎn)生相應(yīng)的變化。具體表現(xiàn)為，隨著蒸汽參數(shù)的升高，所產(chǎn)生蒸汽的可利用量越大，最終會(huì)使該中壓蒸汽系統(tǒng)做功能力實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。為使中壓蒸汽系統(tǒng)達(dá)到運(yùn)行最大做功功率，需要加大蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行的壓力。在實(shí)際操作過(guò)程中，該廠將中壓蒸汽系統(tǒng)的運(yùn)行壓力由原來(lái)的3.30～3.44 MPa，調(diào)整到了現(xiàn)在的3.48～3.51 MPa，蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行壓力的變化，使得其蒸汽用量節(jié)約了約9 t·h-1，使得該廠蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

為提升中壓蒸汽系統(tǒng)的蒸汽產(chǎn)出量，同樣會(huì)改變催化劑的性質(zhì)和應(yīng)用。以該廠渣油加氫裝置反應(yīng)器為例，對(duì)該裝置發(fā)生反應(yīng)過(guò)程中的反應(yīng)條件做出改變，從原有的反應(yīng)條件，轉(zhuǎn)變成為重質(zhì)化生產(chǎn)的生產(chǎn)模式。在蒸汽生成反應(yīng)中，使用催化劑生產(chǎn)后，反應(yīng)中的殘?zhí)剂恳灿稍械?.4%提升到了6.4%，這一改變能夠使得中壓蒸汽系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中增加產(chǎn)量約 41 t·h-1。

除以上兩種優(yōu)化節(jié)能措施之外，在中壓蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中使用柴油、蠟油、渣油等加氫裝置，通過(guò)將系統(tǒng)中的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)降低、將氫油比降低等方式，實(shí)現(xiàn)中壓蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能減耗，根據(jù)具體調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，該方法能夠節(jié)約大約6.79 t·h-1的蒸汽消耗量。針對(duì)于前文所提到的蠟油加氫裝置來(lái)說(shuō)，該裝置致力于優(yōu)化蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行的具體操作，進(jìn)而幫助蒸汽系統(tǒng)降低蒸汽量，大約能夠降低0.60 t·h-1。

1.2 低壓蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能措施

針對(duì)該煉廠的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，該廠的常減壓裝置加熱爐仍然在沿用原有的使用燃燒油的加熱手段。燃燒油在使用過(guò)程中不僅具有一定的危險(xiǎn)性，且其使用過(guò)程也較為復(fù)雜，其需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的泵來(lái)進(jìn)行燃燒油輸送，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，還需要加入伴熱才能發(fā)揮其能效。這一使用流程不僅復(fù)雜，還大大提升了蒸汽系統(tǒng)的運(yùn)行消耗量。在該現(xiàn)狀之下，需要通過(guò)以下兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能改善與優(yōu)化：

第一，需要工廠內(nèi)的所有部門(mén)都積極參與到燃燒油使用中的風(fēng)險(xiǎn)排查工作中來(lái)，并對(duì)各負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的燃燒油運(yùn)輸管線做出整理，并且停止進(jìn)行伴熱工序的使用。

第二，需要相關(guān)部門(mén)對(duì)常減壓裝置進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查和數(shù)據(jù)采集，并對(duì)常壓爐和減壓爐兩者均進(jìn)行運(yùn)行過(guò)程中的熱負(fù)荷計(jì)算，該方式與前文中所提到的方式相同，都需要徹底停用燃燒油的伴熱系統(tǒng)。

以上方式所適合的應(yīng)用對(duì)象為，建立在南方城市的工廠，由于南方冬季的溫度也普遍在0 ℃以上，得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢(shì)能夠幫助蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)伴熱系統(tǒng)的優(yōu)化，幫助降低低壓蒸汽系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的能耗。

除以上兩種節(jié)能方式之外，還能夠?qū)⒄羝到y(tǒng)中的蠟油加氫裝置的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)該裝置的高負(fù)荷運(yùn)行，并對(duì)換熱過(guò)程中的具體工藝和步驟均做出了調(diào)整，并將柴油的循環(huán)量由原有的123 t·h-1提升到了131 t·h-1，最終數(shù)據(jù)顯示，該方法下的蒸汽系統(tǒng)能量產(chǎn)出相較于原有的蒸汽系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，提升了3 t·h-1的蒸汽產(chǎn)量。

1.3 低壓蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能措施

在低壓蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，較為常見(jiàn)的裝置為硫磺回收聯(lián)合裝置。在落實(shí)節(jié)能優(yōu)化措施時(shí)，分別采用了兩種不同含量的溶劑再生裝置，其區(qū)別在于前者為 700 t·h-1，后者是 600 t·h-1，在優(yōu)化的過(guò)程中，并沒(méi)有采用工藝包中固有的蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，而是使用分階段降低的方式，實(shí)現(xiàn)蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行所消耗能量的降低。

具體的優(yōu)化流程為，以設(shè)計(jì)參數(shù)作為理論依據(jù)，前文中提到的兩套溶液再生裝置之下，分別施加0.13 t·h-1的壓力，同時(shí)保證溶液再生裝置塔底之下的溫度保持在120 ℃左右，針對(duì)于兩套裝置的回流量來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量控制在35 t·h-1左右。在該方案落實(shí)的起始階段，保持兩臺(tái)再生裝置的負(fù)荷在80%左右浮動(dòng)，發(fā)現(xiàn)其所消耗的蒸汽量約為140 t·h-1，而隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的變化，在流程模擬軟件的加持之下，若保持裝置底部所施加的壓力和塔底的溫度維持在設(shè)計(jì)數(shù)值范圍之內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)生的塔頂回流量數(shù)值偏大，這一現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致塔底壓力的降低，為了能夠保證塔底具有充足的壓力，需要不斷增加蒸汽量，會(huì)使得蒸汽消耗量增加，無(wú)法實(shí)現(xiàn)蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化與節(jié)能。

基于此現(xiàn)象，需要對(duì)裝置內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行更新和調(diào)整，以保證蒸汽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。調(diào)整后的塔底壓力由原來(lái)的0.13 MPa調(diào)整到了0.10 MPa，并將塔底的溫度降低了2 ℃，并對(duì)兩套蒸汽裝置中的溫度和氣體排放進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，最終使得裝置降低了大約31 t·h-1的能量消耗，同時(shí)減少了蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行的資金消耗。

2 蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

蒸汽系統(tǒng)落實(shí)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)后，其應(yīng)用范圍較為廣泛，可應(yīng)用于電力、化工、鋼鐵以及煉油等多個(gè)方面，其中最為常見(jiàn)的是應(yīng)用于工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)或城市中的電熱企業(yè)之中。根據(jù)目前的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)現(xiàn)已有20多家大型企業(yè)落實(shí)應(yīng)用了該蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，其中最具代表性的為廣州石化公司，該企業(yè)在應(yīng)用技術(shù)之前，先對(duì)蒸汽系統(tǒng)中的動(dòng)力系統(tǒng)、管網(wǎng)系統(tǒng)以及其他的一些重點(diǎn)應(yīng)用裝置都做出了詳盡的調(diào)研，同時(shí)針對(duì)蒸汽系統(tǒng)工作過(guò)程中的蒸汽生產(chǎn)、輸送等多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了相應(yīng)模型的建立，同時(shí)重點(diǎn)建設(shè)相關(guān)監(jiān)察系統(tǒng)和子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了較為完善的信息化平臺(tái)建立[1]。廣州石化公司在落實(shí)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能工作時(shí)，將管網(wǎng)、生產(chǎn)裝置等多項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，在完成煉油新區(qū)伴熱蒸汽疏水系統(tǒng)和凝結(jié)水回收工作后，緊接著又完成了化工區(qū)低溫甲烷化催化劑的應(yīng)用，并取得了顯著的優(yōu)化效果。

廣州石化公司在系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程中，將重點(diǎn)落實(shí)在對(duì)蒸汽產(chǎn)量200 t·h-1，管網(wǎng)總長(zhǎng)度為15 km的蒸汽系統(tǒng)的改造與優(yōu)化過(guò)程當(dāng)中。其所采用的優(yōu)化方式為，在管網(wǎng)中設(shè)置相應(yīng)的智能化管理系統(tǒng)，并對(duì)管線的保溫做出具體的改造工作。優(yōu)化完成后，廣州石化公司每年能夠節(jié)省約1.2萬(wàn)噸的煤炭消耗量，實(shí)現(xiàn)了2 500萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)收益。在對(duì)蒸汽產(chǎn)量高達(dá)1 600 t·h-1的80 km管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，采用同樣的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了每年4 000萬(wàn)元的多于經(jīng)濟(jì)收益[2]。

在蒸汽系統(tǒng)在線監(jiān)控以及智能優(yōu)化項(xiàng)目的落實(shí)過(guò)程中，爐機(jī)的運(yùn)行方式相較于以往也發(fā)生了較大的改變，并且能夠?qū)φ羝到y(tǒng)的每一個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)都進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)督及管理，有效推動(dòng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益和未來(lái)發(fā)展。

2.2 蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能的應(yīng)用效益

第一，蒸汽系統(tǒng)的優(yōu)化與節(jié)能工作，能夠幫助實(shí)現(xiàn)蒸汽的綜合利用價(jià)值。通過(guò)將系統(tǒng)中產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行合理規(guī)劃與利用，能夠有效降低蒸汽消耗量，從而減少煤炭在蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行中的使用量，不僅能夠提升其應(yīng)用價(jià)值，還能夠減少有害氣體的排放，推動(dòng)我國(guó)生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，使人類(lèi)的生活環(huán)境能夠得到有效改善。第二，在我國(guó)目前的各大蒸汽系統(tǒng)應(yīng)用企業(yè)之中，每單位產(chǎn)品中節(jié)省0.1 t的蒸汽資源，就能夠降低約12萬(wàn)元的生產(chǎn)成本。而這一優(yōu)化技術(shù)同樣減少了企業(yè)對(duì)蒸汽系統(tǒng)設(shè)備的投資數(shù)額，還降低了設(shè)備使用過(guò)程中的維護(hù)費(fèi)用，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化在提高運(yùn)行效率中的應(yīng)用

以某石化公司煉油廠為例，其主要的優(yōu)化目的是為了保證30×103t/a的重催裝置落實(shí)安全生產(chǎn)，以避免在蒸汽系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障影響后續(xù)的操作。在原有的蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中其將6 MPa的被生產(chǎn)蒸汽，作為2臺(tái)設(shè)備的動(dòng)力用汽，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該方式會(huì)導(dǎo)致部分蒸汽沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用在生產(chǎn)過(guò)程之中，部分蒸汽通過(guò)減壓器進(jìn)入管網(wǎng)之中，并沒(méi)有真正做功。

該公司認(rèn)識(shí)到這一現(xiàn)狀后，使用蒸汽優(yōu)化軟件進(jìn)行詳盡的模擬與計(jì)算，并做出如下調(diào)整方案。該廠需要對(duì)該重催裝置增加部分外供蒸汽，具體的外供蒸汽數(shù)量為3 MPa級(jí)蒸汽約35 t·h-1，在增加外供蒸汽的同時(shí)，需要對(duì)供入系統(tǒng)的蒸汽量做出一定程度上的削減。該公司的動(dòng)力廠中鍋爐裝置，會(huì)將供入系統(tǒng)之中的部分蒸汽傳輸至6 MW的發(fā)電機(jī)組之中，與此同時(shí)，該廠需要根據(jù)季節(jié)的變化，相應(yīng)調(diào)整發(fā)電量，需要注意的是，冬季的規(guī)定發(fā)電量需要在夏季發(fā)電量之上。

在該優(yōu)化技術(shù)落實(shí)的過(guò)程之中，若該裝置在運(yùn)行過(guò)程中仍然出現(xiàn)了余熱故障，則需要工廠立即暫停所有工作，并派遣專(zhuān)業(yè)的維修小組進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)的數(shù)值調(diào)整。只有當(dāng)系統(tǒng)所有數(shù)值恢復(fù)穩(wěn)定和正常時(shí)，才能夠繼續(xù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行。

綜上所述，6 MW的發(fā)電裝置在控制系統(tǒng)中處于落后的地位，進(jìn)而不能夠充分滿足發(fā)電負(fù)荷的持續(xù)性提高，究其根本，中壓蒸汽的余量需要充分滿足下一階段所需的最低蒸汽量，才能保證負(fù)荷的提高。通過(guò)前文所闡述的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化方式，能夠達(dá)成預(yù)期的改造目的，具體表現(xiàn)為當(dāng)作業(yè)處于夏季發(fā)電裝置允許相較于原有的發(fā)電量多增加2 MW；若是處在冬季，發(fā)電裝置的發(fā)電量允許提升至4 MW，在該方案落實(shí)中后，重催裝置中的蒸汽產(chǎn)量及質(zhì)量都實(shí)現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，同時(shí)還進(jìn)一步保證了管網(wǎng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中的安全性，與此同時(shí)，該廠當(dāng)年累積提升經(jīng)濟(jì)收益900萬(wàn)元。

2.4 在線診斷和優(yōu)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

第一，在實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)移過(guò)程后，由于低壓部分管網(wǎng)內(nèi)蒸汽的流動(dòng)速度不高，加之該部分處于整個(gè)蒸汽轉(zhuǎn)移的末端，所以導(dǎo)致很多蒸汽出現(xiàn)了結(jié)水狀態(tài)。為避免這一情況的產(chǎn)生，該廠所采用的方式為，將伴熱線北側(cè)的蒸汽進(jìn)行調(diào)整，讓蒸汽從1線轉(zhuǎn)至2線。同時(shí)關(guān)閉南側(cè)的1線。由于夏季對(duì)于低壓蒸汽的需求量較小，所以管網(wǎng)的蒸汽輸送量也較小，這一情況之下允許關(guān)停部分管網(wǎng)，減少損耗。該廠在對(duì)停止使用管線的安全性進(jìn)行分析的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，冬季產(chǎn)生中壓蒸汽時(shí)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，并且容易出現(xiàn)結(jié)水現(xiàn)象，產(chǎn)生水擊的風(fēng)險(xiǎn)。該廠在產(chǎn)汽量和進(jìn)汽量差異不明顯的情況之下，需要該現(xiàn)場(chǎng)派遣專(zhuān)業(yè)的管理人員對(duì)該段管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)要在該段管線中安設(shè)溫度計(jì)，以保證蒸汽生產(chǎn)過(guò)程中的安全性。

第二，該廠同樣利用建立模型的手段對(duì)于低壓管網(wǎng)進(jìn)行了模擬，針對(duì)管網(wǎng)降壓的情況分析來(lái)看，在低壓蒸汽需求者中，需求量較高的是新硫磺的酸性水汽。為了能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量酸性水汽堤地產(chǎn)生，該廠增加了焦化到酸性這一變化部分的專(zhuān)線。當(dāng)該廠檢測(cè)到低壓管網(wǎng)中的壓力已經(jīng)足夠低時(shí)，主管線和一部分支管線中蒸汽的流動(dòng)速度出現(xiàn)了較為明顯地增大，這時(shí)若再下調(diào)壓力則會(huì)產(chǎn)生較為不良的影響。

第三，該廠積極利用數(shù)學(xué)模型建立了蒸汽系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置，并能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行和用戶(hù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和模擬。同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)目前所含有的蒸汽參數(shù)來(lái)得到系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)各個(gè)部分的運(yùn)行狀況和具體數(shù)據(jù)，為該廠內(nèi)部的分配與調(diào)動(dòng)奠定基礎(chǔ)。在檢測(cè)過(guò)程中，其主要包含以下五個(gè)監(jiān)測(cè)模塊：報(bào)警信息、分布圖、系統(tǒng)總圖、閥門(mén)、數(shù)據(jù)。在對(duì)蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的過(guò)程之中，該廠相關(guān)工作人員能夠根據(jù)不同的生產(chǎn)狀態(tài)來(lái)控制蒸汽的生產(chǎn)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)平衡。在避免不必要的浪費(fèi)情況之上，還能夠保證蒸汽高品質(zhì)生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能措施的落實(shí)，對(duì)我國(guó)化工、電力、鋼鐵等多項(xiàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義和作用。因此，我國(guó)相關(guān)企業(yè)應(yīng)提高對(duì)蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能的重視度，在提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定、健康、可持續(xù)發(fā)展。