煤化工企業(yè)蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與安全保護(hù)方案分析

摘 要:針對(duì)煤化工企業(yè)蒸汽管網(wǎng)的調(diào)節(jié)與安全保護(hù)，本文詳細(xì)分析了系統(tǒng)中的主要設(shè)備及運(yùn)行模式，提出系統(tǒng)設(shè)置的基本原則。在此基礎(chǔ)上，擬定出蒸汽調(diào)節(jié)與安全保護(hù)系統(tǒng)的具體方案，期望為類似工程提供某些積極的可供參考借鑒的意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞:蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與保護(hù)減溫減壓器放空閥安全閥

中圖分類號(hào):TQ546文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)07(a)-0075-02

引言

我國(guó)是一個(gè)“缺油、少氣、富煤”的國(guó)家，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期里，煤炭依然是最主要的能源。為了減輕對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)石油的依賴，近年來(lái)煤化工企業(yè)得以持續(xù)高速發(fā)展。隨著技術(shù)的日趨成熟以及市場(chǎng)需求的不斷增大，煤化工企業(yè)的規(guī)模越來(lái)越大型化，其產(chǎn)業(yè)鏈也不斷延長(zhǎng)，作為煤化工企業(yè)重要?jiǎng)恿Φ恼羝到y(tǒng)亦越來(lái)越龐大，保證蒸汽系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行就顯得更為重要。

某工程以煤為原料，經(jīng)過(guò)氣化、變換、低溫甲醇洗、合成等工藝生產(chǎn)合成氨尿素。該項(xiàng)目蒸汽系統(tǒng)設(shè)置為四級(jí)。第一級(jí)蒸汽為9.81MPa、540℃，由2臺(tái)220t/h的循環(huán)流化床鍋爐供給;第二級(jí)為4.0MPa、400℃;第三級(jí)為1.0MPa飽和蒸汽;第四級(jí)為0.5MPa飽和蒸汽，均由化工裝置余熱鍋爐、蒸汽透平抽汽或背壓蒸汽供給。

1 方案設(shè)置的基本原則[1]

作為蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)與保護(hù)設(shè)施，在蒸汽管網(wǎng)上設(shè)有減溫減壓器、自動(dòng)放空調(diào)節(jié)閥和消音器、安全閥等。最簡(jiǎn)單省事的做法，自然是在各等級(jí)蒸汽母管上均設(shè)置這些設(shè)施，但是從投資以及運(yùn)行調(diào)節(jié)的靈活性、可靠性等角度來(lái)看，其必要性不大。因此，在研究蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與保護(hù)方案之前，提出以下幾條基本原則作為前提。

1.1 蒸汽調(diào)節(jié)與保護(hù)方案全廠統(tǒng)一考慮

將蒸汽調(diào)節(jié)與保護(hù)裝置作為全廠性的重要設(shè)施予以統(tǒng)一考慮，各裝置不再單獨(dú)設(shè)置。這樣不僅更有利于全廠蒸汽系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且可以節(jié)約大量的建設(shè)費(fèi)用。

1.2 高溫高壓蒸汽管網(wǎng)不設(shè)安全閥

全廠高溫高壓蒸汽產(chǎn)自熱電站2臺(tái)鍋爐，在鍋爐上，按照相應(yīng)的規(guī)范，分別在汽包和過(guò)熱器上設(shè)有安全閥，以保護(hù)產(chǎn)汽設(shè)備。目前，高壓蒸汽管道以及高壓蒸汽用戶(蒸汽透平)的設(shè)計(jì)壓力均按照鍋爐安全閥的起跳壓力來(lái)考慮，所以，高壓蒸汽管網(wǎng)的最高壓力不會(huì)超過(guò)安全閥的起跳壓力;安全閥在保護(hù)鍋爐的同時(shí)，也保護(hù)管網(wǎng)和管網(wǎng)上的汽輪機(jī)。如果在高壓管網(wǎng)上設(shè)置安全閥，因上下游壓差太大，安全閥容易泄漏，且起跳后可能難以回座。因此，高壓蒸汽管網(wǎng)上不再設(shè)安全閥。

1.3 高壓蒸汽管網(wǎng)不設(shè)自動(dòng)放空設(shè)施

高壓蒸汽管網(wǎng)設(shè)置自動(dòng)放空設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)在于:一旦管網(wǎng)超壓，直接將富余的高壓蒸汽放空，及時(shí)保護(hù)管網(wǎng)及設(shè)備安全，并且對(duì)下一級(jí)蒸汽管網(wǎng)的影響不大。但是，存在很大的弊病，體現(xiàn)在如下方面。

一旦放空設(shè)施投用，噪音太大，不僅分貝值高，而且頻率高，對(duì)企業(yè)運(yùn)行人員的身心健康造成極大傷害;由于高壓蒸汽放空時(shí)，放空調(diào)節(jié)閥前后壓差通常在10MPa左右，而且該閥一般不會(huì)是全開(kāi)，高壓差、小開(kāi)度對(duì)閥門(mén)的沖刷相當(dāng)嚴(yán)重。如果安裝此閥，很可能在放空一兩次之后就發(fā)生泄漏;實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，即使發(fā)現(xiàn)放空調(diào)節(jié)閥泄漏，也無(wú)法不停汽檢修，因?yàn)檫@種放空閥通常是不設(shè)備用的。

綜上所述，在高壓蒸汽管網(wǎng)上考慮不設(shè)自動(dòng)放空設(shè)施。當(dāng)該管網(wǎng)超壓時(shí)，直接通過(guò)事故減溫減壓器將高壓蒸汽變成低壓蒸汽，通過(guò)低壓蒸汽管網(wǎng)的自動(dòng)放空設(shè)施放空。

1.4 外管網(wǎng)必須設(shè)置全套蒸汽系統(tǒng)安全設(shè)施

外管網(wǎng)不設(shè)置或者不完全設(shè)置全套蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與保護(hù)設(shè)施，會(huì)存在以下幾種不利的因素。

(1)某個(gè)裝置生產(chǎn)異常時(shí)，對(duì)蒸汽管網(wǎng)的壓力造成波動(dòng)，若波動(dòng)達(dá)到系統(tǒng)安全設(shè)施動(dòng)作的程度，可能會(huì)影響全廠的正常生產(chǎn)。

(2)開(kāi)車過(guò)程中，工藝廢熱鍋爐尚未開(kāi)啟或尚未正常開(kāi)啟，此時(shí)即需要相應(yīng)的減溫減壓器投入運(yùn)行，保證下游管網(wǎng)的蒸汽需求;

(3)經(jīng)常運(yùn)行的減溫減壓器應(yīng)有一套備用，不經(jīng)常運(yùn)行的減溫減壓器一般不考慮備用。備用的減溫減壓器應(yīng)處于熱備用狀態(tài)，事故減溫減壓器還需要配置快速的自動(dòng)投入裝置。

(4)蒸汽系統(tǒng)故障不疊加。

2 蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與保護(hù)方案

2.1 減溫減壓器的設(shè)置

(1)作為正常情況下全廠蒸汽系統(tǒng)的調(diào)節(jié)手段，在充分考慮各等級(jí)管網(wǎng)產(chǎn)汽、耗汽能力的基礎(chǔ)上，在管網(wǎng)上設(shè)置有3臺(tái)減溫減壓器，L8302、L8303、L8304，其額定出力分別為100t/h、15t/h、40t/h。這些減溫減壓器統(tǒng)稱為調(diào)節(jié)型減溫減壓器。

調(diào)節(jié)型減溫減壓器通常根據(jù)二次蒸汽壓力決定開(kāi)啟并進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持二次蒸汽管網(wǎng)壓力始終在合適的范圍以內(nèi)。通常在以下情況運(yùn)行。

①二次蒸汽管網(wǎng)的產(chǎn)汽設(shè)備按計(jì)劃停車或減負(fù)荷，供給該管網(wǎng)蒸汽量減少。

②二次蒸汽管網(wǎng)用戶蒸汽消耗臨時(shí)增加，該管網(wǎng)需要補(bǔ)充蒸汽。

③初始開(kāi)車階段，各級(jí)蒸汽管網(wǎng)暖管。

(2)作為事故情況下全廠蒸汽系統(tǒng)的保護(hù)手段，主要根據(jù)S1管網(wǎng)蒸汽透平的最大耗汽量，確保在透平事故狀態(tài)下將其即時(shí)耗汽完全等量從S1排放，確定設(shè)置有2臺(tái)減溫減壓器L8301ab，其額定出力均為70t/h，這些減溫減壓器統(tǒng)稱為事故型減溫減壓器。

事故型減溫減壓器主要保護(hù)高溫高壓蒸汽管網(wǎng)，與發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)、空分壓縮機(jī)透平、以及氮壓機(jī)透平的事故跳車信號(hào)聯(lián)鎖，同時(shí)跟蹤汽輪機(jī)進(jìn)口的蒸汽流量，不同的汽輪機(jī)在不同負(fù)荷下跳車時(shí)，對(duì)應(yīng)于事故減溫減壓器L8301ab不同的開(kāi)度。同時(shí)，當(dāng)高溫高壓蒸汽管網(wǎng)壓力超高時(shí)，事故減溫減壓器自動(dòng)將部分高壓蒸汽減壓為4.0MPa蒸汽，從而保證9.81MPa蒸汽管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。

兩臺(tái)事故減溫減壓器設(shè)置成同等參數(shù)同等流量，主要是考慮安全問(wèn)題，因?yàn)?臺(tái)同時(shí)不能啟動(dòng)的概率要大為降低，畢竟保護(hù)9.81MPa蒸汽管網(wǎng)極其設(shè)備的安全是本系統(tǒng)最重要的任務(wù)，多一層保險(xiǎn)就多了一份安全。

蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)與保護(hù)方案，簡(jiǎn)圖如圖1。

2.2 自動(dòng)放空閥的設(shè)置

設(shè)置自動(dòng)放空閥的目的不僅為了保持各管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，同時(shí)在開(kāi)車階段可以加速暖管。

在S2、S3、S4管網(wǎng)上分別設(shè)置1套自動(dòng)放空調(diào)節(jié)閥，分別為PV8306、PV8309、PV8312，均依據(jù)相應(yīng)等級(jí)管網(wǎng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

PV8306放空能力不但考慮了S2管網(wǎng)產(chǎn)汽設(shè)備的最大可能能力，同時(shí)考慮事故減溫減壓器開(kāi)啟時(shí)該管網(wǎng)的容量，放空量確定為100t/h。

PV8309、PV8312的放空能力分別根據(jù)S3、S4管網(wǎng)產(chǎn)汽設(shè)備的最大可能能力，確定放空量分別為15t/h、40t/h。

由于事故減溫減壓器全開(kāi)時(shí)排汽量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于S2管網(wǎng)的容納能力，故將S1管網(wǎng)透平事故跳車信號(hào)與PV8306聯(lián)鎖，和事故減溫減壓器同時(shí)打開(kāi)直接放空，避免事故情況下排入蒸汽對(duì)S2管網(wǎng)影響。

2.3 安全閥的設(shè)置

熱電站:鍋爐本體及汽輪機(jī)抽汽管道上均設(shè)有安全閥，這些安全閥設(shè)置是基于保護(hù)設(shè)備的目的。

工藝裝置:各廢熱鍋爐本體按相應(yīng)的規(guī)范設(shè)置必要的安全閥。

蒸汽管網(wǎng):在S2、S3、S4各減溫減壓器的二次蒸汽側(cè)分別設(shè)置安全閥，排放能力均與對(duì)應(yīng)的減溫減壓器能力相同且為該管網(wǎng)產(chǎn)汽設(shè)備中的最大值。

各產(chǎn)汽設(shè)備的安全閥在保護(hù)設(shè)備的同時(shí)也保護(hù)了所在管網(wǎng)的安全，所以，全廠蒸汽管網(wǎng)不再設(shè)置獨(dú)立的安全閥。

3 結(jié)語(yǔ)及建議

(1)S1管網(wǎng)上的調(diào)節(jié)型減溫減壓器和事故型減溫減壓器宜分開(kāi)設(shè)置

L8302作為調(diào)節(jié)型減溫減壓器，其壓力和溫度均靠二次蒸汽的參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)，而L8301ab作為事故減溫減壓器，主要靠透平跳車信號(hào)或上級(jí)蒸汽管網(wǎng)壓力即一次蒸汽壓力作為開(kāi)啟的信號(hào)。兩種減溫減壓器的開(kāi)啟信號(hào)一種是來(lái)自二次蒸汽，一種是來(lái)自一次蒸汽，其分開(kāi)獨(dú)立了設(shè)置可以避免信號(hào)的干擾，運(yùn)行更為可靠。

(2)在蒸汽透平事故跳車時(shí)，要求作為事故減溫減壓器的L8301ab由關(guān)閉狀態(tài)迅速達(dá)到設(shè)定的開(kāi)度，這就要求事故減溫減壓器的質(zhì)量必須可靠、反應(yīng)速度要快。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，建議這幾臺(tái)減溫減壓器選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。關(guān)于減溫減壓器快速動(dòng)作問(wèn)題，建議參考電力行業(yè)普遍使用的汽輪機(jī)旁路減溫減壓器。

參考文獻(xiàn)

[1] 周愛(ài)平.大型石化廠蒸汽系統(tǒng)安全設(shè)施設(shè)置方案[C].全國(guó)化工熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站論文集，2008.

[2] 王培超.蒸汽系統(tǒng)存在問(wèn)題及優(yōu)化[J].石油和化工節(jié)能，2009.