利用饱和塔给水回收低压蒸汽的效果分析

刘秀红

摘 要：本文介绍了大型天然气制甲醇装置低压蒸汽的回收方式，分析了回收后的产生效果和故障时的影响及处理方法，比较完善地解决了甲醇装置低压蒸汽富裕放空的问题。

关键词：回收蒸汽;节能降耗;水碳比

1 现状简介

目前一些大型單套天然气制甲醇装置，由于其装置设置独立，无其他相关联装置与其配套使用，因此在高负荷运行情况下，末级低压蒸汽存在富裕的情况，没有其他用户，直接大量放空，既增加了装置能耗，又浪费了水资源。从关联工艺流程中考虑，在含有饱和塔转化工艺流程中，对饱和塔循环水补水加热过程进行适当改进和调整，将富裕的低压蒸汽用于饱和塔补水预加热，使其进入饱和塔前温度提高，从而提高补水的热量，该方式不仅提高了低压蒸汽的热能利用率，也解决低压蒸汽放空损失的问题。

2 方案简介

本方案以某大型天然气制甲醇装置为例，装置在90%负荷运行中，其过热低压蒸汽的压力0.3MPaG，温度186.35℃，放空量约1.2t/h。考虑到饱和塔补水温度不高，饱和塔补水包含工艺冷凝液（流量约50t/h，温度100℃）、精馏系统回收塔塔底水（流量23t/h，温度113℃）、以及精馏系统杂醇油（流量2.5t/h，温度80℃）。其中工艺冷凝液和精馏系统回收塔塔底水最终汇合后从饱和塔塔底进入，总流量较大，精馏系统杂醇油从饱和塔中部单独进入流量较小。

综合考虑，为了最为合理的利用富裕过热低压蒸汽，可以在工艺冷凝液和精馏系统回收塔塔底水补水汇总管位置增设一台饱和塔给水预热器，利用富裕过热低压蒸汽提高补水温度后进入饱和塔。同时结合开停车工况和异常情况，以及装置不同负荷运行情况，在装置正常开停车过程中，新增预热器是否投用不影响整体操作;在异常情况下，如：新增预热器泄漏等，需要将预热器及时停用并切出交付检修;另外在装置低负荷运行时，低压蒸汽并没有富裕量，新增预热器无需投用，工艺冷凝液和精馏系统回收塔塔底水按照原设计直接进入饱和塔。因此在设计增加饱和塔给水预热器工艺流程时，需要在预热器水侧和蒸汽侧分别设置进出口切断阀和旁路阀门，以及排尽导淋阀，阀门全部选用闸阀。考虑到预热器流通介质并无特别苛刻的化学腐蚀性质，预热器材质选用一般的碳钢材料即可。换热器给水侧出口设置取样口，便于分析故障原因。

3 相关计算

按照上述流程进行改造后，其具体的热量利用效果计算如下：

3.1 数据采集

计算使用的相关参数取自该装置90%负荷运行工况数据：低压蒸汽按照放空阀开度，以及根据《控制阀规格明细表》，该阀流量特性是线性的，得到放空蒸汽大约为1.2t/h。过热低压蒸汽温度186.35℃采用远传温度显示，饱和塔出口温度193.38℃为远传温度显示，蒸汽冷凝液温度114.63℃为新增换热器换热后预估冷凝温度。

3.2 饱和塔补水热量增加量

设新增换热器换热效率为0.97，查得186.35℃的低压蒸汽比焓为2833.54kJ/kg，114.63℃冷凝液的比焓为480.984kJ/kg;饱和塔补水热量增加量：

Q=DLS（h1-h2）×0.97=1.2×103×（2833.54-480.98）×0.97=2273.68×103kJ/h式中：DLS-放空低压蒸汽流量（t/h）;h1-低压蒸汽比焓（kJ/kg）;h2-冷凝液的比焓（kJ/kg）。

3.3 饱和塔自产蒸汽增加量

由饱和塔出口蒸汽温度193.38℃，查得蒸汽比焓为2787.75kJ/kg。可以近似认为改造前后饱和塔带出的蒸汽比焓不变，因饱和塔内部热交换是相对平衡的过程，根据能量守恒原理，饱和塔出口增加的热量等于进水增加的热量，计算饱和塔带出的水蒸气增量D。

D=Q/h3=2273.68×103/2787.75=815.6kg/h式中：h3-饱和塔带出蒸汽的比焓（kJ/kg）。

3.4 利润计算

装置按照90%负荷运行，年运行时间按照8000h计算，低压蒸汽价格按照100元/t计算。

年节约低压蒸汽费用=1.2t/h×100元/t×8000h=960000元

3.5 故障影响计算

饱和塔自产的水蒸汽量与转化炉总水碳比关系密切，必须考虑改造后如果富裕低压蒸汽回收设备（新增换热器）故障时对水碳比的影响有多大，为故障发生时采取何种补救措施提供依据。按照装置满负荷工况下的运行数据可得（所有数据均采集远传仪表显示）：进转化炉原料气流总量为66234.7Nm3/h，合成单元返氢气流量为2233.43Nm3/h，饱和塔带出水蒸气量83640.49Nm3/h预转化炉前后工艺蒸汽分别为64.17t/h、8.98t/h。

3.5.1 新增换热器正常投用时的水碳比

原料天然气流量=原料气流总量-返氢气流量，即原料天然气流量=66234.7-2233.43=64001.27Nm3/h

天然气中C的量：

kmol/h

反氢气中C的量：

kmol/h

总碳量：2837.48+35.74=2873.22kmol;总水蒸汽量：83640.49/22.4+（64.17+8.98）×103/18=7797.84kmol/h，则水碳比为：7797.84/2873.22=2.71。

3.5.2 新增换热器故障时的水碳比

故障时总水蒸汽量：7797.84-815.6/18=7752.53kmol/h，水碳比：7752.53/2873.22=2.70。

4 操作控制

按照上述流程设置和相关计算，装置正常运行期间，新增预热器故障时，首先将旁路缓慢全部打开，再关闭进出口阀门，在打开旁路阀门和关闭进出口阀门的过程中，必须注意控制工艺冷凝液和精馏系统回收塔塔底水流量控制阀门，使进入饱和塔的总流量保持恒定。同时由于预热器切出停止供热，按照计算结果可知，饱和塔的带出蒸汽量会相应的减少，这时必须及时补充工艺蒸汽以满足转化炉原有水碳比，最大限度的降低预热器投用和切出对系统的影响。预热器工艺水侧完全切出后，应及时将蒸汽侧切出，过程中要控制好低压蒸汽的放空阀门，确保低压力恒定。待水侧和蒸汽侧均切出后，可分别打开各自的排尽导淋，将系统排放干净便于检修。当装置需要降低负荷运行时，降负荷过程中低压蒸汽将逐渐没有富裕量，这种情况，可以先按照预热器故障时的操作步骤，预先将其切出，避免在完全无富裕低压蒸汽时紧急处理。

5 改造后的效果

从上述流程设置、计算结果、以及操作控制可以看出，本改造项目的投资不高，通过改造，装置在回收1.2t/h富裕过热低压蒸汽时，饱和塔带出蒸汽量可以增加815.6kg，意味着可以节省相应用量的工艺蒸汽。而且操作控制简单，对原有装置不会造成严重后果。

6 结论

在甲醇装置90%负荷下，饱和塔进水回收低压蒸汽后，可以节省中压蒸汽815.6kg/h，并且减少1.2t/h的蒸汽放空损失。年节约年节约费用约96万元，如果装置负荷更高，经济效益将更加明显。并且一旦低压蒸汽故障，对水碳比的影响不是很大，需要采取的措施为及时增加工艺蒸汽815.6kg/h即可。

参考文献：

[1]陈心志，蔡振云.化工热力学（第三版）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] GB3102.8-1993.物理化学和分子物理学的量和单位[S].北京：国家技术监督局，1993.