中国石化炼厂蒸汽管网运行现状分析

郭 土，胡 丞，张 伟

中国石化炼厂蒸汽管网运行现状分析

郭 土，胡 丞，张 伟

（中国石油化工股份有限公司 抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 113001）

炼厂蒸汽是影响全厂能耗的重要因素，大型炼厂蒸汽消耗巨大，是节能降耗工作的重点。针对炼厂雨天蒸汽用量增加的情况，对蒸汽管网长度、晴雨天蒸汽用量情况及管网散热情况进行了汇总分析；得出雨天蒸汽消耗增加的原因；提出了三方面的优化建议，指导炼油企业提高蒸汽管网运行水平。

炼厂；蒸汽管网；保温

蒸汽是生产过程中的重要的工艺物流，优点是安全、便于传输、热容量大、无污染、价格低，因此被广泛应用在发电、炼油、化工、钢铁、供暖等工业生产及民用领域[1-4]。蒸汽是炼厂公用工程中的主要用能部分，并且在全场能耗中的占比很大，是仅次于燃料消耗的第二大用能消耗[5]。大型炼厂的蒸汽动力系统是十分复杂、巨大的，如何将蒸汽设备的运行达到最优，合理的产汽、输汽、用汽是实现炼油企业节能降耗的重要途径之一[6]。石化企业蒸汽动力系统由产汽、输汽、用汽、凝结水回收等几个环节组成，涉及锅炉、汽机、透平、蒸汽加热设备、蒸汽管网、机泵、表面冷凝器、抽真空、雾化等相关设备。蒸汽动力系统是炼厂公用工程的核心部分，所承担的任务及责任也越来越重要[7]。

1 概述

蒸汽管网是石化企业中的重要热力设备，作用是降低蒸汽品质损耗，确保蒸汽能够安全、稳定的送到工艺用汽装置。实际生产过程中，正常工况和雨天、冬季工况下，蒸汽输送在品质和数量上有较大差别，雨天、冬季工况下部分蒸汽管道输送到装置内的蒸汽品质有所降低，输送量增加。为明确蒸汽管网保温散热情况及蒸汽消耗增加的原因，中国石化炼油事业部组织抚顺石油化工研究院开展了蒸汽管网优化专项调研工作。

通过函调表的形式统计各企业蒸汽系统晴天、雨天/冬季实际运行参数，分析晴天、雨天蒸汽耗量、蒸汽品质改变的原因，找出蒸汽管网运行存在的问题。函调内容包含：（1）企业蒸汽管网整体情况，包括管线名称、管径、长度、蒸汽流量、流速、温度、压力、环境温度、管线表面温度、是否使用绝热管托以及对应的用汽装置；（2）中压和低压蒸汽管网运行情况，包括正常工况及雨天、冬季工况下，产汽装置产汽温度、压力和流量、管径等，耗汽装置进装置蒸汽的流量、温度、压力以及管径等。

2 函调数据汇总分析

2.1 管线长度

根据调函汇总，27家企业中压蒸汽管线总长度超过200 km，其中中原无中压管网。不同规模类型的炼厂中压蒸汽管网规模差别较大，中压蒸汽管线规模较大的企业能够达到20 km，蒸汽管线规模较小的企业总长度不到1 km。

28家企业低压蒸汽管线总长度近400 km。其中，低压蒸汽管网规模最大的企业管线总长度超过40 km，低压蒸汽管网规模最小的企业管线长度不到3 km。

2.2 蒸汽耗量

正常工况下，27家企业中压蒸汽用量超过6 000 t/h，雨天中压蒸汽耗量增加274 t/h（雨天数据缺失的企业默认耗汽量与晴天耗汽量相同，下同）。绝对增量方面，某炼厂雨天中压蒸汽用量增加量最大，达到69 t/h。相对增量方面，某炼厂雨天用汽量增加51%。

正常工况下，28家企业低压蒸汽用量近5 000 t/h，雨天低压蒸汽耗量增加271 t/h。绝对增量方面，某石化企业雨天低压蒸汽用量增加量最大，达到77 t/h。相对增量方面，某石化企业雨天用汽量增加60%。

2.3 管网散热

函调统计，3家单位中压蒸汽管网没有雨天蒸汽产、用数据，中原石化总厂没有中压管网。低压蒸汽管网方面。两家企业晴雨天蒸汽温度、压力相等，无法计算晴雨天的散热损失差别。因此，未将上述5家企业列入保温情况计算范围。管网散热量根据管网进出口蒸汽参数焓差计算得出，为实际散热量，较理论计算及热流量计测量后的计算值要准确。一般认为，蒸汽管线雨天散热量与晴天散热量之比在1到1.5之内表明蒸汽管线保温情况良好。

23家企业正常工况（晴天，下同）下中压蒸汽管网总散热量超过300 GJ/h，雨天时增加散热量为33 GJ/h，增加的散热量折合中压蒸汽10 t/h（中压蒸汽散热量折合成蒸汽量时按400 ℃，4.0 MPa蒸汽计算，下同），总散热比1.1。其中有两家企业全厂雨天散热量与晴天散热量之比大于1.5。

23家企业正常工况下，低压蒸汽管网总散热量为300 GJ/h，雨天增加散热量为74 GJ/h，折合低压蒸汽超过20 t/h（低压蒸汽散热量折合成蒸汽量时按1.0 MPa，300 ℃蒸汽计算，下同），总散热比1.25。其中有六家企业全厂雨天散热量与晴天散热量之比大于1.5。

从管网散热损失及雨天散热量与晴天散热量之比来看，低压蒸汽管网雨天耗量增加较多，保温情况不达标的企业涉及较多，而中压蒸汽管网整体保温情况较好，只有两家企业不达标。

3 晴、雨天蒸汽消耗差分析

3.1 蒸汽消耗影响因素

晴、雨天，冬、夏季用汽装置蒸汽品质及用汽量会发生变化，原因有两方面，一方面是雨天及冬季管网散热增加，装置界区蒸汽参数变化，蒸汽质量降低引起的用汽量的增加，另一方面是装置用汽需求增加，主要是装置内部相关设备或管道雨天及冬季散热损失增大，导致装置用汽需求增加。具体原因如下：

（1）管线保温施工质量欠佳

部分管线在保温施工中质量不达标，比较常见的情况是保温材料外壳纵向缝隙分布在管线水平中心线上方，外壳缝隙间隙过大，浆料未充分填满缝隙，导致雨天雨水的渗入使得保温效果剧烈降低[8]。

对于一条公称直径300 mm、保温层厚度200 mm、管内蒸汽温度400 ℃时的蒸汽管线，经过测算可知裸管散热量是增加保温后管线散热的31.5倍；对于增加保温后的蒸汽管线，一个5 mm的缝隙会使散热量在保温完好的基础上增加7%。

（2）保温材料破损，散热损失超标

蒸汽管网保温保温材料使用多年，导致管线保温层外表材料破损的地方较多、接缝开裂及局部管线裸露在外；调研发现长期使用还会导致保温材料出现下沉塌陷、上薄下厚的情况，这样会造成保温层的上表面温度偏高从而使得整体保温效果变差；使用的保温材料及采用的保温结构比较单一，缺少有效的防水措施，保温材料一旦浸水会使热损失成倍的增加[9]。

（3）非绝热管托散热损失大

调研发现部分蒸汽管线没有采用绝热管托，有些管托直接焊接在管线外壁上，管托底部没有进行保温处理；由相应的软件模拟可知，如果蒸汽管线全部采用非绝热管托则相当于整条蒸汽管线裸露一到两个百分点，造成不必要的热量损失。

（4）阀门及法兰保温效果差

现场部分阀门的保温层效果不理想，部分与设备连接处的法兰缺少异型保温，造成散热损失超标。

根据相关测算，每个保温完好的阀门散热损失只有裸露阀门散热损失的三分之一，而每对保温完好的法兰散热损失只有裸露法兰散热损失的十分之一。

（5）工艺装置的设备及罐区保温工作不好，冬季及雨天散热损失增加

部分装置塔器、换热器、管道等设备保温不好，冬天及雨天散热损失增加明显；部分企业罐区保温效果差、缺少必要的维护措施，造成雨天消耗蒸汽量较多。

（6）蒸汽管线管径同蒸汽流量不匹配

部分蒸汽管线管径相对较大，输送蒸汽量偏少，这样由于管内蒸汽流速偏低，蒸汽温度降低较大，造成末端蒸汽品质下降严重，部分低压蒸汽管线甚至会有凝结水产生，不但影响了装置用汽品质还威胁到蒸汽管网的安全运行。

3.2 晴、雨天用汽量比较

28家企业汇总分析，雨天条件下，有10家企业的部分炼油装置低压蒸汽用量增加较大，另有两家企业外销低压蒸汽量增加较多。装置低压蒸汽用量增加情况如表1所示。

表1 部分炼油装置低压蒸汽用量增加情况

4 优化建议

晴、雨天，冬、夏季装置蒸汽用量的波动主要是由于输送管网保温效果不佳、装置内部相关设备或管道散热损失增大、输送管道与蒸汽用量不匹配等原因造成。针对散热损失增加原因，提出以下三方面建议。

4.1 蒸汽管网保温改造

装置边界正常温度偏低，晴雨天散热量剧增，主要是蒸汽管网保温效果不好引起，应进行保温改造或更换。如

某企业柴油加氢装置使用3.5 MPa中压蒸汽17.6 t/h，在正常天气条件下，装置入口蒸汽温度为378 ℃，压力为3.4 MPa。在雨天情况下，温度下降到353 ℃，压力不变，用汽量增加到17.9 t/h。对比晴、雨天情况下的产汽品质，晴天平均产汽温度为438 ℃，雨天平均产汽温度为431 ℃，产汽品质变化不大，但雨天装置入口温度下降较大，为25 ℃。可以认为，柴油加氢装置雨天蒸汽入口温度下降的主要原因是管网散热量增加导致的。

建议更换该条管线保温。管线全长200 m，直径DN400。投资约为16万元。进重整装置的蒸汽温度为425 ℃，更换保温后，进柴油加氢装置蒸汽可以提高40 ℃，可减少散热量2.9 GJ/h，全年减少散热量折合4 MPa、400 ℃中压蒸汽0.7万t。

4.2 装置保温整改更换

晴雨及冬夏天，装置界区蒸汽参数变化不大，装置用汽量大幅度增加，主要是装置区工艺管线或设备保温不好导致用汽需求增加，需做好工艺管线或设备保温。如

某炼油厂加氢裂化装置使用3.5 MPa中压蒸汽35 t/h。在正常天气条件下，装置蒸汽入口温度329 ℃，压力3.58 MPa，焓值3 051 kJ/kg。在雨天情况下，入口温度上升到356 ℃，压力为3.47 MPa，焓值为3120 kJ/kg，用汽量为42 t/h。对比晴、雨天情况下装置用汽量和用汽品质发现，在雨天情况下，装置入口蒸汽温度和焓值均有所提高，但用汽量增加20%，主要原因是装置内部设备和管线保温不好，导致雨天情况下装置用汽量增加。

建议排查装置内部保温情况，更换保温效果不佳的保温层。

4.3 蒸汽管线管径优化

正常情况下，装置界区蒸汽边界温度低，流量上升后，蒸汽温度上升，一般情况都是蒸汽管线管径过大，蒸汽流速过低引起，也可通过流量计算复核验证。对于蒸汽流速过低引起的蒸汽质量低，可通过蒸汽管网优化运行解决，包括停用蒸汽管网，更换管线管径等。如：

某炼化企业连续重整装置使用3.5 MPa中压蒸汽7.2 t/h，正常天气条件下，装置入口蒸气温度为387 ℃，压力为3.38 MPa。在雨天条件下，入口温度为385 ℃，压力为3.35 MPa，用汽量为7.4 t/h。晴天全厂中压产汽平均温度为439.6℃，雨天为439.2 ℃。对比晴、雨天蒸汽产、用情况发现，产汽品质变化不大，装置蒸汽入口温度下降较小，说明管线保温情况较好。但是相比于平均产汽温度，装置入口蒸汽温度较低，相差约52 ℃。该条管线从焦化装置至连续重整装置，全长400 m，管径DN250，蒸汽进焦化装置温度为422 ℃，进连续重整装置温度为385 ℃。蒸汽温度下降较大的原因是蒸汽在该条管线中的流速过低，仅为3.7 m/s，远低于经济流速，造成蒸汽进连续重整装置的温度过低。

建议对2#焦化至连续重整管线进行优化，合理匹配管径与蒸汽流量，使蒸汽在管道中的流速处在合理范围内。

5 结论

本文为明确中国石化下属炼厂蒸汽管网保温散热情况及雨天蒸汽消耗增加的原因，对蒸汽管网长度、晴雨天蒸汽用量情况及管网散热情况进行了汇总分析；得出了雨天蒸汽消耗增加的原因；提出了三方面的优化建议，对炼油企业提高蒸汽管网运行水平具有良好的指导意义。

［1］ 姚庆.大连石化蒸汽管网热损分析与研究[D].中国石油大学（华东），2007：4.

［2］ 高海霞.蒸汽管网系统能耗分析及节能建议[J].甘肃冶金，2012，34（5）：123.

［3］ 曹雁青，陈志奎.用于蒸汽管网系统的严格在线模拟与智能监测技术[J].计算机与应用化学，2006,23（10）：923-930.

［4］ 曹雁青，陈志奎.严格在线模拟与智能监测技术成功用于蒸汽管网系统[J].数字石油与化工，2006,9：23-34.

［5］ 卢鹏飞，黄小平.国外炼油厂蒸汽系统节能分析[J].石油石化节能与减排，2011,1（7）：20.

［6］ 苏华，杨林.蒸汽管网优化系统应用[J].石油石化节能与减排，2015,15（6）：20-25.

［7］ 王春峰，姜继伟，等.大型炼化企业蒸汽系统的设计方案[J].当代化工，2012,41（11）：1219.

［8］ 石大营.热力管线散热损失分析及降损措施[J].化工进展，2009,28（增刊）：411-414.

［9］王兆元.输汽管线能量损失分析及保温层优选[D].中国石油大学（华东），2007：1-4.

Analysis on the Operation of Steam Pipe Network in a Sinopec Refinery

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(Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemical, Sinopec, Liaoning Fushun 113001,China)

Steam is an important factor affecting the energy consumption of refinery, refinery's steam consumption is huge, is the focus of energy saving. In the light of the increase of refinery's steam consumption in rainy days, the length of steam pipe network, amount of steam consumption in rainy days and sunny days, heat dissipation of the pipe network were summarized and analyzed. The reasons causing the increase of steam consumption in rainy days were determined. Three optimization suggestions were put forward to improve the operation level of steam pipeline network in refining enterprises.

Refinery;Steam pipe network; Heat preservation

TQ460.32

A

1671-0460（2017）10-2145-04

中石化总部课题，项目号：CLY16063。

2017-08-14

郭土（1986-），男，山东滨州市人，助理工程师，硕士，2014年毕业于辽宁石油化工大学热能工程专业，研究方向：从事炼厂节能技术工作。E-mail：guotu.fshy@sinopec.com。