煉化裝置蒸汽梯級利用及余熱回收的工業研究

蘭勇 張鶴鋒 張建創 唐小平 劉斌

摘要：本文以某煉化裝置蒸汽熱力系統為例，提出蒸汽梯級利用及余熱回收技術，以可行的方式合理回收閃蒸罐的二次閃蒸汽和冷凝水余熱再利用工業技術，充分利用凝結水及乏汽中的優質熱能，減少熱污染，降低設備外腐蝕，實現節能降耗和環境保護。

關鍵詞：蒸汽梯級利用? 凝結水? 余熱回收? ?節能降耗? 環保

一、前言

蒸汽是煉油化工企業生產中采用的主能源，為裝置的正常生產提供了熱能和動力。煉化裝置蒸汽管網系統一般分為中壓蒸汽管網和低壓蒸汽管網兩種，每個管網都存在多種不同類型的用汽設備，中壓蒸汽管網壓力≧3.2Mpa，主要是為煉化裝置再沸器提供熱源、為大型離心壓縮機組提供動力等，蒸汽通過汽輪機降溫、降壓釋放能量來做功，透平后產生壓力和溫度較高的冷凝水。低壓蒸汽管網壓力≧0.5Mpa，主要是為煉化裝置低壓透平設備、汽提飽和蒸汽、重質油工藝管道伴熱等提供熱源，使用后的低壓蒸汽也會產生壓力和溫度較高的冷凝水。大多數企業使鍋爐產生的高壓蒸汽供高壓用汽設備使用后，通過布置閃蒸罐，讓高壓冷凝水進入閃蒸罐后，將低壓用汽設備產生的冷凝水回收并重新打回鍋爐給水系統循環使用。

凝結水閃蒸罐通常為常壓、敞口或半敞口罐，二次閃蒸乏汽從罐頂噴出，凝結水白白浪費的同時造成環境熱污染。數據顯示，該凝結水所含有的熱量為蒸汽全部熱量的20～30%左右，如果不能有效回收凝結水中所含的優質熱能而直接打回鍋爐給水系統循環使用，則大大降低了熱水資源的利用率。

本文通過對蒸汽及冷凝水閃蒸系統進一步研究分析，通過蒸汽梯級利用系統工藝改造，以煉化裝置實例提出可行的優化方法和工藝，解決凝結水罐罐頂閃二次閃蒸乏汽較多、水量充足、水溫高、回收率低等問題。

二、某廠目前蒸汽能源現狀

某廠地處西北部，低溫天氣覆蓋時間長，每套裝置在設計的時候為了做好防凍防凝工作，工藝管道、部分儀表和液位計均設有蒸汽伴熱。廠內動力車間安裝有三臺35t/h燃氣鍋爐，鍋爐額定壓力3.82MPa，出口溫度450℃。運行情況：夏季一運兩備，冬季兩運一備。隨著生產規模的不斷擴大和裝置的不斷增多，冬季隨著低壓蒸汽用量的逐漸加大，高峰時期用汽量已經超過70t/h，三臺鍋爐運行，總能耗居高不下，達到供需矛盾日益嚴重。

廠內現有開式凝結水罐JF-CW45C一臺，處理能力40～50 t/h，凝結水泵兩臺，流量：44.4m3/h，揚程：50.5m，目前夏季凝結水泵出口流量表顯約為25～30t/h，冬季凝結水泵出口流量表顯約為30～35t/h，部分裝置伴熱的使用量和凝結水進罐流量數據具體如下：

1、加氫改質裝置：使用低壓蒸汽（0.5MPa），主要用于工藝管線、儀表伴熱及各蒸汽服務點，蒸汽用量為2～3t/h，凝結水回到凝結水罐中。

2、PSA提氫裝置：主要用中壓蒸汽為壓縮機提供動力，兩臺壓縮機蒸汽總耗量約13t/h。凝結水送開式水罐，同時裝置內的低壓蒸汽伴熱凝結水也回到了開式水罐。

3、苯抽提裝置：中壓蒸汽用于塔底再沸器熱源，總耗量約6～7t/h，再沸器凝結水及蒸汽伴熱凝結水回到凝結水罐。

4、氣分裝置：氣分裝置使用低壓蒸汽（0.5MPa）用于塔底再沸器熱源。蒸汽用量為5t/h，凝結水均回到開式水罐。

5、MTBE裝置：MTBE裝置使用低壓蒸汽（0.5MPa）用于再沸器熱源。蒸汽用量約為6～8t/h，凝結水均回到開式水罐。

三、存在問題

上述的五套裝置凝結水混合后進入凝結水罐，再經凝結水泵加壓后送至動力車間鍋爐作為鍋爐補水。通過對高溫凝結水回收裝置的研究和分析，發現凝結水罐存在以下問題：

1、凝結水罐頂二次閃蒸乏汽較多，回收率低

凝結水罐運行過程中有大量的二次閃蒸乏汽從罐頂噴出，凝結水以閃蒸乏汽的形式外溢，白白浪費的同時帶來熱污染，回收效率大大降低。

一直以來沒有人重視凝結水二次閃蒸形成的乏汽，其實乏汽具有較高的熱焓值，雖然壓力低，但是其生成水時可以放出較高的凝結熱，此熱值接近除氧器所用的新蒸汽。

由上表可以看出：

（1）隨著壓力的增加，飽和蒸汽的比焓也隨著增大，但增加的幅度逐步減小。

（2）隨著壓力的增加，飽和蒸汽汽化潛熱不斷的減小。

（3）常壓下飽和蒸汽的比焓與1.0MPa飽和蒸汽的比焓相差很小（29.84 kcal），由此可見乏汽的經濟價值。

2、閃蒸乏汽外溢導致環境污染日趨加重，同時乏汽外溢到空中再冷凝之后的液滴飄落在下方的設備及管道上，導致設備及管道腐蝕速率加快。

3、從凝結水罐液位和凝結水泵出口流量來看，凝結水量充足，且經過長期觀測，水溫能夠保持在70～90℃，凝結水熱能未得到充分利用，造成能源浪費。

綜上所述，急需實施投資相對較小、建設周期短、滿足生產的同時能降低冬季鍋爐負荷、實現開源節流的方案，以可行的方式合理利用凝結水，通過技術改造，回收凝結水及二次閃蒸乏汽的熱能，以滿足生產需求，順利實現節能降耗。

四、解決措施

針對廠內能源短缺和能源不合理利用的突出問題，開發和應用了經濟有效的蒸汽梯級利用及余熱回收節能新技術、新材料、新方法，對做好能源高效管理具有重大的意義。

1、原有的凝結水回收系統工藝流程

中、低壓蒸汽經凝汽式壓縮機、塔底再沸器或伴熱系統做功冷凝后，凝結水混合進入凝結水罐的中上部，PSA裝置凝結水自凝結水罐上部進入管內，作為罐頂噴淋，罐底的凝結水經泵升壓后直接送至動力車間（詳見下圖）。

2、改造后的凝結水回收系統工藝流程

利用蒸汽梯級利用原理，將中壓蒸汽先作為壓縮機和塔底再沸器熱源，低壓蒸汽伴熱后混合凝結水進入凝結水罐，對凝結水泵出口工藝流程進行改造，將凝結水作為裝置伴熱，代替原有的蒸汽伴熱，從而減少低壓蒸汽耗量。

伴熱后的低溫凝結水一部分作為動力車間鍋爐用水，另一部分低溫凝結水返回凝結水罐頂作為噴淋，吸收罐頂二次閃蒸乏汽的熱量，減小乏汽外排、回收乏汽中的凝結水、降低凝結水罐的溫度（詳見下圖）。

凝結水伴熱代替低壓蒸汽伴熱又一優點是伴熱溫度適中，不會將界面板或界位計、水包中的水加熱汽化而出現假液位。全面實現凝結水余熱回收，減小凝結水罐頂乏汽外排為目標。

五、成果及效益

1.成果

蒸汽梯級利用及余熱回收技術的實施后取得了以下成果：

（1）凝結水代替低壓蒸汽伴熱可節約低壓蒸汽3噸/小時。

（2）伴熱后的低溫凝結水返罐作為噴淋，吸收二次閃蒸乏汽熱量，回收乏汽中的凝結水1～1.5噸/小時，水質優良，作為鍋爐用水。

（3）預期目標：減少和消除乏汽外排，減小外排的濕性乏汽造成的設備外表面腐蝕，目前凝結水罐頂乏汽外排已明顯減小。

（4）通過環保創新實現節能減排。

2、經濟效益

蒸汽梯級利用及余熱回收的技術實施后主要的經濟效益分析如下：

（1）項目實施后可節約低壓蒸汽3噸/小時

3噸/小時×24小時×365天×70元/噸=183.96萬元/年

（2）回收罐頂二次閃蒸乏汽中的凝結水1～1.5噸/小時

1.5噸/小時×24小時×365天×7.5元/噸=9.855萬元/年

總經濟效益=（183.96+9.855）萬元/年=193.815萬元/年（稅后）。

3、社會效益

通過蒸汽梯級利用及余熱回收的工業研究后，減小了乏汽造成的周圍設備和工藝管線外腐蝕，同時避免環境污染、加強環境保護，為生態文明建設和“碧水藍天”做出應有的貢獻。

六、結論

蒸汽梯級利用及余熱回收的技術投入運行后取得了明顯的效果，低壓蒸汽用量和鍋爐負荷得到了全面改善，全年實現單臺鍋爐運行。

（1）蒸汽梯級利用及余熱回收的工業研究是對原有的凝結水工藝進行改造，正常生產時進行改造完畢后即可與原系統進行對接，具有良好的契合匹配性。

（2）通過給凝結水罐增加返回線，提高噴淋的低溫凝結水流量，吸收二次閃蒸乏汽熱量，回收乏汽中的凝結水，減小乏汽外排量。

（3）減少和降低二次閃蒸乏汽造成的周圍設備外表面腐蝕，降低設備維護成本。

（4）減少環境污染，保護生態環境。

參考文獻：

[1] 黃飚.蒸汽冷凝水的回收問題及措施[J].企業科技與發展，2009，（6）：31-33;

[2] 尹新，郁鴻凌，李明君等.蒸汽梯級利用技術在大型蒸汽管網系統中的應用[J].上海理工大學學報，2010，（3）：281-284;

[3] 楊輝，陳貴軍，馬慶海，等.高溫凝結水回收及熱能的梯級利用[J].節能，2010，（1）：69-72;

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