蒸汽系統運行優化與節能技術及應用

劉冠麟(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

1 蒸汽系統運行優化與節能技術

1.1 中壓蒸汽系統的優化節能措施

針對某煉廠的中壓蒸汽系統來說，該蒸汽系統主要應用于向廠內的加氫裝置汽輪機、常減壓裝置爐管注氣以及向塔底做加熱作業。在對該廠中的中壓蒸汽系統進行統計調查過程中發現，若系統運行過程中，該廠在選用相同運行功率的前提之下，蒸汽參數的不斷變化，會導致汽輪機進汽量產生相應的變化。具體表現為，隨著蒸汽參數的升高，所產生蒸汽的可利用量越大，最終會使該中壓蒸汽系統做功能力實現增長。為使中壓蒸汽系統達到運行最大做功功率，需要加大蒸汽系統運行的壓力。在實際操作過程中，該廠將中壓蒸汽系統的運行壓力由原來的3.30～3.44 MPa，調整到了現在的3.48～3.51 MPa，蒸汽系統運行壓力的變化，使得其蒸汽用量節約了約9 t·h-1，使得該廠蒸汽系統運行得以實現優化。

為提升中壓蒸汽系統的蒸汽產出量，同樣會改變催化劑的性質和應用。以該廠渣油加氫裝置反應器為例，對該裝置發生反應過程中的反應條件做出改變，從原有的反應條件，轉變成為重質化生產的生產模式。在蒸汽生成反應中，使用催化劑生產后，反應中的殘碳量也由原有的5.4%提升到了6.4%，這一改變能夠使得中壓蒸汽系統在運行過程中增加產量約 41 t·h-1。

除以上兩種優化節能措施之外，在中壓蒸汽系統運行過程中使用柴油、蠟油、渣油等加氫裝置，通過將系統中的壓縮機轉數降低、將氫油比降低等方式，實現中壓蒸汽系統的節能減耗，根據具體調查數據顯示，該方法能夠節約大約6.79 t·h-1的蒸汽消耗量。針對于前文所提到的蠟油加氫裝置來說，該裝置致力于優化蒸汽系統運行的具體操作，進而幫助蒸汽系統降低蒸汽量，大約能夠降低0.60 t·h-1。

1.2 低壓蒸汽系統的優化節能措施

針對該煉廠的實際情況來說，該廠的常減壓裝置加熱爐仍然在沿用原有的使用燃燒油的加熱手段。燃燒油在使用過程中不僅具有一定的危險性，且其使用過程也較為復雜，其需要通過專門的泵來進行燃燒油輸送，同時在實際應用過程中，還需要加入伴熱才能發揮其能效。這一使用流程不僅復雜，還大大提升了蒸汽系統的運行消耗量。在該現狀之下，需要通過以下兩種方式來實現節能改善與優化：

第一，需要工廠內的所有部門都積極參與到燃燒油使用中的風險排查工作中來，并對各負責區域內的燃燒油運輸管線做出整理，并且停止進行伴熱工序的使用。

第二，需要相關部門對常減壓裝置進行細致的調查和數據采集，并對常壓爐和減壓爐兩者均進行運行過程中的熱負荷計算，該方式與前文中所提到的方式相同，都需要徹底停用燃燒油的伴熱系統。

以上方式所適合的應用對象為，建立在南方城市的工廠，由于南方冬季的溫度也普遍在0 ℃以上，得天獨厚的地理優勢能夠幫助蒸汽系統進行優化的過程中，實現伴熱系統的優化，幫助降低低壓蒸汽系統在運行過程中的能耗。

除以上兩種節能方式之外，還能夠將蒸汽系統中的蠟油加氫裝置的運行狀態發生轉變，實現該裝置的高負荷運行，并對換熱過程中的具體工藝和步驟均做出了調整，并將柴油的循環量由原有的123 t·h-1提升到了131 t·h-1，最終數據顯示，該方法下的蒸汽系統能量產出相較于原有的蒸汽系統來說，提升了3 t·h-1的蒸汽產量。

1.3 低壓蒸汽系統優化節能措施

在低壓蒸汽系統運行過程中，較為常見的裝置為硫磺回收聯合裝置。在落實節能優化措施時，分別采用了兩種不同含量的溶劑再生裝置，其區別在于前者為 700 t·h-1，后者是 600 t·h-1，在優化的過程中，并沒有采用工藝包中固有的蒸汽系統運行參數，而是使用分階段降低的方式，實現蒸汽系統運行所消耗能量的降低。

具體的優化流程為，以設計參數作為理論依據，前文中提到的兩套溶液再生裝置之下，分別施加0.13 t·h-1的壓力，同時保證溶液再生裝置塔底之下的溫度保持在120 ℃左右，針對于兩套裝置的回流量來說，應盡量控制在35 t·h-1左右。在該方案落實的起始階段，保持兩臺再生裝置的負荷在80%左右浮動，發現其所消耗的蒸汽量約為140 t·h-1，而隨著系統運行時長的變化，在流程模擬軟件的加持之下，若保持裝置底部所施加的壓力和塔底的溫度維持在設計數值范圍之內，會導致最終產生的塔頂回流量數值偏大，這一現象會導致塔底壓力的降低，為了能夠保證塔底具有充足的壓力，需要不斷增加蒸汽量，會使得蒸汽消耗量增加，無法實現蒸汽系統的優化與節能。

基于此現象，需要對裝置內的各項參數進行更新和調整，以保證蒸汽系統實現節能減排。調整后的塔底壓力由原來的0.13 MPa調整到了0.10 MPa，并將塔底的溫度降低了2 ℃，并對兩套蒸汽裝置中的溫度和氣體排放進行嚴格監督，最終使得裝置降低了大約31 t·h-1的能量消耗，同時減少了蒸汽系統運行的資金消耗。

2 蒸汽系統優化與節能技術的應用

2.1 蒸汽系統優化與節能技術的應用

蒸汽系統落實優化與節能技術后，其應用范圍較為廣泛，可應用于電力、化工、鋼鐵以及煉油等多個方面，其中最為常見的是應用于工業開發區或城市中的電熱企業之中。根據目前的調查數據顯示，我國現已有20多家大型企業落實應用了該蒸汽系統的節能優化技術，其中最具代表性的為廣州石化公司，該企業在應用技術之前，先對蒸汽系統中的動力系統、管網系統以及其他的一些重點應用裝置都做出了詳盡的調研，同時針對蒸汽系統工作過程中的蒸汽生產、輸送等多個環節進行了相應模型的建立，同時重點建設相關監察系統和子系統，實現了較為完善的信息化平臺建立[1]。廣州石化公司在落實蒸汽系統優化與節能工作時，將管網、生產裝置等多項數據進行了相應調整，在完成煉油新區伴熱蒸汽疏水系統和凝結水回收工作后，緊接著又完成了化工區低溫甲烷化催化劑的應用，并取得了顯著的優化效果。

廣州石化公司在系統優化的過程中，將重點落實在對蒸汽產量200 t·h-1，管網總長度為15 km的蒸汽系統的改造與優化過程當中。其所采用的優化方式為，在管網中設置相應的智能化管理系統，并對管線的保溫做出具體的改造工作。優化完成后，廣州石化公司每年能夠節省約1.2萬噸的煤炭消耗量，實現了2 500萬元的經濟收益。在對蒸汽產量高達1 600 t·h-1的80 km管網進行優化時，采用同樣的技術手段，實現了每年4 000萬元的多于經濟收益[2]。

在蒸汽系統在線監控以及智能優化項目的落實過程中，爐機的運行方式相較于以往也發生了較大的改變，并且能夠對蒸汽系統的每一個運行環節都進行實時的監督及管理，有效推動企業的經濟收益和未來發展。

2.2 蒸汽系統優化節能的應用效益

第一，蒸汽系統的優化與節能工作，能夠幫助實現蒸汽的綜合利用價值。通過將系統中產生的蒸汽進行合理規劃與利用，能夠有效降低蒸汽消耗量，從而減少煤炭在蒸汽系統運行中的使用量，不僅能夠提升其應用價值，還能夠減少有害氣體的排放，推動我國生態環境實現穩定、可持續發展，使人類的生活環境能夠得到有效改善。第二，在我國目前的各大蒸汽系統應用企業之中，每單位產品中節省0.1 t的蒸汽資源，就能夠降低約12萬元的生產成本。而這一優化技術同樣減少了企業對蒸汽系統設備的投資數額，還降低了設備使用過程中的維護費用，具有極高的經濟效益。

2.3 蒸汽系統優化在提高運行效率中的應用

以某石化公司煉油廠為例，其主要的優化目的是為了保證30×103t/a的重催裝置落實安全生產，以避免在蒸汽系統在運行過程中出現故障影響后續的操作。在原有的蒸汽系統設計過程中其將6 MPa的被生產蒸汽，作為2臺設備的動力用汽，但在實際應用中發現，該方式會導致部分蒸汽沒有實際應用在生產過程之中，部分蒸汽通過減壓器進入管網之中，并沒有真正做功。

該公司認識到這一現狀后，使用蒸汽優化軟件進行詳盡的模擬與計算，并做出如下調整方案。該廠需要對該重催裝置增加部分外供蒸汽，具體的外供蒸汽數量為3 MPa級蒸汽約35 t·h-1，在增加外供蒸汽的同時，需要對供入系統的蒸汽量做出一定程度上的削減。該公司的動力廠中鍋爐裝置，會將供入系統之中的部分蒸汽傳輸至6 MW的發電機組之中，與此同時，該廠需要根據季節的變化，相應調整發電量，需要注意的是，冬季的規定發電量需要在夏季發電量之上。

在該優化技術落實的過程之中，若該裝置在運行過程中仍然出現了余熱故障，則需要工廠立即暫停所有工作，并派遣專業的維修小組進行蒸汽系統的數值調整。只有當系統所有數值恢復穩定和正常時，才能夠繼續實現系統運行。

綜上所述，6 MW的發電裝置在控制系統中處于落后的地位，進而不能夠充分滿足發電負荷的持續性提高，究其根本，中壓蒸汽的余量需要充分滿足下一階段所需的最低蒸汽量，才能保證負荷的提高。通過前文所闡述的蒸汽系統優化方式，能夠達成預期的改造目的，具體表現為當作業處于夏季發電裝置允許相較于原有的發電量多增加2 MW；若是處在冬季，發電裝置的發電量允許提升至4 MW，在該方案落實中后，重催裝置中的蒸汽產量及質量都實現了顯著增長，同時還進一步保證了管網系統在工作過程中的安全性，與此同時，該廠當年累積提升經濟收益900萬元。

2.4 在線診斷和優化系統中的應用

第一，在實現汽輪機的轉移過程后，由于低壓部分管網內蒸汽的流動速度不高，加之該部分處于整個蒸汽轉移的末端，所以導致很多蒸汽出現了結水狀態。為避免這一情況的產生，該廠所采用的方式為，將伴熱線北側的蒸汽進行調整，讓蒸汽從1線轉至2線。同時關閉南側的1線。由于夏季對于低壓蒸汽的需求量較小，所以管網的蒸汽輸送量也較小，這一情況之下允許關停部分管網，減少損耗。該廠在對停止使用管線的安全性進行分析的過程中發現，冬季產生中壓蒸汽時，存在一定的安全風險，并且容易出現結水現象，產生水擊的風險。該廠在產汽量和進汽量差異不明顯的情況之下，需要該現場派遣專業的管理人員對該段管線進行實時監測工作，同時要在該段管線中安設溫度計，以保證蒸汽生產過程中的安全性。

第二，該廠同樣利用建立模型的手段對于低壓管網進行了模擬，針對管網降壓的情況分析來看，在低壓蒸汽需求者中，需求量較高的是新硫磺的酸性水汽。為了能夠實現高質量酸性水汽堤地產生，該廠增加了焦化到酸性這一變化部分的專線。當該廠檢測到低壓管網中的壓力已經足夠低時，主管線和一部分支管線中蒸汽的流動速度出現了較為明顯地增大，這時若再下調壓力則會產生較為不良的影響。

第三，該廠積極利用數學模型建立了蒸汽系統的監測裝置，并能夠對系統運行和用戶數據信息進行實時采集和模擬。同時，根據系統目前所含有的蒸汽參數來得到系統管網內各個部分的運行狀況和具體數據，為該廠內部的分配與調動奠定基礎。在檢測過程中，其主要包含以下五個監測模塊：報警信息、分布圖、系統總圖、閥門、數據。在對蒸汽系統進行實時檢測的過程之中，該廠相關工作人員能夠根據不同的生產狀態來控制蒸汽的生產，使其能夠實現平衡。在避免不必要的浪費情況之上，還能夠保證蒸汽高品質生產。

3 結語

綜上所述，蒸汽系統優化與節能措施的落實，對我國化工、電力、鋼鐵等多項產業發展具有重要意義和作用。因此，我國相關企業應提高對蒸汽系統優化節能的重視度，在提升企業經濟收益的同時，實現我國生態環境的穩定、健康、可持續發展。