石化装置蒸汽管网的优化和节能技术应用

赵 娜

（南京金凌石化工程设计有限公司，江苏 南京 210042）

石化装置蒸汽管网的优化和节能技术应用

赵 娜

（南京金凌石化工程设计有限公司，江苏 南京 210042）

本文以本企业所服务的石化企业所配套装备的蒸汽管网系统为对象展开研究，从“来源、用途、使用”三个角度探讨系统优化和节能技术应用的改进，供同行业技术人员参考借鉴。

石化装置；蒸汽管网；节能技术；优化思路

随着我国现代化石化产业体系日益完善，对先进科学技术的引进和应用比例不断提升，基于产能需求和质量需求的装置规模也在不断扩大，相应地，如何确保石化装置系统优化及节能成为一个重要的研究课题，这关系到我国环境友好型社会的建设和“两高一剩”产业的转型战略。其中，工业蒸汽管网系统，在现代石化装置体系中具有一定代表性，因此蒸汽管网从设计到运行必须确保其工艺生产能够适应不同的环境，确保安全、可靠、稳定的运行。笔者通过对本企业服务的石化企业蒸汽管网系统的研究发现，目前在整体设计、运行中已经具备了较为超前的先进性，但仍然存在可以优化的空间。

1 石化装置蒸汽管网项目概述

结合本企业所服务的石化企业（下同）管网项目来说，蒸汽作为公用工程配套广泛被石化企业中相关装置所使用。其应用主要体现在三个方面：首先为石化生产活动提供必要的热源，为化学反应提供必要的换热、伴热。其次，为大型压缩机提供驱动力，如氨压机、氮压机、空压机、二氧化压缩机以及合成气体压缩机等。最后但不限于，管道、储罐的伴热及生活服务（如采暖、空调等）。

该企业使用的蒸汽除其装置自发汽外，其余不足部分均由其配套的热电部门提供。整个石化装置蒸汽管网项目中包括双抽汽轮发电机组，总功率为20万千瓦，为企业提供部分日常用电需求。此外还配套了循环流化床锅炉、煤粉炉、抽汽装置、减温减压装置等，能提供中、低压蒸汽（4.12/1.47 MPa，435/324℃），满足企业内用气需求。按照不同蒸汽来源及等级划分为三个层次，分别是：（1）装置自发汽，主要为余热利用，根据装置不同及需求不同，产汽量及参数也不同。（2）中压层次，主要用来服务企业的装置需要中压蒸汽的设备，如变换装置、变压装置、煤气化装置等，蒸汽参数：3.82MPa（G）420℃，来自热电部门。（3）低压层次，主要用来服务需要低压蒸汽的装置，管道、罐体的伴热及兼顾周边配套设施的供暖，蒸汽参数：1.27MPa（G）250～280℃，主要来源为热电部门。

本石化装置蒸汽管网体系中的主管网为3.5MPa/1.0MPa℃两个等级，其他等级的蒸汽来源均属于其“分支部分”，具体施工设计中，针对不同的用气设备参数选择气源。而对于石化装置产生的蒸汽则根据情况实行装置内自产自销，多余的部分并入系统管网，提供给其他用户使用。

2 石化装置蒸汽管网优化节能措施

石化产业本身所具有的巨大资源消耗型是促使其进行优化节能的重要外因，具体到石化装置层面，主要包括来源、用途、使用三个切入点，基本可以实现资源节约、循环利用的全部需求。笔者根据本企业石化装置蒸汽管网的现状，从装置自产、中压和低压三个层面展开具体讨论。

2.1 装置自产汽的优化节能措施

装置自产的蒸汽，与装置类型及其工艺流程密切相关，主要来源于余热回收。如采用余热锅炉，本身就是对能量的回收利用，是一种重要的节能手段。随着技术的成熟，优化工艺流程，能达到更多的节能效果。例如利用优化反应釜温度，采用“一炉一案”控制裂解炉出口温度，减少排污，提高对流段热负荷等措施，有效提高了自产蒸汽量。采用产汽做“加法”通过自产提高自产蒸汽，自产自销，从而降低从管网（热电厂提供）获取的蒸汽量，甚至能输送气源至管网中，为其他装置提供蒸汽。

采用先进的DCS监控技术，对工艺操作参数进行监控研究，根据负荷变化及时调节压缩机转数和抽气阀门开度。从压缩机负荷调整及抽气率入手，通过提高汽轮机的功率和抽气/凝液比，减少了该系统蒸汽使用量。结合生产实际，对塔釜和反应器进行个性化调优，以进一步降低蒸汽消耗。采用耗汽做“减法”，进一步降低蒸汽消耗。

除此之外，还有乏汽回收等节能措施在装置生产中被使用。另外装置中有些不适合自发蒸汽的废热，还可以采用溴化锂吸收式冷热水，制备冷冻水。一方面可以满足生产中对冷冻水的需求：如某些工艺需要，或者产品罐保冷。另一方面也能为生产管理办公区域提供制冷源（热源）。对于南京这类冬冷夏热的区域，非常适用。既能能量回收利用，又能满足人体舒适度及某些设备的温湿度要求。也能达到减汽的目的。

综上所述，装置的自产汽还是有比较大的优化节能潜力，只不过这与工艺生产密切相关，必须从生产中总结发现。

2.2 中压蒸汽管网优化节能措施

从“热功联产”的角度出发展开优化节能设计，中压蒸汽管网中的蒸汽来源主要是蒸汽透平抽汽及蒸汽锅炉提供。蒸汽进入中压管网系统之后能够为等量级的石化装置所使用，综合考虑，针对本蒸汽管网系统企业选择了抽凝式透平机组，以充分发挥热力、动力符合平衡的需要，并确保在较大范围内的自由调整。同时，抽凝式透平机组还具有操作便捷的特点，对于企业内部三级联动的蒸汽压力管网管理具有积极作用。另外，近年来也对蒸汽锅炉进行了优化改造，通过锅炉烟气余热回收、给煤装置改造、炉膛内壁喷涂节能涂料、燃烧系统改造、炉拱改造、锅炉辅机节能改造等技术方式提高燃烧锅炉的热效率问题。

同时，对于中压蒸汽管网而言，蒸汽透平的运行状况会产生直接影响，设备装置运行过程当中一旦蒸汽透平运行不稳定，势必造成中压蒸汽管网的压力波动，从而发生共振、震动，造成石化设备生产的潜在危险。基于以上分析，具有快开功能的减压减温装置必不可少。它可以避免由于抽汽不足或者透平机运行不稳定造成的故障，确保压力调节阀在最短时间内打开（1秒），随后高压蒸汽可以快速进行补充，弥补中压管网中的压力恒定缺陷。

蒸汽管网输入减温减压装置这一体系仍十分重要，在进行设备应用优化的过程中，部分位置采取了分体式控制，即采用两个调节阀形成双保险机制，其中一个用来实现压缩机透平抽汽的流量服务，另外一个则备用，避免该环节发生故障之后整个生产陷入停产状态。同时还设有低压减温减压器，作为事故备用供气通道。但是需要注意的是，减温减压器主要是用来保证系统稳定运行。它本身不仅不节能，而且还存在很大的能量浪费。因此保证采用合适的压力等级非常重要，避免大范围采用高压蒸汽减温至中压蒸汽参数供中压用气用户使用。

2.3 低压蒸汽管网优化节能措施

低压蒸汽管网的压力值维持在1.0MPa，由于蒸汽品位较低，所以在做功方面能力较差，主要实现的是热度利用效应。低压蒸汽管网不适合用来作为动力源，但可以作为石化生产中的伴热供应和厂区采暖。其优化主要为：蒸汽源头处、蒸汽输送管网、蒸汽使用分配。

对于蒸汽源头，指低压蒸汽来源。低压蒸汽主要来源为蒸汽锅炉，也有工艺生产过程中产生的低压蒸汽（余热回收、闪蒸等）。充分利用余热回收等节能措施产生的低压蒸汽，能达到比较好的节能效果。另外，对锅炉进行优化改造，采用热效率高的锅炉，也是必不可少的节能手段。

对于蒸汽输送管网，良好的保温、合理的供汽半径，能减少冷凝水的产生及热损，保证蒸汽参数。避免跑、漏、滴现象，对节能十分重要。特别目前产区内部分蒸汽采暖或伴热，由于量小常不回收凝结水，不节能。除非核算后回收代价过大的，都应该进行凝结水回收。不能回收的，也应充分利用热量，不应直接排放。

合理分配平衡低压蒸汽，也能达到巨大的节能效果。如采吸收式冷热水机作为采暖热源，辅以装置乏汽回收或者闪蒸罐中得出的低压蒸汽作为辅助热源，为产区提供采暖水及生活热水。又如，一些需要蒸汽伴热的管线，伴热后其凝结水温度通常都能再作为采暖水热源。可以将凝结水集中后采暖完毕后再回收处理。

结合以上分析，石化装置蒸汽管网的优化节能设计应该因地制宜，提出具有针对性的解决方案，按照“先整体、后局部、先生产、后服务”的原则展开，其节能优化的切入点主要是热能、电能和做功三个方面。实践表明，最大效率的节能领域并不是高压蒸汽管网，而是低压蒸汽管网，即通过尽可能多地收集低品位蒸汽资源，以热源为基础展开重复、循环利用，才能够实现优质的节能降耗目的。

3 结束语

综上所述，“十三五”期间我国整体推进传统产业结构转型升级的过程中，石化产业作为重要的“两高一剩”治理对象，必须做好节能优化，一方面可以有效地节约经济成本、提高生产效益，另一方面，通过石化系统的优化，可以确保稳定可靠的运转，降低安全风险，促进我国石化产业向更高层次迈进。

［1］冯 发.石化区蒸汽管网优化分析及对策［J］.石油石化节能与减排，2012（2）：21-26.

［2］阮海燕.石化区蒸汽系统运行分析及优化［J］.石油石化节能与减排，2015（3）：17-20.

［3］游夏竹，杜文莉，赵 亮，等.乙烯装置蒸汽管网用能配置与实时优化［J］.石化学报，2013（2）：641-648.

［4］戴 立.石化装置蒸汽管网的优化和节能技术应用［J］.化肥设计，2016（3）：49-51.

Optimization of steam pipe network and application of energy saving tecһnology in petrocһemical plant

Zһao Na
（Nanjing JinLing Petrocһemical Engineering Co.，Ltd.，Nanjing 210042，Cһina）

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赵娜（1983— ），女，云南保山人，设计工程师；研究方向：热能工程。