煉廠低壓蒸汽汽輪機應用比較

姜繼偉，王春峰，孫惠山，陶國鋒

（中國石油工程建設公司華東設計分公司， 山東 青島 266071）

煉廠低壓蒸汽汽輪機應用比較

姜繼偉，王春峰，孫惠山，陶國鋒

（中國石油工程建設公司華東設計分公司， 山東 青島 266071）

在新建和改擴建的煉廠項目中，經常采用低壓蒸汽進背壓汽輪機做功來拖動轉動設備，并背出低低壓蒸汽供工藝裝置使用。汽輪機拖動轉動設備可采用兩種方案，其一是拖動多臺低功率泵、風機等小型設備；其二是拖動一臺大功率背壓發電機，利用電能拖動小型設備運轉。針對汽輪機用作發電和工業拖動兩種用途，對比分析煉廠在蒸汽不足和過剩的情況下汽輪機的運行經濟性。通過工程實例比較，在同等進汽情況下，汽輪機發電的經濟性往往要好于工業拖動汽輪機。

低壓蒸汽；汽輪機；發電；工業拖動

在煉廠生產過程中，某些工藝裝置需要大量的0.4 MPa低低壓蒸汽（如酸性水汽提裝置、溶劑再生裝置等），但由于低低壓蒸汽過熱度低，流動阻力大，易疏水，要求輸送管徑大等特點，不適合長距離輸送。在實際生產中，全廠管網往往僅提供3.5、1.0 MPa中、低壓蒸汽，在裝置中采用減溫減壓器或背壓汽輪機背出低低壓蒸汽供裝置使用。

在上世紀建設的煉廠中，由于規模大都較小，加工的大多是低硫油，硫磺回收裝置規模小，用0.4 MPa低低壓蒸汽相對也比較少，大都采用減溫減壓器來保證裝置低低壓蒸汽的供給。進入本世紀，特別是近年來，隨著我國石油需求的不斷增長，煉油規模不斷擴大，近幾年新建項目都是千萬噸級，加工的大都是進口的高硫油，造成煉廠硫磺回收裝置規模越來越大，0.4 MPa低低壓蒸汽負荷相應也越來越高，再通過減溫減壓獲得既不經濟，也不符合國家節能減排的政策。

為了充分利用3.5、1.0～0.4 MPa的能量，一般通過蒸汽透平將低壓蒸汽背壓出低低壓蒸汽。根據低壓蒸汽的產量和參數，蒸汽可集中利用和分散利用。集中利用可用作汽輪機發電；分散利用可利用汽輪機取代電動機拖動壓縮機、風機和泵等做功設備。通過蒸汽透平回收能量，不僅節約電能，而且提高了企業能源利用率。

1 蒸汽利用效果分析

目前國內煉廠設計中，均采用“以汽定電”蒸汽逐級利用的原則，動力站或者裝置產生的高壓或中壓蒸汽，經梯級利用后成為低壓、低低壓蒸汽，被用作加熱工藝介質。在裝置內設置一臺或多臺蒸汽汽輪機，既能有效利用蒸汽的能量，又能降低生產成本，具有很好的經濟性[1]。

在煉廠的設計或改造過程中，當需要設透平時，人們往往把思路首先投向采用工業拖動汽輪機驅動壓縮機、泵或風機等轉動機械，但卻忽視了如下問題：一般情況下，煉廠中大功率壓縮機數量有限，而泵、風機的數量較多、功率小，當需要透平的蒸汽量較大時，找不到足夠的壓縮機用汽輪機拖動，就需要很多臺的小型汽輪機同時工作來拖動泵、風機等，而當工業拖動汽輪機的軸功率比較小時，汽輪機的效率隨之降低，節能效果大打折扣。

如果放棄選用大量小功率汽輪機拖動泵、風機，而是采用單臺大功率汽輪發電機組發電，用電動機拖動泵、風機，其綜合效率將得以提高。雖然發電在二次能源轉換和輸送過程中存在能量損失；但采用小功率機組帶動轉動設備，雖然沒有能量損失，但機組效率過低，不經濟[2]。

下面通過比較汽輪機同等進汽情況下發電和工業拖動的軸功率，分析汽輪機在兩種用途下的經濟性，得出汽輪機的最佳使用方案。在全廠蒸汽不足時，采用背壓式汽輪機發電或拖動轉動設備，背出低低壓蒸汽，滿足裝置蒸汽需求[3]；在全廠蒸汽過剩時，采用凝汽式汽輪機發電或拖動轉動設備，并將低壓蒸汽冷凝掉，達到蒸汽的有效利用[4]。

1.1 全廠蒸汽不足

煉廠蒸汽不足時，裝置需要低低壓蒸汽，可將低壓蒸汽自管線引至裝置，采用背壓式汽輪機背出低低壓蒸汽。背壓式汽輪機可采用一臺大功率發電汽輪機，也可以采用多臺工業拖動汽輪機。圖1給出了背壓式汽輪機兩種用途下軸功率與汽輪機效率的關系，圖中發電汽輪機效率取0.7；工業拖動汽輪機效率與汽輪機的功率有關，如果采用多臺小功率汽輪機，則平均效率較低，本文在比較時，工業拖動汽輪機的平均效率范圍取0.3～0.8。

圖1 背壓式汽輪機功率比較Fig.1 Power comparison of back pressure steam turbine

由圖1可以看出，汽輪機軸功率與效率成正比關系，隨著效率的降低，汽輪機軸功率下降。裝置內采用工業拖動汽輪機時，驅動泵或風機，汽輪機軸功率小，效率低[5]。

根據以上分析，煉廠低壓蒸汽用作發電的優勢較大，能夠減少煉廠的外買電量，從而降低全廠的生產成本。

1.2 全廠蒸汽過剩

煉廠蒸汽過剩時，低壓蒸汽需采用凝汽式汽輪機發電或拖動轉動設備。圖2給出了汽輪機軸功率與效率之間的關系，圖中發電汽輪機的效率取0.8，工業拖動汽輪機的平均效率范圍取0.3～0.85。

圖2 凝汽式汽輪機功率比較Fig.2 Power comparison of condensing steam turbine

由圖2可以看出，凝汽式汽輪機軸功率與汽機效率成正比關系。在進汽參數相同的情況下，多臺工業拖動汽輪機的平均效率低，相應的輸出軸功率少。在全廠蒸汽過剩時，發電汽輪機較工業拖動汽輪機軸功率要大，蒸汽利用效果要好[5]。

2 經濟性比較

按照低壓蒸汽進汽輪機，進汽量100 t/h，背壓式汽輪機背出低低壓蒸汽。發電汽輪機取1臺；工業拖動汽輪機組取3臺，進汽量分別為50，30，20 t/h。在同等進汽情況下，本文分別從投資成本、運行成本兩個方面進行經濟性比較。

2.1 全廠蒸汽不足

在全廠蒸汽不足情況下，采用背壓式汽輪機。

2.1.1 投資成本

1臺進汽量為100 t/h的汽輪機組帶發電機需投資500萬元。3臺進汽量為50，30，20 t/h的工業拖動汽輪機及相應的調速裝置共需投資250萬元。

2.1.2 運行成本

汽輪機進汽量對應的軸功率如表1所示。

表1 進汽量與軸功率(一)Table 1 Steam input and shaft power（1）

進汽量為100 t/h的汽輪機發電量約4 000 kW，3臺工業拖動汽輪機功率總計為2 340 kW。假定工業拖動汽輪機帶泵負荷等于汽輪機功率，發電汽輪機發電量除滿足泵負荷要求和電路線損外，還剩余接近1 460 kW。

按照全年滿負荷運行 8 400 h，1年可多發電1.23×104 MW。按照工業用電0.6元/kWh，每年可產效益736萬元。由此可見，1臺進汽量為100 t/h的發電汽輪機與3臺工業拖動用汽輪機比較，雖然初投資較高，但是不到1年便可收回投資成本，具有可觀的經濟效益。

2.2 全廠蒸汽過剩

在全廠蒸汽過剩的情況下，采用凝汽式汽輪機。

2.2.1 投資成本

1臺進汽量為100 t/h的帶發電機汽輪機組共投資1 000萬元。3臺進汽量為50，30，20 t/h的工業拖動汽輪機及相應的調速裝置共需投資650萬元。

2.2.2 運行成本

汽輪機進汽量對應的軸功率如表2所示。

表2 進汽量與軸功率（二）Table 2 Steam input and shaft power（2）

進汽量為100 t/h的汽輪機組發電量約16 790 kW，3臺工業拖動汽輪機功率總計為8 200 kW，假定工業拖動汽輪機帶泵負荷等于汽輪機功率，發電汽輪機發電量除滿足泵負荷要求和電路線損外，發電量剩余7 750 kW。

按照全年滿負荷運行8 400 h，可多發電6.51× 104MW。按照工業用電0.6元/kWh，每年可產效益3 900萬元。由此可見，采用汽輪機發電很快便可收回投資成本，經濟效益可觀。

3 結 語

在煉廠的設計或改造過程中，采用汽輪機代替減溫減壓器，合理利用各個蒸汽等級間的能量差是非常必要的，但并不是只要不減溫減壓就是最節能的。汽輪機型式的選擇可根據煉廠蒸汽平衡情況綜合考慮，汽輪機的數量應盡量少，單臺汽輪機功率應盡量大，如果找不到較大的驅動設備，可采用單臺大功率發電汽輪機代替多臺工業拖動汽輪機，通過電能形式來驅動裝置內泵或風機等轉動設備，實現煉廠蒸汽能量的有效利用，從而降低全廠的生產成本，創造更大的經濟效益。

［1］ 謝業平．低壓飽和蒸汽汽輪機的應用及其發展前景[J]．節能技術，2011，29(1)：61-65．

［2］ 王平子，吳迎曦，等．汽輪機效率的不斷進展[J]．工業汽輪機，2001(3)：24-30．

［3］ 李晶．小型背壓式汽輪機在企業節能降耗中的應用研究[J]．科技資訊，2008(32)：137-138．

［4］ 雷澤永．煉廠節省中壓蒸汽技術[J]．節能，2011，30（7）：105-108．

［5］ 趙常興．汽輪機組技術手冊[M]．北京：中國電力出版社，2007．

Application of Low Pressure Steam Turbines in Refineries

JIANG Ji-wei，WANG Chun-feng，SUN Hui-shan，TAO Guo-feng
（CPECC East-China Design Branch, Shandong Qingdao 266071, China）

In new building, transformation and extension projects of refineries, the low pressure steam is often put in the back pressure steam turbine to drive rotational machines and produce lower pressure steam for processing installations in the refinery. There are two ways for steam turbine driving rotational machines. The first way is to drive many little equipments, such as little power pumps and fans; the other way is to drive high-power backpressure electric generator to generate electric energy then to drive little machines. In this paper, aiming at two kinds of uses including generating electric energy and driving rotational machines, the economy of steam turbines under the situation of steam lack or excess was analyzed and compared. The results show that the economy of steam turbine for generating power is better than that for driving rotational machines.

Low pressure steam; Steam turbine; Generating power; Industrial driving

TK 26

A

1671-0460（2012）06-0591-03

2012-01-30

姜繼偉（1984-），男，山東臨朐人，工程師，碩士，2009年畢業于中國石油大學（華東），從事煉油廠熱工設計工作。E-mail：jiangjiwei@cnpccei.cn。