煉廠蒸汽管網優化改造與成效

韓會亮，袁亮

煉廠蒸汽管網優化改造與成效

韓會亮，袁亮

（中國石化塔河煉化有限責任公司， 新疆 庫車 842000）

蒸汽是煉廠生產過程中的重要動力介質，蒸汽和電的消耗占全部能耗的60%以上，蒸汽管網優化是煉廠節能降耗的重點。本文介紹了塔河煉化蒸汽管網運行現狀，通過對蒸汽管網進行流程優化改造和采用新型保溫材料納米氣凝膠絕熱氈替代常規保溫材料硅酸鹽棉改造，不僅蒸汽管網運行得到了改善，而且取得了良好的經濟效益。

蒸汽管網；流程優化改造；納米氣凝膠；經濟效益

蒸汽是煉廠各生產環節的主要能源之一，為了滿足各生產環節對于壓力和溫度的不同需求設置有多個級別蒸汽管網，蒸汽管網龐大且復雜。隨著企業不斷發展，新裝置不斷增加，蒸汽管網不斷擴大，管網運行的新問題也不斷產生，因此，蒸汽系統需要持續進行優化改造，消除運行中存在問題，提高運行效率，進而降低煉油成本，增加經濟效益。

1 蒸汽管網現狀及存在問題

1.1 蒸汽管網現狀

塔河煉化是一個加工能力500萬t/a的石油制品煉制與化工企業，包括常減壓、焦化、硫磺、加制氫、異構化和連續重整等煉油裝置。生產廠區設置了2個級別的蒸汽管網（中壓3.5 MPa蒸汽和低壓1.0 MPa蒸汽），南廠區設置有2條中壓蒸汽管網和4條低壓蒸汽管網，新廠區設置有2條中壓蒸汽管網和2條低壓蒸汽管網。

塔河煉化蒸汽管網系統主要產汽單元是公用工程作業部4臺中壓燃氣鍋爐，其中包括兩臺額定負荷45 t/h中壓燃氣鍋爐和2臺額定負荷90 t/h中壓燃氣鍋爐。實際生產中根據系統蒸汽需求調整鍋爐運行匹配，保持2臺鍋爐運行，2臺鍋爐備用；4臺鍋爐產汽為3.7 MPa，445 ℃中壓蒸汽，與4臺鍋爐配套設置有3臺減溫減壓器，其中包括1臺額定產汽40 t/h，1臺額定產汽50 t/h和1臺額定產汽70 t/h，3臺減溫減壓器產汽為0.8 MPa，280 ℃低壓蒸汽；鍋爐和減溫減壓器所產中、低壓蒸汽分別通過中、低壓蒸汽管網供至用汽單位[1]。隨著企業規模不斷擴大，各用汽裝置不斷增加，且各用汽裝置布置分散，用汽情況變化較大，蒸汽管網雖然經過多次技術改造和擴容，但仍存在著許多“瓶頸”和流程不合理問題未能解決，系統蒸汽損失較大。

1.2 存在問題

（1）蒸汽管網布局復雜，供給節點和消耗節點較多，且各個節點供給和消耗的蒸汽量不均衡，在某一節點蒸汽量發生變化時，造成管網局部存在流速低或滯流或流向變化現象，影響管網其他節點蒸汽品質，進而影響裝置安全生產。

塔河煉化公司中壓蒸汽如（圖1），2#裝置擴建新增2#延遲焦化至連續重整裝置中壓蒸汽管道，連續重整作為管網末端，正常生產時連續重整裝置自產中壓蒸汽供裝置內部使用，富余1~2 t/h蒸汽外送至蒸汽管網，異構化裝置消耗6~7 t/h蒸汽，由于管網整體流速較低，當連續重整裝置自產蒸汽出現異常，需要系統供汽時，系統蒸汽溫度和壓力均不能滿足裝置用汽需求。

（2）由于蒸汽系統管網結構復雜，供熱區域大、范圍廣，蒸汽管道長，管網沿途設計爬坡、膨脹彎較多，管道保溫材質差，局部破損，造成管網散熱損失與沿程阻力損失嚴重，使得較遠的用戶蒸汽溫度、壓降較大。實際生產中鍋爐產中壓蒸汽壓力3.7 MPa，溫度445 ℃，蒸汽經過中壓蒸汽管網輸送到1#焦化裝置邊界壓力3.6 MPa，溫度410 ℃，輸送到2#焦化裝置邊界壓力降至3.45 MPa，溫度降至405 ℃。由此可見，蒸汽在通過管網輸送過程中壓降和溫降都十分嚴重。

圖1 中壓蒸汽管網示意圖

2017年8月按GB/T8174-2008《設備及管道絕熱效果的測試與評價》規定，采用表面溫度法與紅外熱像法相結合的方法對四條中壓蒸汽管網進行管道保溫表面性能測試，根據測試數據計算整條管道表面熱流密度計散熱損失[2]，從測試結果（表1）看，管道保溫表面散熱損失較大，新廠區投產時間較短，管道散熱損失較南廠區稍好。

表1 蒸汽管道保溫表面測試計算結果表

2 蒸汽管網優化改造

2.1 流程優化改造

2.1.1 改造方案

從2#空分站南側與天山南路交叉口處的 FR3064B處的3.5 MPa蒸汽主管道（DN250）上引一條DN250的蒸汽管線，此新增管線沿長春路東側南北向管廊向北約150 m，然后沿東西向主管廊向西約約110 m 走至連續重整裝置 1#管橋南側邊界處，沿連續重整裝置內管廊向北接至其自產中壓蒸汽至氣壓機管道（DN250）三通前，與自產蒸汽外輸系統管道連接，實現新增管道為連續重整裝置供汽（圖2）。

圖2 改造后中壓蒸汽管網示意圖

連續重整裝置邊界處蒸汽管線上面設置流量、壓力、溫度遠傳設施，就地溫度、壓力顯示。裝置內的碰頭位置設置閥門操作平臺，FR3064B處的原3.5 MPa蒸汽主管道至2#焦化方向新增隔斷閥，至連續重整裝置新增管道增加隔斷閥，同時在異構化邊界管網2#焦化丁字路口至連續重整中壓蒸汽管道上新增個隔斷閥，便于控制各分支流量。中壓蒸汽管網流程優化改造后，通過調整閥門開關，停用2#焦化丁字路口至異構化管網，將2#焦化作為原有蒸汽管道的末端裝置，異構化裝置作為新增管道的末端裝置。按照正常運行工況5 t/h的流量，管徑DN250，流速3 m/s，中壓蒸汽（溫度425 ℃，壓力3.6 MPa）核算，蒸汽通過新增管網從FR3064B處至連續重整裝置邊界處時，其沿途壓力損失為7 kPa，溫降40 ℃，可以滿足連續重整裝置用汽（溫度≮360 ℃）的需求。如果將2#焦化作為管網末端，溫度會進一步提高。

2.1.2 改造效果

該條管網改造完工投用后，經測試，連續重整裝置邊界處中壓蒸汽壓力3.5 MPa，溫度380 ℃，較改造前中壓蒸汽壓力3.2 MPa，溫度320 ℃，明顯提高，蒸汽管網運行得到明顯改善。

2.2 管道保溫改造

2.2.1 納米氣凝膠絕熱氈的性能及特點

納米氣凝膠絕熱氈是以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過特殊工藝同玻璃纖維棉或預氧化纖維氈復合而成的柔性保溫氈，獨特的結構使得氣凝膠絕熱氈具有許多常規材料無可比擬的特性（表2）。

表2 納米氣凝膠絕熱氈性能表

其特點是導熱系數低，常溫下可低于0.02 W/（m·K），是常規材料的1/3~1/5，保溫后散熱損失小，節能率可達30%以上，且高溫下性能優勢更加明顯；納米氣凝膠防水，有一定的抗拉及抗壓強度，環保防腐屬于新型的保溫材料[3]。

2.2.2 保溫方案

鍋爐集汽集箱出口至1#、2#焦化氣壓機中壓蒸汽管網（南廠1#、2#管網和新廠1#管網，共計約2 447 m）全部更換為納米氣凝膠絕熱氈材料，以降低中壓蒸汽管網散熱損失。根據《設備及管道絕熱技術通則》GB/T 4272—2008規定的常年運行工況允許最大散熱損失值應小于188 W/m2，結合已有試驗數據和工程經驗，改造方案采用納米氣凝膠保溫毛氈＋玻璃纖維氈保溫材料組合保溫的方式。納米氣凝膠絕熱材料3層共30 mm厚；玻璃纖維氈5層共50 mm厚。其中內3層采用氣凝膠包裹；外5層采用玻璃纖維氈包裹。

中壓蒸汽管道→氣凝膠10 mm→氣凝膠10 mm→鋁箔布→氣凝膠10 mm→鋁箔布→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→外護層（鋁皮）

2.2.3 改造后效果

2018年5月份完成鍋爐集汽集箱出口至1#、2#焦化氣壓機中壓蒸汽管網（約2 447 m）納米氣凝膠保溫更換工作。按GB/T8174-2008《設備及管道絕熱效果的測試與評價》規定，此次采用熱流計法和紅外熱成像法相結合的測試方法對高溫管線保溫表面熱流及溫度進行測試。從測試計算結果（表3）看，中壓蒸汽管道采用納米氣凝膠絕熱氈保溫后，保溫散熱指標優于國標，效果較好。

表3 保溫更換后蒸汽管道表面測試計算結果表

3 經濟效益

（1）中壓蒸汽管網新增管線改造完工投用后，將異構化作為新增管網末端裝置，經測試，連續重整裝置邊界處中壓蒸汽壓力3.6 MPa，溫度380 ℃，較改造前中壓蒸汽壓力3.2 MPa，溫度320 ℃，明顯提高，消除了管網介質低流速積液等問題，蒸汽管網運行得到明顯改善。如將2#焦化作為兩條管網的末端裝置，通過新增閥門控制兩條管網流通流量，使兩條管網均保持高流速，保證2#焦化裝置蒸汽參數的同時，連續重整裝置邊界中壓蒸汽壓力、溫度會進一步提高，保證裝置安穩運行。

（2）中壓蒸汽管網采用納米氣凝膠絕熱氈保溫后，根據實際節能量折算為節省蒸汽量計算效益。

改前年散熱損失（GJ）=改前熱流密度（W/m2）×管線外表面積（m2）÷1 000×8 400 h×0.003 6

改前年損失蒸汽（t）=改造前年散熱損失（GJ）×1 000÷q

改后年損失蒸汽（t）按改后的熱流密度按上式計算；

年節約蒸汽=改前年損失蒸汽（t）-改后年損失蒸汽（噸）

年節約效益=年節約蒸汽×120元/t

注：a.年運行小時按8 400 h計算

b.鍋爐出口蒸汽（3.7 MPa，445 ℃）對應的蒸汽焓值q為3 322 kJ/kg

c.管線表面積（m2）=3.14×（管外徑+2×保溫厚度）×管線長度

d. 0.003 6為換算單位，1 kWh=0.003 6 GJ

經計算，中壓蒸汽管網保溫改造前年損失蒸汽=47 485.64×1 000÷3 322=14 294.29 t；保溫改造后年損失蒸汽=16 611.74×1 000÷3 322=5 000.52 t。

年節約效益=（14 294.29-5 000.52）×120=110.5萬元。

4 結束語

（1）通過對蒸汽管網進行改造，新增至連續重整裝置管線，連續重整裝置中壓蒸汽壓力和溫度明顯提高，蒸汽管網運行得到明顯改善，為裝置安穩運行提供了有力保障。

（2）采用納米氣凝膠絕熱氈與玻璃纖維氈相結合的保溫方式可以比常規材料保溫方式達到更好效果，散熱損失和保溫厚度大大降低，節能效益可觀。

［1］韓會亮，等. 中國石化塔河煉化有限責任公司公用工程作業部鍋爐單元工藝技術規程[Z]. 2019．

［2］GB/T8174-2008《設備及管道絕熱效果的測試與評價》[S]. 2009-01-01實施．

［3］朱英娣. 納米氣凝膠絕熱氈的應用及性能分析[J]. 石油石化綠色低碳，2017，2（6）．

Optimization of Steam Pipe Network in a Refinery

,

（Sinopec Tahe Petrochemical Co., Ltd., Xinjiang Kuche 842000, China）

Steam is an important power medium in the production process of refinery. The consumption of steam and electricity accounts for more than 60% of the total energy consumption,steam pipe network optimization is the focus of energy saving and consumption reduction in refineries. In this paper, the operation status of steam pipe network in Tahe refinery was introduced, through optimizing the steam pipe network and replacing silicate cotton with nano-aerogel insulating felt, a new type of thermal insulation material, the operation of steam pipe network was improved, and good economic benefits were achieved.

steam pipe network; process optimization; nano aerogel; economic benefit

2019-12-02

韓會亮（1987-），男，助理工程師，河北省石家莊市人，2010年畢業于承德石油高等專科學校熱能動力設備與應用專業，主要從事公用工程鍋爐、水系統及管網運行管理工作。

李彬（1980-），男，工程師、審計師，從事煉油工藝。

TK 28

A

1004-0935（2020）02-0192-04