大型炼化项目配套动力站供热可靠性探讨

2017-10-12郭小丹

化工设计通讯 2017年9期

关键词：全厂供热管网

郭小丹

（中国寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

大型炼化项目配套动力站供热可靠性探讨

郭小丹

（中国寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

针对大型炼化项目蒸汽系统复杂，同时需保证供热安全可靠性的要求，以某大型炼化一体化项目为例，对其配套动力站的供热可靠性进行论述和探讨。

蒸汽系统；动力站；供热可靠性

Abstract：In view of the complexity of the steam system in large-scale refinery projects and the need to ensure the safety and reliability of heating，a large-scale refinery and chemical integration project is taken as an example to discuss and study the heating reliability of the supporting power station.

Key words：seam system；power station；heat supply reliability

大型炼化项目工艺装置多，蒸汽需求量大，全厂设置蒸汽管网为各工艺装置和辅助设施提供不同等级、连续稳定的蒸汽供使用。炼化项目通常设置配套动力站作为项目稳定的蒸汽来源，同时发电供项目使用。

项目各装置通过全厂各级蒸汽管网供应及消耗各种压力等级的蒸汽，如果全厂蒸汽管网压力波动太大，会导致装置无法稳定运行，因此动力站供热的安全可靠性显得尤重要。即使在工艺装置故障时仍需要维持各蒸汽管网的压力稳定，保证项目在各生产工况下均能正常稳定运行。

某项目是规划建设2 000 万t/a炼油及140 万t/a乙烯的大型炼化一体化项目。本文以该项目为例，对其配套动力站供热的可靠性进行探讨和研究。

1 蒸汽等级和用汽供需情况

根据全厂各工艺装置副产和使用蒸汽情况，结合动力站汽轮机热力特性，确定全厂性蒸汽管网等级见表1。

表1 全厂蒸汽管网等级

11.5MPa蒸汽主要来源为动力站锅炉，部分来自乙烯装置裂解炉产汽。主要用于驱动动力站汽轮发电机组和空分装置压缩机透平、乙烯装置裂解气压缩机透平和丙烯压缩机透平。

4.2MPa蒸汽来源于动力站汽轮机抽汽、乙烯装置压缩机透平抽汽，各工艺装置副产。主要供应煤焦制气装置、炼油装置、乙烯装置等驱动透平及装置换热用汽。

1.3MPa蒸汽来源于动力站汽轮机排汽、各装置工艺透平排汽或抽汽、各工艺装置副产。是动力站除氧器、各工艺装置的加热用汽来源，以及部分驱动透平的蒸汽来源。

0.5MPa蒸汽主要来源于煤焦制气装置变换废锅副产蒸汽，动力站汽轮机抽汽、部分工艺透平抽汽或排汽。该等级蒸汽主要用于各装置工艺加热、除氧器加热和系统管线伴热等。

在整个蒸汽管网系统中，设有必要的安全放空设施，在各压力等级蒸汽母管之间设置减温减压器，保证全厂蒸汽管网系统连续稳定运行，并在非正常运行工况和事故工况下，快速调节负荷，保证下游管网供汽的连续稳定。

2 全厂蒸汽平衡分析

针对各蒸汽用户的使用情况，以四种不同工况对全厂蒸汽平衡进行分析。其中工况一为炼油装置和化工装置同时正常运行的工况，工况四为催化装置故障再开工工况，是全厂蒸汽负荷最大的工况。该工况下催化裂化装置故障后再开工，此时催化装置余热锅炉副产的高压蒸汽尚未并入管网，而催化气压机透平投运，中压蒸汽用户正常负荷，同时考虑火炬用蒸汽量。各等级蒸汽在四种不同生产工况下的需求情况见表2。

表2 不同生产工况下的蒸汽需求量

3 动力站机组配置方案

动力站以“以热定电、热电联产、安全灵活”的基本原则进行机炉配置，建设规模定为6×480t/h 高温超高压煤粉炉＋2×CB50-11.9/4.9/1.7 抽汽背压式汽轮发电机组+CC50-11.9/4.9/0.9 双抽凝汽式汽轮发电机组。正常工况下，锅炉5台运行，1台备用，3台高压发电机组全部投入运行。

由于该项目超高压蒸汽、高压蒸汽主要用于驱动透平，应尽量减少蒸汽管网的压力波动。如果汽轮机组全采用抽背式，正常运行时热负荷遇到波动，背压机进汽、排汽量的变化影响对应等级蒸汽管网压力的稳定，进而影响工艺装置透平的安全稳定运行，动力站热负荷调节性能差，很难保证供热安全。另外动力站全部配置抽背式机组，在机炉调试阶段无法对外稳定供热时，所有背压排汽基本只能排空，噪音大且持续时间较长。基于以上考虑，动力站汽轮机组采用了抽凝机组和抽背机组相结合的方式，来满足动力站供热可靠性、灵活性的要求。

4 供热可靠性分析

正常运行动力站6 台锅炉处于5 用1 备状态，在分析锅炉故障停炉情况时，由于工况二、工况三运行时锅炉产汽量相对较低，锅炉富裕能力非常多，因此不作分析，只着重讨论分析运行时间最久的工况一、负荷需求量最大的工况四。

工况一（正常运行工况）需锅炉产出超高压蒸汽2120t/h，此时5 台锅炉负荷率约为88.3%，可见正常工况动力站锅炉5用1 备可以实现锅炉轮换检修的需求。当1 台锅炉停炉检修，另外1 台正在运行的锅炉故障停炉时，此时4 台锅炉额定蒸发量为1 920t/h，超发状态下4 台锅炉总产汽量可以达到2 110t/h，同时降低CC50机组发电量，减少CC50汽轮机进汽量，或者直接将CC50机组停运，通过对应设置的减温减压器来满足供热需求，同时停炉检修的备用锅炉及时开启，保证对外供热的可靠性。

当1 台锅炉停炉检修，另外2 台正在运行的锅炉故障停炉时，此时剩余3 台锅炉额定总蒸发量为1 440t/h，超发状态下锅炉总产汽可达1 585t/h，此时将CC50 机组停运，开启对应的各等级减温减压器，基本能保证80%的对外供热能力，需要部分化工装置适当减负荷。一般故障停炉有一定的时间过程，化工装置也有时间安排生产调度，所以发生此种事故工况也能保证安全生产。

项目正常运行时5 台锅炉在运行，1 台在检修备用，此时发生工况四（催化装置故障再开车工况），动力站CC50机组紧急甩全部负荷，外供蒸汽通过剩余汽轮机组和减温减压器来满足需求，此时需要锅炉产出的超高压蒸汽量为2 486t/h，此时5 台锅炉负荷率约为103.5%。可见正常运行时，如遇到催化装置故障之后再开车，5 台锅炉运行能够保证可靠供汽。如果情况更糟，同时又有1 台锅炉发生故障需要停炉，此时4 台锅炉运行，锅炉总产汽量为2 110t/h（锅炉超发），经蒸汽平衡计算，能提供约85%工况四的蒸汽量，需要部分化工装置适当减负荷，一般故障停炉有一定的时间过程，化工装置也有时间安排生产调度，所以发生此种叠加事故工况时，也能确保安全生产。

为了保证供热安全可靠，在各级蒸汽管网配置了数量众多的减温减压装置，无论在哪个运行工况，只要汽轮发电机组故障跳机，相应的减温减压装置就会自动开启，确保蒸汽管网的压力稳定，因此汽轮机的故障停机，不会影响供热的安全性。