煤化工企業蒸汽系統調節與安全保護方案分析

摘 要:針對煤化工企業蒸汽管網的調節與安全保護，本文詳細分析了系統中的主要設備及運行模式，提出系統設置的基本原則。在此基礎上，擬定出蒸汽調節與安全保護系統的具體方案，期望為類似工程提供某些積極的可供參考借鑒的意見。

關鍵詞:蒸汽系統調節與保護減溫減壓器放空閥安全閥

中圖分類號:TQ546文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0075-02

引言

我國是一個“缺油、少氣、富煤”的國家，在今后相當長的一段時期里，煤炭依然是最主要的能源。為了減輕對環境的污染和對石油的依賴，近年來煤化工企業得以持續高速發展。隨著技術的日趨成熟以及市場需求的不斷增大，煤化工企業的規模越來越大型化，其產業鏈也不斷延長，作為煤化工企業重要動力的蒸汽系統亦越來越龐大，保證蒸汽系統的穩定、安全運行就顯得更為重要。

某工程以煤為原料，經過氣化、變換、低溫甲醇洗、合成等工藝生產合成氨尿素。該項目蒸汽系統設置為四級。第一級蒸汽為9.81MPa、540℃，由2臺220t/h的循環流化床鍋爐供給;第二級為4.0MPa、400℃;第三級為1.0MPa飽和蒸汽;第四級為0.5MPa飽和蒸汽，均由化工裝置余熱鍋爐、蒸汽透平抽汽或背壓蒸汽供給。

1 方案設置的基本原則[1]

作為蒸汽系統的調節與保護設施，在蒸汽管網上設有減溫減壓器、自動放空調節閥和消音器、安全閥等。最簡單省事的做法，自然是在各等級蒸汽母管上均設置這些設施，但是從投資以及運行調節的靈活性、可靠性等角度來看，其必要性不大。因此，在研究蒸汽系統調節與保護方案之前，提出以下幾條基本原則作為前提。

1.1 蒸汽調節與保護方案全廠統一考慮

將蒸汽調節與保護裝置作為全廠性的重要設施予以統一考慮，各裝置不再單獨設置。這樣不僅更有利于全廠蒸汽系統的安全穩定運行，而且可以節約大量的建設費用。

1.2 高溫高壓蒸汽管網不設安全閥

全廠高溫高壓蒸汽產自熱電站2臺鍋爐，在鍋爐上，按照相應的規范，分別在汽包和過熱器上設有安全閥，以保護產汽設備。目前，高壓蒸汽管道以及高壓蒸汽用戶(蒸汽透平)的設計壓力均按照鍋爐安全閥的起跳壓力來考慮，所以，高壓蒸汽管網的最高壓力不會超過安全閥的起跳壓力;安全閥在保護鍋爐的同時，也保護管網和管網上的汽輪機。如果在高壓管網上設置安全閥，因上下游壓差太大，安全閥容易泄漏，且起跳后可能難以回座。因此，高壓蒸汽管網上不再設安全閥。

1.3 高壓蒸汽管網不設自動放空設施

高壓蒸汽管網設置自動放空設施的優點在于:一旦管網超壓，直接將富余的高壓蒸汽放空，及時保護管網及設備安全，并且對下一級蒸汽管網的影響不大。但是，存在很大的弊病，體現在如下方面。

一旦放空設施投用，噪音太大，不僅分貝值高，而且頻率高，對企業運行人員的身心健康造成極大傷害;由于高壓蒸汽放空時，放空調節閥前后壓差通常在10MPa左右，而且該閥一般不會是全開，高壓差、小開度對閥門的沖刷相當嚴重。如果安裝此閥，很可能在放空一兩次之后就發生泄漏;實際運行過程中，即使發現放空調節閥泄漏，也無法不停汽檢修，因為這種放空閥通常是不設備用的。

綜上所述，在高壓蒸汽管網上考慮不設自動放空設施。當該管網超壓時，直接通過事故減溫減壓器將高壓蒸汽變成低壓蒸汽，通過低壓蒸汽管網的自動放空設施放空。

1.4 外管網必須設置全套蒸汽系統安全設施

外管網不設置或者不完全設置全套蒸汽系統調節與保護設施，會存在以下幾種不利的因素。

(1)某個裝置生產異常時，對蒸汽管網的壓力造成波動，若波動達到系統安全設施動作的程度，可能會影響全廠的正常生產。

(2)開車過程中，工藝廢熱鍋爐尚未開啟或尚未正常開啟，此時即需要相應的減溫減壓器投入運行，保證下游管網的蒸汽需求;

(3)經常運行的減溫減壓器應有一套備用，不經常運行的減溫減壓器一般不考慮備用。備用的減溫減壓器應處于熱備用狀態，事故減溫減壓器還需要配置快速的自動投入裝置。

(4)蒸汽系統故障不疊加。

2 蒸汽系統調節與保護方案

2.1 減溫減壓器的設置

(1)作為正常情況下全廠蒸汽系統的調節手段，在充分考慮各等級管網產汽、耗汽能力的基礎上，在管網上設置有3臺減溫減壓器，L8302、L8303、L8304，其額定出力分別為100t/h、15t/h、40t/h。這些減溫減壓器統稱為調節型減溫減壓器。

調節型減溫減壓器通常根據二次蒸汽壓力決定開啟并進行調節，保持二次蒸汽管網壓力始終在合適的范圍以內。通常在以下情況運行。

①二次蒸汽管網的產汽設備按計劃停車或減負荷，供給該管網蒸汽量減少。

②二次蒸汽管網用戶蒸汽消耗臨時增加，該管網需要補充蒸汽。

③初始開車階段，各級蒸汽管網暖管。

(2)作為事故情況下全廠蒸汽系統的保護手段，主要根據S1管網蒸汽透平的最大耗汽量，確保在透平事故狀態下將其即時耗汽完全等量從S1排放，確定設置有2臺減溫減壓器L8301ab，其額定出力均為70t/h，這些減溫減壓器統稱為事故型減溫減壓器。

事故型減溫減壓器主要保護高溫高壓蒸汽管網，與發電機組汽輪機、空分壓縮機透平、以及氮壓機透平的事故跳車信號聯鎖，同時跟蹤汽輪機進口的蒸汽流量，不同的汽輪機在不同負荷下跳車時，對應于事故減溫減壓器L8301ab不同的開度。同時，當高溫高壓蒸汽管網壓力超高時，事故減溫減壓器自動將部分高壓蒸汽減壓為4.0MPa蒸汽，從而保證9.81MPa蒸汽管網壓力穩定。

兩臺事故減溫減壓器設置成同等參數同等流量，主要是考慮安全問題，因為2臺同時不能啟動的概率要大為降低，畢竟保護9.81MPa蒸汽管網極其設備的安全是本系統最重要的任務，多一層保險就多了一份安全。

蒸汽系統調節與保護方案，簡圖如圖1。

2.2 自動放空閥的設置

設置自動放空閥的目的不僅為了保持各管網壓力穩定，同時在開車階段可以加速暖管。

在S2、S3、S4管網上分別設置1套自動放空調節閥，分別為PV8306、PV8309、PV8312，均依據相應等級管網壓力進行調節。

PV8306放空能力不但考慮了S2管網產汽設備的最大可能能力，同時考慮事故減溫減壓器開啟時該管網的容量，放空量確定為100t/h。

PV8309、PV8312的放空能力分別根據S3、S4管網產汽設備的最大可能能力，確定放空量分別為15t/h、40t/h。

由于事故減溫減壓器全開時排汽量遠遠大于S2管網的容納能力，故將S1管網透平事故跳車信號與PV8306聯鎖，和事故減溫減壓器同時打開直接放空，避免事故情況下排入蒸汽對S2管網影響。

2.3 安全閥的設置

熱電站:鍋爐本體及汽輪機抽汽管道上均設有安全閥，這些安全閥設置是基于保護設備的目的。

工藝裝置:各廢熱鍋爐本體按相應的規范設置必要的安全閥。

蒸汽管網:在S2、S3、S4各減溫減壓器的二次蒸汽側分別設置安全閥，排放能力均與對應的減溫減壓器能力相同且為該管網產汽設備中的最大值。

各產汽設備的安全閥在保護設備的同時也保護了所在管網的安全，所以，全廠蒸汽管網不再設置獨立的安全閥。

3 結語及建議

(1)S1管網上的調節型減溫減壓器和事故型減溫減壓器宜分開設置

L8302作為調節型減溫減壓器，其壓力和溫度均靠二次蒸汽的參數來調節，而L8301ab作為事故減溫減壓器，主要靠透平跳車信號或上級蒸汽管網壓力即一次蒸汽壓力作為開啟的信號。兩種減溫減壓器的開啟信號一種是來自二次蒸汽，一種是來自一次蒸汽，其分開獨立了設置可以避免信號的干擾，運行更為可靠。

(2)在蒸汽透平事故跳車時，要求作為事故減溫減壓器的L8301ab由關閉狀態迅速達到設定的開度，這就要求事故減溫減壓器的質量必須可靠、反應速度要快。根據以往工程經驗，建議這幾臺減溫減壓器選用進口優質產品。關于減溫減壓器快速動作問題，建議參考電力行業普遍使用的汽輪機旁路減溫減壓器。

參考文獻

[1] 周愛平.大型石化廠蒸汽系統安全設施設置方案[C].全國化工熱工設計技術中心站論文集，2008.

[2] 王培超.蒸汽系統存在問題及優化[J].石油和化工節能，2009.