降低甲醇裝置中壓蒸汽消耗量的研究

張標

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

中海石油建滔化工有限公司甲醇二期是Davy日產2500t甲醇裝置，自建成以來一直圍繞節能降耗進行深入研究，隨著天然氣和煤炭等能源的減少以及價格的大幅提高，裝置的生產成本也相應的増加，特別是由鍋爐產生的蒸汽成本也相應的增加，因此在裝置的實際生產中控制蒸汽的消耗量可以說是控制成本的重中之重，而在蒸汽系統中中壓蒸汽的消耗也是整個甲醇裝置消耗的關鍵控制點。通過分析整個中壓蒸汽系統的用戶使用情況，最終降低了中壓蒸汽的消耗，大大提高了經濟效益。

1 蒸汽系統概述

蒸汽系統由高壓蒸汽系統，中壓蒸汽系統以及低壓過熱和低壓飽和蒸汽系統組成。其中高壓汽包蒸汽經過熱器E301/1/2(11.1MPa、510℃、204.47t/h）送入高壓蒸汽總管用于驅動合成氣／循環氣壓縮機的抽氣／凝氣透平J511。抽出中壓蒸汽送到中壓蒸汽總管為轉化爐和中壓蒸汽透平提供蒸汽。余下蒸汽在0.019MPa(A)的背壓下經表冷器E141冷凝。表冷器產生的透平冷凝液由透平冷凝液泵J443A/B泵送到界外脫鹽水裝置。中壓蒸汽用戶主要有2個作用：第一，作為驅動中壓蒸汽透平的動力蒸汽。第二，作為反應物料進入轉化爐和天然氣一起在催化劑的作用下生成合成氣的原料。其中中壓蒸汽驅動透平后進入過熱低壓蒸汽總管，中壓蒸汽驅動的透平有：高、中壓鍋爐給水（HP&MP BFW）泵透平J541A/B和J542A、鼓風機透平J501、引風機透平J502、循環水透平J561以及潤滑油透平。合成氣壓縮機／循環機透平抽出的中壓蒸汽進入中壓蒸汽總管，輔助鍋爐F341的中壓蒸汽和界外引入的華能電廠蒸汽作為補充，保持中壓蒸汽總管的壓力穩定。高壓蒸汽總管的壓力可通過減壓到中壓蒸汽總管來調節，高壓鍋爐給水調節進入中壓蒸汽總管的蒸汽溫度。用中壓鍋爐給水調節透平排出的低壓過熱蒸汽溫度，通過過熱低壓蒸汽總管送入飽和低壓蒸汽總管。飽和低壓蒸汽主要為精餾塔蒸汽再沸器E134A/B補充精餾再沸器的熱量。少部分低壓蒸汽用于脫氧槽D441熱力除氧。中壓蒸汽總管直接減壓到低壓過熱蒸汽總管，補充低壓蒸汽。

2 中壓蒸汽用戶及消耗量

通過對甲醇二期高中低壓蒸汽管網的分析不難發現裝置中壓蒸汽管網的壓力除了合成氣壓縮機透平J511中壓抽出外，主要通過界外提供的華能電廠蒸汽與輔助鍋爐蒸汽進行維持，而在同等工況下，所需華能蒸汽與輔助鍋爐的總量波動較大，通過認真分析中壓蒸汽的各個用戶，經過優化調整，是可以達到節約蒸汽降低能耗的目標。通過查閱歷史記錄，對2022年4～5月各中壓蒸汽系統各個用戶及其蒸汽消耗情況進行統計，具體如表1所示。

表1

3 影響蒸汽消耗的原因分析

3.1 轉化爐氧含量

轉化爐氧量高，NOX排放增加，環保性能降低，排煙溫度升高，同時鼓引風機透平蒸汽消耗增加，經濟性降低。氧量低，會降低爐溫，燃燒不夠充分，浪費燃料，但是相對應的鼓引風機透平的蒸汽消耗也越少。

3.2 鍋爐給水泵出口壓力

鍋爐給水泵出口壓力高低決定了驅動蒸汽透平蒸汽消耗的多少，出口壓力越高消耗的中壓蒸汽就越多，反之，出口壓力越低，蒸汽透平的蒸汽消耗就低。

3.3 透平潤滑油壓力

潤滑油壓力越高，蒸汽透平的耗汽量就越高，反之，潤滑油壓力越低，蒸汽消耗量越低。

3.4 環境溫度

環境溫度的變化直接影響換熱器的冷卻效果，環境溫度越高，換熱器出口溫度也相應提高，這時所需的冷卻循環水量也就越大，循環水量大驅動蒸汽透平的轉速就越高，蒸汽消耗就越高，反之，環境溫度越低循環水透平所需蒸汽消耗量就越低。

3.5 轉化爐水碳比

在正常生產中控制好水碳比是轉化單元操作的關鍵，對于轉化反應來說，水碳比升高的好處有以下幾點：第一，可以防止轉化催化劑結碳；第二，可以降低轉化氣中的甲烷平衡濃度；但是水碳比過大時，不僅浪費蒸汽，還增加了轉化爐的熱負荷，同時裝置的能耗將大幅上升。水碳比過低蒸汽量耗量越小，但是容易造成催化劑積碳使催化劑失活，甚至造成安全事故。所以在實際操作中一般根據轉化氣中甲烷含量和實際的反應情況來調節水碳比，一般控制在2.6～3.0左右。

3.6 蒸汽放空內漏

甲醇裝置在長期的運行中，由于蒸汽系統管網壓力的波動經常引起蒸汽放空處于或開或關的狀態，隨著時間的推移蒸汽放空就會完成出現內漏的情況，而且蒸汽漏量越大，其消耗越大。

3.7 疏水器內漏

整個高中低壓蒸汽管網中有大量的疏水器，從平時的使用過程來看，疏水器經常會出現漏氣的情況，一旦漏氣蒸汽耗量就會出現相應的增加，疏水器漏的越多蒸汽消耗也越大。

4 改進措施

通過對上述影響因素分析進行針對性調整。

（1）根據轉化爐設計氧含量控制范圍要求，其控制范圍在1.0～2.0都可以滿足轉化爐的正常運行，通過查數據得出，轉化爐大部分實際操作的氧含量控制在1.3～1.4之間，在保證鍋爐經濟性走安全的情況下，將氧含量操作控制在1.0～1.2之間，這時鼓引風機的蒸汽消耗量將大幅減小，不僅如此蒸汽透平及風機的振動也相應的減小。

（2）高壓鍋爐給水泵目前出口壓力是12.5MPa，在滿足上水量的要求下，將壓力降至12.2MPa，這時給水透平J541A/B的轉速可以相應的降低。同理，中壓給水泵的出口壓力由5.1MPa降至5.0MPa相應的中壓給水透平J542A的轉速也可以適當降低，同時蒸汽消耗量也同時降低。

（3）根據環境溫度（比如四季氣溫不同）來調整循環水量，同樣負荷下不需要那么大的循環水量，以E122為例，當氣溫降低時同樣要維持D321的出口溫度38℃，那么就需要關小E122的回水。經過調整循環水透平的轉速降低，蒸汽消耗量也隨之降低。

（4）從安全生產和節能綜合考慮，在滿足工藝要求的情況下，水碳比可適當降低，將預轉化的水碳比由原來的3.0降至2.9，蒸汽使用量也由原來的87.8T/H下降至83.6T/H，這樣不僅對催化劑的使用壽命有所延長，更加降低了中壓蒸汽的消耗。

（5）定期檢測疏水器并及時檢修更換故障疏水器，確保疏水器正常工作從而減少沒必要的蒸汽泄漏。

5 效果比較

中壓蒸汽消耗量調整前后對比，如表2所示。

表2

通過仔細分析中壓蒸汽各個用戶，在滿足工藝要求的情況下，通過一系列的系統優化措施對調整前后數據進行詳細的比對，我們發現鼓風機、引風機，鍋爐給水泵，循環水透平以及中壓蒸汽去預轉化爐是可以省出大量中壓蒸汽的，經過計算每小時所能節約的中壓蒸汽量為5.58T/H，如果按年計算每年可節約的蒸汽量為5.58×24×365=48880.8（t）。隨著煤炭和天然氣價格的上漲，節約的蒸汽對降低裝置的運行成本是相當可觀的。

6 結語

本文以節約蒸汽能耗為研究對象，通過對甲醇裝置蒸汽系統的使用現狀進行分析，并以2022年4～5月的中壓蒸汽消耗數據為例，討論了蒸汽用量過高的影響因素并采取了相應的調整措施，并對調整前后蒸汽使用量進行數據比對發現采取的措施是可行的。我們將在以后的生產過程中繼續穩定并優化操作進一步降低中壓蒸汽的消耗量。