己內酰胺生產裝置蒸汽系統節能措施分析

馬奎，楊惠姣

（中國石化石家莊煉化分公司，河北 石家莊050030）

隨著化工生產工藝和技術的不斷進步，己內酰胺企業間競爭也相應加劇，因此節能降耗工作也顯得尤為重要。蒸汽管網系統一般包含蒸汽來源、輸送管道系統、用汽設備、冷凝水回收系統。實際生產中蒸汽系統的能源效率普遍偏低，節能降耗潛力較大，通過對蒸汽管網系統進行優化改造和合理利用，能源效率可明顯提升。

1 某己內酰胺生產裝置用能分析

1）蒸汽系統狀況

某己內酰胺生產裝置界區外高高壓蒸汽（HHPS，3.5 MPa）進入該裝置后，一部分被送往汽輪機組作動力帶動相關的轉動設備運行并產生中壓蒸汽（MPS，0.6 MPa）；另一部分則通過減溫減壓器逐級減壓，供各個用戶使用。減溫減壓后的蒸汽等級有高壓蒸汽（HPS，1.7 MPa）、中高壓蒸汽（IPS，1.0 MPa）、中壓蒸汽（MPS，0.6 MPa）、低壓蒸汽（LPS，0.3 MPa）。

另外己內酰胺生產裝置內的余熱鍋爐可以產生蒸汽，鍋爐水來自于除氧器。除氧器用于接收蒸汽凝液和除鹽水，在除氧器的除氣室利用低壓蒸汽將凝液和除鹽水加熱至飽和狀態蒸出不凝氣，不凝氣和少量低壓蒸汽通過放空線連續排至大氣，鍋爐水通過高、中壓鍋爐水泵分別送往高、中壓鍋爐水管網。

當系統中各級蒸汽壓力難以調節時，蒸汽的平衡通過不同壓力等級的蒸汽管網之間的相互排放來保證。為了防止由于不正常的操作造成低壓蒸汽管網壓力增高，設置了低壓蒸汽放空管線，必要時可直接排大氣。

全廠回收的蒸汽冷凝水，一部分送到除氧器生產鍋爐水，另一部分送到界區外進行處理。

2）用能分析

己內酰胺生產過程所消耗的各種能源介質中蒸汽消耗所占比例最大，詳見表1，因此做好蒸汽系統的節能更為重要。

蒸汽系統存在問題主要有：①兩臺鍋爐水泵同時運行，水泵功率遠遠大于實際所需功率，浪費了電能。②循環水透平操作彈性小，不利于節能。③蒸汽管網在結構上成多級、多環的復雜結構，蒸汽等級較多，存在減溫減壓和放空現象，用能結構不合理。④凝液低溫熱回收利用率低，造成了較多的低溫熱能損失。

表1 生產噸產品消耗的能量

2 節能優化措施

1）鍋爐水系統優化

前期高壓鍋爐水和中壓鍋爐水分別配備了機泵，通過改造，在高壓鍋爐水泵出口閥后引出一條管線經過調節閥減壓后并至中壓鍋爐水泵出口，并在中壓鍋爐水系統上增加安全閥，安全閥出口接至中壓鍋爐水回流管道。如圖1 所示，通過增加跨線，可以將中壓鍋爐水泵停運，提高用能效率。

中壓鍋爐水泵額定功率為90 kW，額定流量為33 m3/h，而實際中壓鍋爐水用量僅為7～10 t/h，經過對機泵停運前后的耗電統計，鍋爐水泵耗電總功率可降低45 kW。

圖1 鍋爐水系統改造后工藝流程

2）透平機泵改造，減少蒸汽減溫減壓量

循環水總用量約1萬t/h，而循環水泵單臺均為0.4萬t/h，目前運行1臺工頻電泵，1臺變頻電泵以及1臺背壓為1.0 MPa的透平機組。一方面變頻輸出很低，不節能；另一方面大透平機組（17 t蒸汽/h）又因為低品位蒸汽用量低無法運行，所以能源損耗較大。

鑒于以上情況將一臺透平機組改小，經過計算確定流量能夠達到2 000 t/h、蒸汽用量8 t/h比較合理。改造后運轉1 臺大透平、1 臺小透平以及1 臺變頻電機，用量和負荷基本匹配，達到最佳節能效果。經過論證確定最終改造1 臺透平機組蒸汽背壓仍為0.6 MPa，核定蒸汽用量8 t/h，泵體方面按照揚程46 m、流量2 000 t/h進行設計。

改造后工頻電泵停運，投用改造后的透平，由于蒸汽耗量隨季節性波動，按每年9 個月計算，年可節電90多萬kW·h，直接經濟效益40余萬元。

3）低壓蒸汽管網改造

化工裝置低壓蒸汽系統目前蒸汽用量小于25 t/h，蒸汽主管管徑600 mm，蒸汽流速低于10 m/s，遠低于經濟流速，而且管網較大，固定用戶少，管網損失較大，不利于節能降耗。

改造方案為：儲運裝置將蒸汽總管切斷，自產低壓蒸汽用于除氧器、伴熱、主控室空調，保留低壓蒸汽放空泄壓功能；將PV-4519 用于IPS 減壓至MPS 系統，提高中高壓蒸汽向中壓蒸汽減壓能力；其他低壓蒸汽用戶增加減壓閥，自行從中壓蒸汽管網減壓。改造后流程見圖2。

如圖2 所示，取消了流程較長的原低壓蒸汽管網（LPS），虛線部分為新增管線。PV-45611和PV-4519 共同調節中壓蒸汽。開工初期，儲運單獨用PV-4519控制中壓，系統波動較大，之后PV-45601和PV-4519 一起控制，增加了系統穩定性。對于原低壓蒸汽用戶，在裝置內自行將中壓蒸汽減壓后使用。目前蒸汽系統運行較為穩定，運行情況良好。

圖2 蒸汽管網改造后流程

表2 改造前后蒸汽消耗對比

相近負荷下改造前后蒸汽消耗對比見表2。由表2 可以看出，總的蒸汽耗量改造后比改造前減少了1.23 t/h，從長期的運行數據統計分析，管網損失卻有降低，更為重要的是避免了因低壓蒸汽壓力高放空造成的浪費。該項目預計在冬季節能效果會更加明顯，根據該公司的蒸汽單價折算，年減少的蒸汽損耗價值近百萬元。

4）除氧器的節能

提高余熱鍋爐的給水溫度是產汽階段節能最現實的辦法。用回收余熱的方法提高鍋爐的給水溫度，一般說來，給水溫度每增加6℃，鍋爐使用的燃料減少1%。

鍋爐水除氧器需要消耗一定的低壓蒸汽，工藝用蒸汽凝液如果先去凝液回收系統收集后再送至除氧器，中間會有熱量損失。將加熱設備的蒸汽凝液直接改進除氧器可以減少除氧器的低壓蒸汽消耗量。該項改造應注意的是，由于除氧器內有一定壓力，對于凝液背壓有要求的蒸汽用戶則不能并入其中。改造后，鍋爐水除氧器節約加熱蒸汽0.5 t/h，年減少蒸汽費用48萬元。

5）凝液低溫熱利用

結晶裝置母液加熱器目前使用0.3 MPa 蒸汽，受負荷或其他裝置影響，當系統液位高時需開此加熱器加快系統水蒸發。加熱器蒸汽耗量較大，全開時蒸汽耗量可達5 t/h。而化工凝液系統余熱富裕，約90 ～100℃的凝液送煉廠再處理，存在較大的熱量損失，且現場凝液罐因溫度較高乏汽排放問題突出，造成了環境的熱污染。

將母液加熱器熱源由低壓蒸汽改為熱水加熱，減少裝置蒸汽消耗，同時降低凝液溫度，消除現場乏汽放空問題。根據前期蒸汽實際消耗數據，年可減少蒸汽消耗費用70余萬元。

3 效果分析

由于該企業蒸汽外購，加之凝液低溫熱回收設施少，裝置建成初期能耗偏高。通過逐年不斷的開展節能工作，己內酰胺綜合能耗逐年下降，詳見圖3。

圖3 近幾年己內酰胺綜合能耗情況

4 后續節能優化方向

1）優化蒸汽供給方式

通過對企業進行低溫熱調查發現，低溫余熱存量較大，低溫余熱回收和利用的好壞標志著其用能水平高低。

從蒸汽供給側入手，化工裝置蒸汽來源壓力為3.5 MPa，化工內部存在著較多的減溫減壓器，如果能夠實現直接向化工裝置供給較低壓力等級的蒸汽，使3.5 MPa 蒸汽在供給源頭實現做功降壓等方式降低壓力，用能將更加合理。通過綜合分析可知，經過改造現有舊管線，上游裝置可輸送給己內酰胺裝置7～8 t/h低壓蒸汽，如果能夠實現直接輸送低壓蒸汽，則將能夠使兩套裝置用能均更合理。

2）提高低溫熱利用效率

蒸汽經熱用戶換熱后形成的冷凝水，尤其是高溫高壓的冷凝水仍具有一定的熱量。當熱的冷凝水壓力降低，且溫度高于低壓對應的飽和溫度時，就會釋放出閃蒸汽。目前凝液蒸汽放空較多，熱量無法利用。而凝液輸送至凝液回收點后熱量已經損耗大部分。目前主要矛盾是低溫熱源回收難、效率低、用戶少，且季節周期性較大。

目前凝液中低溫熱仍然無法全部回用，因此在后續措施中應加大回收低溫熱利用的工作，從源頭、輸送、回收各個環節加強管理。

3）蒸汽管網優化

因生產裝置蒸汽使用結構發生變化，目前蒸汽管網與現有用戶用量不匹配，下一步將通過蒸汽管網核算、減少蒸汽等級入手，使用能方式更加合理。

5 結論

該化工裝置蒸汽系統管網較小，開展大規模的蒸汽動力平衡以及系統優化節能的措施受到限制，因此節能的重點放在了節能管理、工藝技術改造和系統優化方面，從蒸汽的產生、輸送、使用、閃蒸汽利用和冷凝水回收各個環節綜合考慮，通過對用能不合理的地方進行了改造，從而實現了節能。

蒸汽節能是節能工作的重要部分，在對生產系統逐漸優化整合過程中，對蒸汽總體用量及特點進行統計分析，做好蒸汽系統利用研究，保證蒸汽管網產汽、用汽、低溫熱利用的平衡，同時做好日常管理，減少外部損失，將產生巨大的經濟效益和社會效益。