脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)背壓蒸汽改為0.35MPa蒸汽可行性分析

張偉斌

(海南實(shí)華嘉盛化工有限公司,海南 洋浦 578001)

脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)背壓蒸汽改為0.35MPa蒸汽可行性分析

張偉斌

(海南實(shí)華嘉盛化工有限公司,海南 洋浦 578001)

簡述了苯乙烯裝置各壓力等級蒸汽管網(wǎng)的平衡關(guān)系；介紹了本裝置脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)的運(yùn)行與能耗情況，并與國內(nèi)同類裝置進(jìn)行了簡單的對比，分析了將本裝置脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)背壓蒸汽改為0.35MPa蒸汽的可行性。若改為背壓蒸汽為0.35MPa的汽輪機(jī)，預(yù)計(jì)投資400萬元，但每年可節(jié)約3.5MPa蒸汽4.368萬噸，單位產(chǎn)品綜合能耗可降低約6.55kgEo/t苯乙烯。

蒸汽平衡； 汽輪機(jī)； 能耗

海南實(shí)華嘉盛化工有限公司(下稱“實(shí)華嘉盛”)8×104t/a苯乙烯裝置(下稱“本裝置”)采用中國石化乙苯負(fù)壓絕熱脫氫工藝。尾氣壓縮機(jī)K-301(下稱“K-301”)使用3.5MPa蒸汽驅(qū)動的1.0MPa背壓式汽輪機(jī)帶動，入口壓力控制在28KPaA,保證脫氫反應(yīng)在負(fù)壓條件下進(jìn)行。壓縮機(jī)汽輪機(jī)3.5MPa蒸汽消耗量為10.2t/h，是本裝置能耗較大的設(shè)備之一。因此，探討如何降低汽輪機(jī)的能耗就顯得非常有意義。

1 苯乙烯裝置蒸汽管網(wǎng)平衡關(guān)系簡介

苯乙烯裝置所用的蒸汽共有5個壓力等級，分別是3.5MPa、1.0 MPa、0.35MPa、0.21 MPa和0.04MPa。正常工況下的蒸汽平衡是：3.5MPa蒸汽用來供給給脫氫尾氣壓縮機(jī)K-301，K-301汽輪機(jī)背壓1.0MPa蒸汽供給給乙苯回收塔C-402和苯/甲苯塔C-404使用，另一部分通過降溫降壓器用來供給0.35MPa蒸汽管網(wǎng)，不足的部分通過海南煉化1.0MPa蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行降溫降壓補(bǔ)充；0.35 MPa蒸汽再分別通過降減壓的方式供給0.21 MPa蒸汽管網(wǎng)和0.04 MPa蒸汽管網(wǎng)。苯乙烯裝置蒸汽平衡關(guān)系如圖1所示。

本裝置現(xiàn)在各壓力等級蒸汽產(chǎn)耗量情況如下：

0.21MPa蒸汽:由乙苯單元蒸汽發(fā)生器E-106、E-117、E-121、E-127共同產(chǎn)生，總量為20.2t/h左右，作為脫氫單元主蒸汽與乙苯蒸發(fā)器配汽使用，現(xiàn)在需求量分別是18.3t/h和4.3t/h，總量為22.6t/h。因此，另外需要約2.4t/h的0.35MPa蒸汽補(bǔ)入0.21MPa蒸汽管網(wǎng)。0.04MPa蒸汽:由脫氫單元低低壓廢熱鍋爐E-303及低壓凝液罐D(zhuǎn)-605產(chǎn)生，蒸汽生成量分別為2.2t/h和0.2t/h左右,共2.4t/h。供給汽提塔C-301使用，用量是2.4t/h左右，與蒸汽生成量基本持平。

0.35MPa蒸汽:由脫氫單元低壓廢熱鍋爐汽包D-303和中壓凝液罐D(zhuǎn)-604產(chǎn)生，蒸汽生成量分別是8.4t/h和8.8t/h，共17.2t/h左右。0.35MPa蒸汽用戶分別是粗苯乙烯塔塔底再沸器E-401、精苯乙烯塔塔底再沸器E-409、粗苯乙烯塔進(jìn)料預(yù)熱器E-420、薄膜蒸發(fā)器E-414、乙苯蒸發(fā)器E-304、吸收劑加熱器E-313、汽提塔C-301進(jìn)料預(yù)熱及焦油與DNBP管線伴熱所用，共23.2t/h，再加之補(bǔ)入0.21MPa蒸汽管網(wǎng)的2.4t/h的用量，總量為25.6t/h左右。因此，另外需要約8.4t/h的1.0MPa蒸汽補(bǔ)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)。

1.0MPa蒸汽：由脫氫尾氣壓縮機(jī)K-301汽輪機(jī)背壓蒸汽產(chǎn)生，生成量約10.2t/h，供給乙苯回收塔C-402、苯/甲苯塔C-404及壓縮機(jī)汽輪機(jī)的汽封抽氣器使用，用量為2.5t/h左右,在加之補(bǔ)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)8.4t/h的用量，總量為10.9t/h。因此，另外需要約為0.7t/h的海南煉化1.0MPa蒸汽補(bǔ)入本裝置1.0MPa蒸汽管網(wǎng)。

圖1 苯乙烯裝置蒸汽平衡關(guān)系圖

2 脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀對比

實(shí)華嘉盛公司脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)(下稱“汽輪機(jī)”)采用的是背壓為1.0MPa過熱蒸汽的汽輪機(jī)。汽輪機(jī)與壓縮機(jī)通過聯(lián)軸器直接相連，其3.5MPa蒸汽消耗量為10.2t/h，而對國內(nèi)同類裝置汽輪機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)新建裝置汽輪機(jī)均采用背壓為0.35MPa過熱蒸汽的汽輪機(jī)，經(jīng)過齒輪箱減速后與壓縮機(jī)相連，蒸汽消耗量遠(yuǎn)低于本裝置?，F(xiàn)挑選出國內(nèi)兩家同類裝置進(jìn)行對比：中海油東方石化有限責(zé)任公司(下稱“東方石化”)與中國石化青島煉油化工有限公司(下稱“青島煉化”)均采用的是背壓蒸汽為0.35MPa過熱蒸汽的汽輪機(jī)。實(shí)華嘉盛、東方石化、青島煉化汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)華嘉盛、東方石化、青島煉化汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)對比表

在實(shí)際運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)所使用的蒸汽性能設(shè)計(jì)參數(shù)有所偏差，但都在設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行范圍內(nèi)。實(shí)華嘉盛、東方石化、青島煉化三家公司汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況如下：實(shí)華嘉盛汽輪機(jī)進(jìn)汽為3.35MPa過熱蒸汽，背壓蒸汽為0.95MPa過熱蒸汽。脫氫單元乙苯進(jìn)料總量為17.5t/h，蒸汽用量為10.2t/h左右。

東方石化汽輪機(jī)進(jìn)汽為3.28MPa過熱蒸汽，背壓蒸汽為0.3MPa過熱蒸汽，脫氫單元乙苯總進(jìn)料量為22.5t/h左右，蒸汽用量為6.8t/h左右。

青島煉化汽輪機(jī)進(jìn)汽為3.64MPa過熱蒸汽，背壓蒸汽為0.35MPa過熱蒸汽，脫氫單元乙苯總進(jìn)料量為17.5t/h左右，蒸汽用量為6.5t/h左右。實(shí)華嘉盛、東方石化、青島煉化汽輪機(jī)所用蒸汽性能如表2所示。

表2 實(shí)華嘉盛、東方石化、青島煉化蒸汽性能表

從上表可以得出：實(shí)華嘉盛汽輪機(jī)能耗為71.69MJ/t乙苯，3.35MPa蒸汽消耗量為0.583t/t乙苯；東方石化汽輪機(jī)能耗為90.67MJ/t乙苯,3.28MPa蒸汽消耗量為0.3t/t乙苯；青島煉化汽輪機(jī)能耗為87.29MJ/t乙苯，3.64MPa蒸汽消耗量為0.37t/t乙苯。從上可以看出青島煉化與東方石化的汽輪機(jī)能效明顯低于實(shí)華嘉盛汽輪機(jī)，但由于其汽輪機(jī)出入口壓差增大，更能充分利用3.5Mpa蒸汽中的熱量，明顯降低了3.5MPa蒸汽消耗量，降低了汽輪機(jī)能耗。

假設(shè)實(shí)華嘉盛在不更換脫氫尾氣壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上，將汽輪機(jī)改為背壓為0.35MPa蒸汽的汽輪機(jī)，按能耗92MJ/t乙苯進(jìn)行計(jì)算，可以計(jì)算出更換汽輪機(jī)后僅需要3.5MPa蒸汽約5.0t/h。

3 更換為背壓蒸汽為0.35MPa汽輪機(jī)后對裝置的影響

3.1 對裝置蒸汽管網(wǎng)平衡的影響

若脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)更換為背壓蒸汽為0.35MPa的汽輪機(jī)，3.5MPa蒸汽用量將會減少約5.2t/h。由于汽輪機(jī)背壓蒸汽由1.0MPa蒸汽改為0.35MPa蒸汽，1.0MPa蒸汽管網(wǎng)和0.35MPa蒸汽管網(wǎng)將會受到很大影響。屆時，0.35MPa蒸汽與1.0MPa蒸汽產(chǎn)耗情況如下：

0.35MPa蒸汽生成量將會在D-303和D-604的基礎(chǔ)上增加汽輪機(jī)背壓蒸汽生成的5.0t/h的量，總量將達(dá)到22.2t/h左右，而0.35MPa蒸汽需求量基本維持不變，依然是25.6t/h。屆時，將需要1.0MPa蒸汽補(bǔ)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的量約3.4t/h。

1.0MPa蒸汽將全部來自海南煉化蒸汽管網(wǎng)，而需求量基本不變，依然是2.5t/h，再加之補(bǔ)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的3.4t/h的量。屆時，將需要海南煉化1.0MPa蒸汽的量約為5.9t/h。

3.2 穩(wěn)定0.35MPa蒸汽管網(wǎng)溫度分析

本裝置1.0MPa蒸汽溫度高達(dá)290℃，現(xiàn)在補(bǔ)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的量約8.4t/h，受蒸汽用量的影響，0.35MPa蒸汽管網(wǎng)溫度波動比較大，高時達(dá)到180℃，低時為150℃左右，平均溫度在170℃左右，極大影響了E-401與E-409的正常操作。0.35MPa蒸汽溫度趨勢如圖2所示。

圖2 苯乙烯裝置0.35MPa蒸汽溫度趨勢圖

由表3可以算出現(xiàn)在0.35MPa蒸汽平均溫度170℃，用量為25.6t/h時，蒸汽管網(wǎng)的過熱量為1408MJ/h，若汽輪機(jī)改為背壓為0.35MPa蒸汽汽輪機(jī)后，進(jìn)入0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的熱量將減少約1391MJ/h，0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的過熱量將只有17MJ/h。屆時，0.35MPa蒸汽管網(wǎng)的溫度將會維持在蒸汽飽和溫度148℃，提高了裝置設(shè)備運(yùn)行的平穩(wěn)率。各壓力、溫度等級蒸汽性能如表3所示。

表3 各壓力、溫度等級蒸汽性能表

4 更換為背壓蒸汽為0.35MP汽輪機(jī)后的能耗分析

若將背壓為1.0MPa蒸汽的汽輪機(jī)更換為背壓為0.35MPa蒸汽的汽輪機(jī)，計(jì)算得出每年3.5MPa蒸汽需求量將減少約4.365萬噸，同時1.0MPa蒸汽的需求量增加約4.368萬噸，本裝置的綜合能耗將降低約6.55kgEO/t苯乙烯。

5 更換為背壓0.35MP蒸汽汽輪機(jī)的成本分析

若實(shí)華嘉盛若將汽輪機(jī)更換為背壓蒸汽為0.35MPa過熱蒸汽的汽輪機(jī)，由表4可以計(jì)算得出每年將會為公司增加經(jīng)濟(jì)效益約61.63萬元。海南煉化蒸汽價格如表4所示。

表4 海南煉化蒸汽價格表

據(jù)測算更換背壓蒸汽為0.35MPa蒸汽汽輪機(jī)加之基礎(chǔ)及管線改造費(fèi)用，大概為400萬元，需要約7年時間收回成本。

6 結(jié)語

如果將脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)更換為背壓為0.35MPa蒸汽汽輪機(jī)，不僅可以降低裝置3.5MPa蒸汽消耗量，降低裝置的綜合能耗6.55kgEO/t苯乙烯, 每年為公司創(chuàng)造61.63萬元的經(jīng)濟(jì)效益，還可以穩(wěn)定0.35MPa蒸汽管網(wǎng)溫度，進(jìn)一步提高裝置以0.35MPa蒸汽為熱源的設(shè)備的平穩(wěn)率。經(jīng)過分析可以得出：無論從裝置的能耗、公司的效益還是裝置的安全運(yùn)行，這項(xiàng)改造都是可行的。

[1] 汪玉林.汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行及事故處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

(本文文獻(xiàn)格式：張偉斌.脫氫尾氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)背壓蒸汽改為0.35MPa蒸汽可行性分析[J].山東化工，2017，46(10)：117-119.)

Feasibility Analysis of Steam Turbine Back PressureSteam from Dehydrogenation Tail Gas Compressor to 0.35MPa Steam

ZhangWeibin

(Hainan Shihuajiasheng Chemichal Co.,Ltd.,Yangpu 578001,China)

This paper briefly described the balance between the pressure level of steam pipe of styrene unit , introduced the operation and energy consumption of the dehydrogenation tail gas compressor turbine, and a simple comparison with the domestic similar device have been made, analyzed the feasibility of the discharge pressure of the dehydrogenation tail gas compressor turbine to 0.35MPa. If the discharge pressure of the steam turbine is 0.35MPa, 4 million Yuan is expected to invest , but annual savings of 3.5MPa steam is 43680 tons, the overall energy consumption per unit of product will reduce 19.16 kgEo/t styrene.

steam balance；turbine；energy consumption

2017-03-27

張偉斌(1985—)，河北邯鄲人，助理工程師，主要從事苯乙烯裝置運(yùn)行工作。

TQ026.2

A

1008-021X(2017)10-0117-03