蒸汽及冷凝水回收系统优化改造

2021-02-23王学锋张自超

中国氯碱 2021年2期

王学锋，张自超

（万华化学（宁波）氯碱有限公司，浙江宁波315812）

蒸汽作为最常见的公用工程之一，在氯碱生产过程中被广泛应用。随着装置产能的不断提升，万华化学（宁波）氯碱有限公司（以下简称“万华宁波氯碱”）冬季最大蒸汽用量为35 t/h，其中主要用于48%碱蒸发装置、二次盐水换热、液氯汽化装置以及伴热管线使用。

蒸汽供应来源有三处，一是来自万华热电有限公司，压力1.0 MPa，温度280 ℃，二是来自依托园区副产蒸汽，压力1.0 MPa，温度180 ℃，三是来自该公司盐酸装置副产，压力0.3 MPa，温度150 ℃。

1 现状分析

近年来随着该公司工艺装置的不断优化变更，蒸汽管网系统存在较为严重的能源浪费现象，具体分析如下。

1.1 管线冗余蒸汽质量差

由于生产装置的不断优化，部分蒸汽管线已停用，个别蒸汽管线缺少区域总阀，夏季高温天气蒸汽停用后无法及时关闭总阀，导致管网内蒸汽品质下降，热量损失量较大，且在管网负荷变动的情况下，管网内蒸汽平衡能力较差。由于管线冗余，管线末端压力较低，无法满足生产需要。蒸汽来源较多且进厂界总阀分别位于烧碱、氯氢两个车间，开停车蒸汽暖管步骤复杂，给人员操作带来了很大的不便。

1.2 疏水阀故障，蒸汽损耗大

根据检测结果显示，现场共检测在用蒸汽疏水阀总计40 个，其中正常运行25 个（占比62%），排过冷水或异常4 个（占比约10%），损坏/泄漏11 个（占比约28%）。疏水阀组故障后导致凝结水排放不畅，造成换热设备积水严重从而降低了换热效果。同时，疏水阀组存在漏气现象，新鲜蒸汽直接排放，造成蒸汽损失。

1.3 蒸汽冷凝水利用率低

伴随着该公司节能意识的不断增强，蒸汽冷凝水作为品质较高的副产水资源，回收利用不断得到人们的重视。区域内只有少部分蒸汽冷凝水排进厂区清污分流系统，大部分蒸汽冷凝水就地排放，没有有效收集，损失了客观的经济收益。不同的压力下蒸汽产生的冷凝水所含的热量不同（一般在60 ℃，有的甚至可以达到90 ℃），蒸汽压力越高，蒸汽冷凝水所含的热量越大。根据统计显示，冷凝水的热量可达到总的热量的15%～30%。万华氯碱厂区内有45 组左右的蒸汽疏水阀组，且蒸汽疏水阀组位置不规律，部分水资源已回收，余热资源回收可能较小，但剩余蒸汽疏水阀组仍有较高的水资源回收价值。

1.4 计量存在偏差，蒸汽用量无法平衡

因该公司使用蒸汽的来源较多，蒸汽质量存在差异，主要区别在于饱和蒸汽和过热蒸汽，各区域使用的蒸汽流量计多为孔板流量计，存在流量计参数设计、选型问题以及缺少温度和压力补偿的问题，流量计显示数值不准确对平衡结算造成很大的影响。

1.5 蒸汽使用单位蒸汽流量波动大

液氯汽化器使用蒸汽量5.5 t/h，开车后需要在汽化器桶内加满热水，开启汽化器进蒸汽阀门，待蒸汽管线暖管结束后通过DCS 调节阀调节蒸汽的加入量。操作人员在正常操作过程中需要时刻关注汽化器内氯气压力、温度变化，以及汽化器出口氯气压力和温度，特别是在外送氯气流量发生变化的情况下，容易引起汽化器内温度的变化，人员干预有偏差时会导致控制难度加大，并且当大幅度的调节汽化器温度时，会导致蒸汽管网压力波动，影响其他工段正常的蒸汽使用。

2 改进措施

对各装置蒸汽使用情况进行了重新分析，整体规划设计，重点解决管线冗余，回收主管廊蒸汽冷凝水，既要减少蒸汽的数量损失，提高蒸汽品质，又要建立蒸汽冷凝水回收系统，达到节能的目的。

2.1 改造前工艺流程

来自园区副产饱和蒸汽，经过减压，分为两路蒸汽分别为0.7 MPa、180 ℃蒸汽和0.3 MPa、140 ℃蒸汽，同时来自万华热电过热蒸汽减温减压为0.7 MPa、180 ℃蒸汽和0.3 MPa、140 ℃蒸汽，因万华热电所产蒸汽为过热蒸汽，因此在完成减压操作后，为降低蒸汽温度，增加了减温器，降低蒸汽温度，最后盐酸合成炉也副产了0.3MPa、140℃的蒸汽，这三路蒸汽是万华宁波氯碱蒸汽的主要来源，产区内蒸汽有0.3 MPa蒸汽管网和0.7 MPa 蒸汽管网，蒸汽的使用主要集中在48%碱蒸发、液氯汽化器加热、二次盐水换热、氯酸盐分解装置换热及公用工程用汽。

2.2 改造后工艺流程

万华宁波氯碱利用年度大修的机会，对蒸汽管线进行了改造，通过改造将原有的独立的两大蒸汽来源，园区蒸汽和万华热电蒸汽汇总在一起，先对蒸汽进行减压至0.7 MPa 再通过减温器对蒸汽进行减温，温度达到180 ℃左右后，用于48%碱蒸发装置使用，后续在对管网内0.7 MPa 蒸汽进行二次减压至0.3 MPa，温度基本控制在145 ℃左右，输送至0.3 MPa蒸汽管网供二次盐水换热、液氯汽化器加热、氯酸盐分解装置和公用工程使用。

2.3 改造情况

（1）取消部分管线，减少蒸汽损失

此次改造中，取消了区域内已经停用液氯事故塔区域停止使用的20 m 低压蒸汽管线，取消了万华副产蒸汽减压阀组，将万华副产蒸汽管线移位至万华热电蒸汽进口段，两路联通为一路，同时减压至0.7 MPa 后再连接低压减压阀组，将0.7 MPa 蒸汽减压至0.3 MPa 供液氯汽化区域以及二次盐水换热和部分公用工程使用。拆除旧汽化器装置停止使用的低压蒸汽管线，盐酸区域废弃管线等，总计拆除废弃管线50 m 左右。相比改造前管线，减少了管网的冗余，避免了不必要的蒸汽浪费。

（2）减少计量偏差，优化蒸汽流量计

此次大修，万华氯碱对各个区域缺失的蒸汽流量计根据使用的流量，核算当前的蒸汽管径，对流量计选型重新进行评估，安装了新的蒸汽流量计，便于后续的蒸汽平衡核算。现阶段全厂蒸汽使用的平衡图见图1。

（3）建立蒸汽冷凝水回收系统

本次改造，新增了DN80 的碳钢管道，将公共管廊附近的蒸汽输水阀组全部安置在主管廊蒸汽管道下层，与冷凝水回收管线连接，组成冷凝水回收系统，回收后的蒸汽冷凝水作为循环水补水使用。

改造完成验收使用阶段时，由于蒸汽管线水试漏时内部存水较多，暖管时需要关注，尽可能排空管道余水，避免蒸汽主管以及输水管线震动。

（4）新增汽化器APC 控制手段

为减少汽化器人为操作难度，提高装置稳定，同时减少汽化器负荷波动时对蒸汽总管的影响，万华宁波氯碱引进APC 过程控制系统，通过对汽化器运行过程中产生的大量实时数据、历史数据进行数据挖掘与分析，建立汽化器系统运行模型，利用系统模型进行多变量实时优化控制。

APC 投用后汽化器温度值持续控制在期望值附近，目前该期望值设定在55 ℃以上，该期望值由操作人员设定，减少了人员操作难度，同时稳定汽化器操作，降低汽化器出口的氯气压力、温度波动的20%实现液氯汽化器的卡边控制，降低汽化器出口氯气温度2 ℃，实现汽化器自动负荷控制，降低操作人员工作量。