大型煤化工项目蒸汽管网等级配置研究

化工项目的蒸汽系统一般指由蒸汽锅炉、工艺余热锅炉或其他蒸汽发生设备产生的蒸汽, 通过蒸汽管网送至各个生产装置, 用以加热工艺介质, 驱动各类压缩机、离心泵用的工业透平, 或作为工艺原料参与化学反应, 吹扫, 抽真空和采暖等。蒸汽系统的设计对装置运行和能耗都有很大影响, 而蒸汽管网等级参数的选择关系到全厂供热方案、配套动力站规模、锅炉汽轮机等主机的选型等。

某项目为大型煤炭分质清洁高效转化项目, 规划热解转化原煤1000万吨/年, 年产油品200万吨。该项目包括水煤浆气化、变换、低温甲醇洗、硫回收、费托合成、油品加工等工艺装置和公用工程辅助设施。本文以该项目为例, 对全厂蒸汽系统管网等级进行合理配置和研究。

1 蒸汽管网等级的确定原则

大型煤化工项目的全厂工艺物料种类繁杂, 大型转动设备驱动要求高, 对于加热蒸汽的规格要求也多种多样。面对多样的用能需求, 合理组合蒸汽管网等级, 合理匹配用能需求与供能之间的关系, 避免高能低用, 避免全厂蒸汽管网复杂化, 为运行提供便利条件等都是全厂蒸汽管网等级设计时需要遵循的原则。

2 蒸汽管网等级比选及确定

参考SH/T3117《石油化工设计热力工质消耗量计算方法》, 常规大型煤化工、石油化工项目通常设置4个蒸汽等级:

高压9.8~12.5MPa G, 510℃~540℃;中压3.5~4.2MPa G,

380℃~440℃;低压0.8~1.2MPa G, 190℃~280℃;低低压0.35~0.5MPa G, 饱和~220℃;

常规设置方案经过多年和多项目的实际运行和验证, 证明能够比较好的适应煤化工、石油化工项目的运行要求。按照蒸汽驱动设备的功率大小, 国内通常会选择高压 (9.8MPa G, 540℃) 和中压等级 (4.0MPa G, 400℃) 作为驱动用蒸汽等级, 低压和低低压等级主要作为除氧用蒸汽和加热用蒸汽的来源。以此为基础, 按照项目的特点进行调整和优化设置。

2.1 高压蒸汽管网参数的确定

高压等级蒸汽来源为配套动力站锅炉, 大功率转动设备和发电汽轮机组采用该等级蒸汽驱动。

常规煤化工、石油化工项目高压等级多采用9.8MPa G, 540℃的参数, 由于该项目规模大, 占地面积较大, 蒸汽管线输送距离长, 压力温度损失较大;且项目配套大型空分装置, 共配套8台空分, 空分透平单台功率约70MW。为保证空分透平的进汽压力[1], 同时便于蒸汽输送, 调整高压等级参数为11.5MPa G, 525℃, 锅炉出口压力设定为12.5MPa G, 540℃。相比常规参数而言, 提高高压管网的压力参数, 可减少透平进汽量, 降低全厂蒸汽消耗, 减少锅炉煤耗;且对于大量蒸汽的长距离输送, 提高压力有利于降低管径, 减少高等级管材的消耗量[1]。

锅炉蒸汽压力的提高, 并不是越高越好。由于高压蒸汽主要用于驱动透平, 在选择蒸汽参数时, 必须考虑通过透平尾部叶片的排汽中含湿量的影响, 压力升高到一定程度而温度不变, 就需要采用蒸汽再热, 系统就变得复杂, 例如国内13.7MPa G超高压蒸汽锅炉机组一般为再热机组。从国内三大主机制造厂家的咨询情况看, 各厂均有12.5MPa G等级锅炉及汽轮机的设计和运行业绩, 可满足优化后的参数要求。

2.2 中压蒸汽等级参数的确定

中压蒸汽大部分来源于动力站汽轮机的抽汽或背压排汽, 中压蒸汽也作为工艺装置驱动用蒸汽等级, 并根据工艺要求用作加热热源和反应原料。常规煤化工、石油化工项目多选取4.0~4.2MPa G的等级参数, 而该项目中压蒸汽约有118t/h稳定热负荷用作变换装置的反应原料, 变换装置的反应压力约为3.9MPa G, 常规的4.0~4.2MPa G蒸汽等级无法满足变换装置对蒸汽的压力要求, 因此将中压蒸汽等级调整为4.5MPa G, 420℃, 兼顾变换和其他用户的蒸汽需求。

2.3 低压蒸汽等级参数的确定

常规项目的低压蒸汽主要是工艺加热蒸汽和动力站的除氧用蒸汽, 参数多为0.8~1.2MPa G, 190℃~280℃。该项目费托合成装置中有近1500t/h的副产1.6MPa G饱和蒸汽, 副产蒸汽较多, 这部分的蒸汽降级使用是不合理的。如果为这部分蒸汽单独在低压蒸汽管网之上再设置一级管网, 由于参数相近, 用户较少, 造成投资浪费和管网复杂程度增加, 所以将1.6MPa G管网和常规1.0MPa G管网合并。考虑沿程阻力损失等情况, 低压蒸汽等级采用1.4MPa G, 温度200℃。

低低压蒸汽主要是作为加热蒸汽和装置内设置压力式除氧器的除氧蒸汽。低低压蒸汽等级采用常规参数0.5MPa G, 饱和温度159℃。为最大限度的回收工艺装置的余热, 低低压蒸汽的压力等级还可以考虑适当降低。

3 结语

随着化工项目装置规模大型化和工艺流程复杂性的不断提高, 对公用工程系统参数匹配的合理性提出更高要求。全厂蒸汽系统的参数不可一味按照传统经验和习惯选取, 因根据项目具体情况, 结合工艺装置用汽需求, 进行合理分析和优化, 有利于降低装置能耗, 提高能源利用效率。

摘要：随着煤化工项目装置规模和工艺复杂性的不断提高, 蒸汽系统参数的选取应进行合理分析和优化。本文介绍了某大型煤化工项目蒸汽管网参数的比选和确定, 对类似项目有一定参考意义。

关键词：蒸汽系统,蒸汽管网,压力等级

参考文献

[1] 田忠明, 查从念, 王伟, 等.化工装置配套动力站锅炉主蒸汽压力等级选型研究[J].能源工程, 2013 (04) :69—72.