大化肥停運期間單臺鍋爐低負荷運行蒸汽平衡措施

韓建軍

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

2017年12月，寧夏石化公司為響應銀川市冬防期間的大氣污染防治號召，同時為緩解寧夏地區天然氣供應緊張的局面，毅然決定一化肥裝置停工。停工后一臺燃天然氣鍋爐低負荷運行，保障化肥區域公用工程運行及廠區防凍、居民生活區的采暖蒸汽供應。由于天然氣供應緊張，鍋爐負荷受限，各級蒸汽用戶調整后低壓蒸汽管網的平衡顯得尤為重要。

1 運行方案

一化肥合成氨、尿素主體裝置停運后，由于一臺燃天然氣鍋爐（0102-Z1-3）運行，新鮮水、脫鹽水、鍋爐水（BW）、循環水、儀表風等公用工程系統需保持低負荷運行。其中，S38蒸汽驅動的設備包括一臺鍋爐給水泵（0102-P1-1T）、一臺循環水泵（0104-P1-1T）以及一化肥自備9 MW透平發電機組（0105-W1T）。一化肥停運后各級蒸汽用戶簡圖（見圖1）。

各級蒸汽用戶用量如下：

S38中壓蒸汽用戶：0102-P1-1T6.48 t/h，0104-P1-1T9.1 t/h，0105-W1T 62.5 t/h，尿素裝置防凍 10 t/h。

S5低壓蒸汽來源：0105-W1T抽汽31 t/h，PIC-106減壓35 t/h（最大量）、旁路15 t/h。

S5低壓蒸汽用戶：除氧器10 t/h，廠區加熱站10 t/h，一級加熱站（送生活區熱水）20 t/h，廠區防凍保溫：10 t/h，中央空調5 t/h，暖汽采暖5 t/h。

按照蒸汽用戶用量計算，S38、S10、S5總用量（見表1）。

圖1 各級蒸汽用戶簡圖

表1 蒸汽用戶用量表

即：一化肥停運情況下，為保證化肥廠區及生活區防凍及采暖，3#燃天然氣鍋爐運行負荷最低需120 t/h。

2 蒸汽平衡難點分析

2.1 燃天然氣鍋爐負荷平衡

根據天然氣銷售西北分公司“關于天然氣供應緊張期間限量”的相關要求，本公司天然氣總用量限制最大為30×104m3/d。在三化肥項目公用工程運行防凍、開工鍋爐燃氣量最低10×104m3/d的情況下，一化肥天然氣消耗剩余總量不足20×104m3/d，折算下來3#燃氣鍋爐天然氣消耗最大量為8 300 m3/d。按照燃氣鍋爐天然氣消耗100 m3/t計算，鍋爐運行產汽量最大允許為83 t/h。

綜上所述，在天然氣供應受限的情況下，燃氣鍋爐最大產汽量無法保證化肥裝置區域公用工程運行、廠區防凍以及居民采暖所需120 t/h的最低要求，存在37 t/h的缺口。為此采取如下措施：

（1）由于外部電網的穩定供應，0105-W1T退出運行可以節省31 t/h的蒸汽用量。

（2）由于S100蒸汽無用戶，在相同燃氣量的情況下，通過降低S100管網壓力來提高3#鍋爐汽包的發汽量。實踐證明，S100管網壓力由10.0 MPa降至7.0 MPa時，3#燃天然氣鍋爐在相同天然氣燃燒量的情況下，發汽量增加約20 t/h。

通過以上措施，在鍋爐給水溫度恒定的情況下，3#鍋爐燃料天然氣量控制在6 200 m3/h、S100管網壓力設定7.0 MPa時，鍋爐產汽量可以達到80 t/h。除去S38蒸汽用戶0102P1-1T、0104-P1-1T、尿素裝置防凍用量10 t/h外，剩下約70 t/h，剛好滿足S5管網用戶用量需求。測試結果（見表2）。

2.2 S5管網平衡

正常情況下，S5蒸汽由PIC-106減壓及0105-W1T抽出低壓蒸汽供應，最大量為66 t/h。0105-W1T停運后，S5蒸汽只能通過PIC-106減壓供應，最大量為35 t/h。由于S38無法通過減壓或其他手段補充S5管網，導致低壓蒸汽用戶需求仍不能滿足。

PIC-106旁路為臨時管線，雖然可以減壓，但由于該線路沒有減溫水導致S5蒸汽超溫，容易造成PIC-106閥后閥門密封墊及填料等固件因高溫發生損壞泄漏等事故。另外，PIC-106旁路減壓能力只有15 t/h，顯然也不能滿足低壓蒸汽用戶60 t/h的最低用量。

表2 測試結果

圖2

3 低壓蒸汽不足的解決措施

3.1 方案的分析和論證

通過以上分析，3#燃氣鍋爐在天然氣限量的情況下，能夠提供充足的蒸汽量來保證化肥公用工程的正常運行及廠區的防凍、生活區的采暖等需求。但如何把中壓蒸汽減壓、減溫，并滿足低壓蒸汽用戶需求是一個難點。

為此，考慮到了前期尿素裝置利用中壓蒸汽增壓外送低壓蒸汽的技改項目。

尿素裝置201-FA/FB（汽包）低壓飽和蒸汽設計壓力0.35 MPa～0.55 MPa，溫度145℃。公用工程S5管網壓力通常設定在0.50 MPa以上。一化肥正常生產情況下，尿素副產低壓蒸汽壓力控制在0.40 MPa左右，由于壓力低，無法送至S5蒸汽管網（見圖2）。

2005年，為回收尿素富余低壓蒸汽，實施了中壓蒸汽增壓回收技改項目（如圖2紅線部分）。項目試運后，由于尿素富余低壓蒸汽量較少，考慮到S38增壓成本及損失，后期拆除了部分增壓設備、設施，其他閥門、管線一直處于擱置狀態。

經過現場考察和分析評估，尿素裝置引中壓蒸汽，產生低壓蒸汽送至公用工程S5蒸汽管網具有可行性（見圖 3）：

（1）設備、管線完好。原技改項目拆除了部分設備設施，遺留的低壓蒸汽外送管線雖擱置較久，但閥門、管線狀態良好，只需進行閥門調校及密封墊、填料更換等簡單維護即可。

（2）流程暢通。拆除過程中保留了低壓蒸汽外送管線。

（3）工藝參數均能滿足外送要求。一化肥裝置停工狀態下，尿素低壓飽和蒸汽壓力可以提升至0.55 MPa，公用工程S5管網壓力在保證除氧器溫度的情況下可以低于0.5 MPa，0.05 MPa以上的壓差足以保證尿素低壓蒸汽外送至S5蒸汽管網，且尿素低壓蒸汽壓力、溫度均能滿足S5管網參數需求。

（4）操作簡單，無風險，可長期運行。

3.2 方案的實施

圖3 尿素低壓蒸汽外送流程示意圖

表3 試運行期間各項參數統計表

表4 優化后參數表

2017年12月，經過尿素低壓蒸汽外送閥門調校、管線維護等準備，對該流程進行了試運行。試運行期間各項參數統計（見表3）。

試運行統計數據表明：通過尿素裝置外送低壓飽和蒸汽至S5蒸汽管網完全可行，且運行效果良好。2017年12月中旬，該項目正式投入運行，經過工況優化調整，各項參數固定（見表4）。

4 結語

寧夏地區冬季年最低氣溫≥-15℃，目前環境氣溫已降至-15℃左右，一化肥裝置停運后公用工程的運行、廠區的防凍及生活區采暖低壓蒸汽用量趨于穩定，本文采取的措施能夠順利滿足各級蒸汽的用戶需求。鑒于極寒天氣下的緊急預防，對中壓蒸汽管網減壓站閥位及尿素低壓蒸汽外送量均預留了緩沖余地。后期隨著生活區供暖業務的移交，一化肥停運后各級蒸汽的平衡將更好掌控。