石化裝置蒸汽管網的優化和節能技術應用

趙 娜

（南京金凌石化工程設計有限公司，江蘇 南京 210042）

石化裝置蒸汽管網的優化和節能技術應用

趙 娜

（南京金凌石化工程設計有限公司，江蘇 南京 210042）

本文以本企業所服務的石化企業所配套裝備的蒸汽管網系統為對象展開研究，從“來源、用途、使用”三個角度探討系統優化和節能技術應用的改進，供同行業技術人員參考借鑒。

石化裝置；蒸汽管網；節能技術；優化思路

隨著我國現代化石化產業體系日益完善，對先進科學技術的引進和應用比例不斷提升，基于產能需求和質量需求的裝置規模也在不斷擴大，相應地，如何確保石化裝置系統優化及節能成為一個重要的研究課題，這關系到我國環境友好型社會的建設和“兩高一剩”產業的轉型戰略。其中，工業蒸汽管網系統，在現代石化裝置體系中具有一定代表性，因此蒸汽管網從設計到運行必須確保其工藝生產能夠適應不同的環境，確保安全、可靠、穩定的運行。筆者通過對本企業服務的石化企業蒸汽管網系統的研究發現，目前在整體設計、運行中已經具備了較為超前的先進性，但仍然存在可以優化的空間。

1 石化裝置蒸汽管網項目概述

結合本企業所服務的石化企業（下同）管網項目來說，蒸汽作為公用工程配套廣泛被石化企業中相關裝置所使用。其應用主要體現在三個方面：首先為石化生產活動提供必要的熱源，為化學反應提供必要的換熱、伴熱。其次，為大型壓縮機提供驅動力，如氨壓機、氮壓機、空壓機、二氧化壓縮機以及合成氣體壓縮機等。最后但不限于，管道、儲罐的伴熱及生活服務（如采暖、空調等）。

該企業使用的蒸汽除其裝置自發汽外，其余不足部分均由其配套的熱電部門提供。整個石化裝置蒸汽管網項目中包括雙抽汽輪發電機組，總功率為20萬千瓦，為企業提供部分日常用電需求。此外還配套了循環流化床鍋爐、煤粉爐、抽汽裝置、減溫減壓裝置等，能提供中、低壓蒸汽（4.12/1.47 MPa，435/324℃），滿足企業內用氣需求。按照不同蒸汽來源及等級劃分為三個層次，分別是：（1）裝置自發汽，主要為余熱利用，根據裝置不同及需求不同，產汽量及參數也不同。（2）中壓層次，主要用來服務企業的裝置需要中壓蒸汽的設備，如變換裝置、變壓裝置、煤氣化裝置等，蒸汽參數：3.82MPa（G）420℃，來自熱電部門。（3）低壓層次，主要用來服務需要低壓蒸汽的裝置，管道、罐體的伴熱及兼顧周邊配套設施的供暖，蒸汽參數：1.27MPa（G）250～280℃，主要來源為熱電部門。

本石化裝置蒸汽管網體系中的主管網為3.5MPa/1.0MPa℃兩個等級，其他等級的蒸汽來源均屬于其“分支部分”，具體施工設計中，針對不同的用氣設備參數選擇氣源。而對于石化裝置產生的蒸汽則根據情況實行裝置內自產自銷，多余的部分并入系統管網，提供給其他用戶使用。

2 石化裝置蒸汽管網優化節能措施

石化產業本身所具有的巨大資源消耗型是促使其進行優化節能的重要外因，具體到石化裝置層面，主要包括來源、用途、使用三個切入點，基本可以實現資源節約、循環利用的全部需求。筆者根據本企業石化裝置蒸汽管網的現狀，從裝置自產、中壓和低壓三個層面展開具體討論。

2.1 裝置自產汽的優化節能措施

裝置自產的蒸汽，與裝置類型及其工藝流程密切相關，主要來源于余熱回收。如采用余熱鍋爐，本身就是對能量的回收利用，是一種重要的節能手段。隨著技術的成熟，優化工藝流程，能達到更多的節能效果。例如利用優化反應釜溫度，采用“一爐一案”控制裂解爐出口溫度，減少排污，提高對流段熱負荷等措施，有效提高了自產蒸汽量。采用產汽做“加法”通過自產提高自產蒸汽，自產自銷，從而降低從管網（熱電廠提供）獲取的蒸汽量，甚至能輸送氣源至管網中，為其他裝置提供蒸汽。

采用先進的DCS監控技術，對工藝操作參數進行監控研究，根據負荷變化及時調節壓縮機轉數和抽氣閥門開度。從壓縮機負荷調整及抽氣率入手，通過提高汽輪機的功率和抽氣/凝液比，減少了該系統蒸汽使用量。結合生產實際，對塔釜和反應器進行個性化調優，以進一步降低蒸汽消耗。采用耗汽做“減法”，進一步降低蒸汽消耗。

除此之外，還有乏汽回收等節能措施在裝置生產中被使用。另外裝置中有些不適合自發蒸汽的廢熱，還可以采用溴化鋰吸收式冷熱水，制備冷凍水。一方面可以滿足生產中對冷凍水的需求：如某些工藝需要，或者產品罐保冷。另一方面也能為生產管理辦公區域提供制冷源（熱源）。對于南京這類冬冷夏熱的區域，非常適用。既能能量回收利用，又能滿足人體舒適度及某些設備的溫濕度要求。也能達到減汽的目的。

綜上所述，裝置的自產汽還是有比較大的優化節能潛力，只不過這與工藝生產密切相關，必須從生產中總結發現。

2.2 中壓蒸汽管網優化節能措施

從“熱功聯產”的角度出發展開優化節能設計，中壓蒸汽管網中的蒸汽來源主要是蒸汽透平抽汽及蒸汽鍋爐提供。蒸汽進入中壓管網系統之后能夠為等量級的石化裝置所使用，綜合考慮，針對本蒸汽管網系統企業選擇了抽凝式透平機組，以充分發揮熱力、動力符合平衡的需要，并確保在較大范圍內的自由調整。同時，抽凝式透平機組還具有操作便捷的特點，對于企業內部三級聯動的蒸汽壓力管網管理具有積極作用。另外，近年來也對蒸汽鍋爐進行了優化改造，通過鍋爐煙氣余熱回收、給煤裝置改造、爐膛內壁噴涂節能涂料、燃燒系統改造、爐拱改造、鍋爐輔機節能改造等技術方式提高燃燒鍋爐的熱效率問題。

同時，對于中壓蒸汽管網而言，蒸汽透平的運行狀況會產生直接影響，設備裝置運行過程當中一旦蒸汽透平運行不穩定，勢必造成中壓蒸汽管網的壓力波動，從而發生共振、震動，造成石化設備生產的潛在危險。基于以上分析，具有快開功能的減壓減溫裝置必不可少。它可以避免由于抽汽不足或者透平機運行不穩定造成的故障，確保壓力調節閥在最短時間內打開（1秒），隨后高壓蒸汽可以快速進行補充，彌補中壓管網中的壓力恒定缺陷。

蒸汽管網輸入減溫減壓裝置這一體系仍十分重要，在進行設備應用優化的過程中，部分位置采取了分體式控制，即采用兩個調節閥形成雙保險機制，其中一個用來實現壓縮機透平抽汽的流量服務，另外一個則備用，避免該環節發生故障之后整個生產陷入停產狀態。同時還設有低壓減溫減壓器，作為事故備用供氣通道。但是需要注意的是，減溫減壓器主要是用來保證系統穩定運行。它本身不僅不節能，而且還存在很大的能量浪費。因此保證采用合適的壓力等級非常重要，避免大范圍采用高壓蒸汽減溫至中壓蒸汽參數供中壓用氣用戶使用。

2.3 低壓蒸汽管網優化節能措施

低壓蒸汽管網的壓力值維持在1.0MPa，由于蒸汽品位較低，所以在做功方面能力較差，主要實現的是熱度利用效應。低壓蒸汽管網不適合用來作為動力源，但可以作為石化生產中的伴熱供應和廠區采暖。其優化主要為：蒸汽源頭處、蒸汽輸送管網、蒸汽使用分配。

對于蒸汽源頭，指低壓蒸汽來源。低壓蒸汽主要來源為蒸汽鍋爐，也有工藝生產過程中產生的低壓蒸汽（余熱回收、閃蒸等）。充分利用余熱回收等節能措施產生的低壓蒸汽，能達到比較好的節能效果。另外，對鍋爐進行優化改造，采用熱效率高的鍋爐，也是必不可少的節能手段。

對于蒸汽輸送管網，良好的保溫、合理的供汽半徑，能減少冷凝水的產生及熱損，保證蒸汽參數。避免跑、漏、滴現象，對節能十分重要。特別目前產區內部分蒸汽采暖或伴熱，由于量小常不回收凝結水，不節能。除非核算后回收代價過大的，都應該進行凝結水回收。不能回收的，也應充分利用熱量，不應直接排放。

合理分配平衡低壓蒸汽，也能達到巨大的節能效果。如采吸收式冷熱水機作為采暖熱源，輔以裝置乏汽回收或者閃蒸罐中得出的低壓蒸汽作為輔助熱源，為產區提供采暖水及生活熱水。又如，一些需要蒸汽伴熱的管線，伴熱后其凝結水溫度通常都能再作為采暖水熱源。可以將凝結水集中后采暖完畢后再回收處理。

結合以上分析，石化裝置蒸汽管網的優化節能設計應該因地制宜，提出具有針對性的解決方案，按照“先整體、后局部、先生產、后服務”的原則展開，其節能優化的切入點主要是熱能、電能和做功三個方面。實踐表明，最大效率的節能領域并不是高壓蒸汽管網，而是低壓蒸汽管網，即通過盡可能多地收集低品位蒸汽資源，以熱源為基礎展開重復、循環利用，才能夠實現優質的節能降耗目的。

3 結束語

綜上所述，“十三五”期間我國整體推進傳統產業結構轉型升級的過程中，石化產業作為重要的“兩高一剩”治理對象，必須做好節能優化，一方面可以有效地節約經濟成本、提高生產效益，另一方面，通過石化系統的優化，可以確保穩定可靠的運轉，降低安全風險，促進我國石化產業向更高層次邁進。

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Optimization of steam pipe network and application of energy saving tec?nology in petroc?emical plant

Z?ao Na
（Nanjing JinLing Petroc?emical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing 210042，C?ina）

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趙娜（1983— ），女，云南保山人，設計工程師；研究方向：熱能工程。