工廠蒸汽管網運行分析及改進

樊志強

(山西中煤平朔能源化工有限公司，山西朔州 036006)

山西中煤平朔能源化工有限公司(簡稱中煤平朔化工)劣質煤綜合利用示范項目主體由氨生產和氨加工兩部分構成，其中氨生產系統采用6套碎煤加壓氣化爐，以平朔煤為原料，年產30萬t合成氨、7.2萬t液化天然氣；氨加工由2套18萬t/a硝酸裝置、2套20萬t/a硝酸銨裝置組成[1-2]。筆者以該項目的蒸汽系統為例，將其在運行過程中存在的一些問題及后續技術改造情況進行總結。

1 全廠蒸汽系統概況

該劣質煤綜合利用示范項目設計4臺160 t/h循環流化床鍋爐為全廠提供動力蒸汽和工藝蒸汽，正常運行方式為3開1備。全廠設計3個壓力等級的蒸汽管網，即高壓蒸汽管網、中壓蒸汽管網和低壓蒸汽管網，全廠蒸汽管網壓力等級見表1。

表1 全廠蒸汽管網壓力等級

5.29 MPa壓力等級的高壓蒸汽除了供全廠的汽輪機組使用外，還主要供氣化爐配氣化劑使用；2.50 MPa壓力等級的中壓蒸汽主要供硝酸銨裝置和環保工段酚氨回收裝置使用；0.55 MPa壓力等級的低壓蒸汽主要供低溫甲醇洗和混合制冷裝置使用，在冬季時還供全廠的伴熱及采暖使用。

各種壓力等級的蒸汽供需情況及全廠蒸汽平衡情況見表2和表3。

表2 全廠蒸汽供需

表3 全廠蒸汽平衡

為平衡全廠蒸汽系統，在鍋爐裝置內部配備了3臺減溫減壓站，分別為1臺60 t/h高壓蒸汽減至中壓蒸汽管網的減溫減壓站，以及2臺60 t/h高壓蒸汽減至低壓蒸汽管網的減溫減壓站。

2 運行過程中存在的問題

2.1 低壓蒸汽管網

項目原始開車過程中，在為變換冷卻工段的鈷鉬系催化劑進行硫化時，采用高壓蒸汽與低壓氮氣換熱，升溫后的低壓氮氣對鈷鉬系催化劑進行升溫，換熱后的高壓蒸汽直接并入低壓蒸汽管網。由于當時氨生產和氨加工裝置還未開車，低壓蒸汽用戶只有鍋爐裝置的高壓除氧器，且其使用量小于并入低壓管網的蒸汽量，使得低壓蒸汽管網存在超壓的可能性。為了使低壓蒸汽管網安全、穩定運行，在換熱站處臨時增加1條放空管線，在低壓蒸汽管網壓力高于規定值時將其開啟作為泄壓口。

2.2 高壓蒸汽管網

項目流程全部打通后，在運行過程中突然發生了晃電事故，導致空分裝置聯鎖跳車，后續工段也相繼跳車，因高壓蒸汽用戶主要供全廠機組汽輪機使用，在所有機組速關閥聯鎖關閉的情況下，數量龐大的高壓蒸汽瞬間退回高壓蒸汽管網，若不能在第一時間排放掉，造成的后果是不可想象的。事故發生后，鍋爐車間馬上打開鍋爐本體的對空排放閥門泄壓，即便在如此迅速的處置下，高壓蒸汽管網壓力仍然上升較快，最高值時接近設定值。

3 各級蒸汽管網的技術改造

從以上幾起蒸汽系統運行過程中發生的事故可以看出，正是由于高壓蒸汽外管和低壓蒸汽外管均無放空裝置，使得在處理管網超壓情況時捉襟見肘。為此，決定在高壓蒸汽外管和低壓蒸汽外管上分別增設1個放空裝置。總包方的設計是高壓蒸汽放空增設在綜合壓縮處，放空質量流量為120 t/h；低壓蒸汽放空增設在混合制冷處，放空質量流量為60 t/h。全廠高壓蒸汽管網和低壓蒸汽管網見圖1和圖2，圖中虛線框內為新增放空裝置所在位置。總包方建議新增的放空閥采用進口閥，即快開閥，基本在2 s內即可達到100%開度，但由于進口閥價格昂貴，保守估計單套閥門價格為200余萬元，經濟性較差[3-4]。結合實際情況后決定采用國產閥代替進口閥，單套價格為40余萬元。國產閥雖然在執行機構的時效性上不及進口閥，但亦可滿足安全要求，在節約投資的前提下，也提高了生產系統的安全性。

圖1 全廠高壓蒸汽管網

圖2 全廠低壓蒸汽管網

4 其他平衡措施

全廠在冬季運行過程中，由于有采暖及全廠伴熱對低壓蒸汽的消耗，且運行的3臺循環流化床鍋爐裝置不能達到滿負荷產汽，使得全廠蒸汽管網難以維持平衡。若將備爐點火供汽，所產蒸汽又不能全部合理利用，造成浪費。2017年冬季采暖期，中煤平朔化工負責為工業園區及某生活小區供暖。經核算，約需額外增加5.29 MPa、485 ℃高壓蒸汽102 t/h。在這種情況下，必須4臺鍋爐同時供汽。鍋爐主蒸汽管道設計初按480 t/h最大蒸汽質量流量設計，根據設計規范，過熱蒸汽管公稱直徑大于200 mm，流速為40～60 m/s，通過核算，3臺鍋爐滿負荷生產時，主蒸汽流速為57 m/s，已達設計上限，故4臺鍋爐同時運行需要更換部分蒸汽母管管線；同時，為了防止蒸汽壓力波動，在外供蒸汽管線上增加1個調節閥，這樣既可保證正常生產，又能滿足采暖需求。

5 結語

煤化工項目的蒸汽系統平衡是一項長期、復雜的工作。在日常蒸汽平衡的工作中，既要滿足生產，又要實現低成本、高效率的目標；同時，還應將安全時刻擺在第一位，故此次對高壓蒸汽管網和低壓蒸汽管網增設放空閥的改造工作很有必要，它能確保各級蒸汽管網在發生事故時不會超壓。冬季為工業園區及居民小區供暖也合理地平衡了蒸汽量，企業也為減少大氣污染物的排放做出應有的一份貢獻。