大型化工項目全廠熱動力平衡設計經驗總結

董亞寶（北京石油化工工程有限公司西安分公司 陜西 西安 710075）

隨著現代化工工業的發展，新建化工項目趨于大型化、基地化、集成化，化工裝置少則幾套，多則十幾套同時配建，產品及副產品也呈現多樣化，以實現企業最佳的經濟效益，同時，化工項目的能源消耗也非常巨大，需要配置龐大的全廠熱動力系統。一個具有安全、穩定、節能、控制靈活、節省投資的全廠熱動力平衡系統不僅是生產企業，也是設計人員追求的目標。因此，本文著重就大型化工項目全廠熱動力平衡的確立、主要組成及其在設計中需要注意的事項經驗予以總結，以供同行參考。

一、全廠熱動力平衡的確立

全廠熱動力平衡是設計院熱工專業依據上游專業，包括工藝、暖通等專業提供的用汽、副產蒸汽負荷及其參數、蒸汽透平特性參數以及余熱、凝結水回收數據等輸入條件，結合外圍依托情況設計出的工質、能量平衡的系統。其不僅需要滿足正常工況運行，還需滿足冬/夏工況、部分負荷工況、開/停車工況和特殊工況等多工況的正常運行。

二、全廠熱動力平衡的主要組成

全廠熱動力平衡系統主要由鍋爐、汽輪發電機組、各蒸汽透平、減溫減壓裝置、給水除氧以及各級蒸汽管網等主要設備、系統構成，其規模和主要參數隨著全廠熱動力平衡的設計完成得以確定，若在設計過程中考慮不周，將會把設計缺陷帶入到施工，帶入到運行，有的甚至給企業帶來不可挽回的損失。以下針對全廠熱動力平衡系統主要組成在設計中需要注意的事項予以總結：

1.鍋爐

鍋爐是整個化工熱動力系統的關鍵供熱設備，其選型、規模、臺數設計的好壞直接影響到整個項目的投資、節能、穩定和安全。鍋爐選型由業主提供的煤質特性確定；鍋爐規模是依據整個項目的供熱負荷，經過全廠熱動力平衡計算，且考慮鍋爐額定設計負荷率為90%左右的最佳值確定；鍋爐臺數選取需要結合全廠供熱負荷及每臺鍋爐規模、生產的多工況、投資、占地以及項目是否有增產、擴建等因素最終確定。

2.汽輪機

大型化工項目中汽輪機數量一般較多，按照其在熱動力系統的用途可分為發電汽輪機和工業蒸汽驅動汽輪機（蒸汽透平），根據其熱力過程特性可分為凝汽式、調整抽汽式、背壓式。汽輪機的參數、形式、軸功率以及抽、排汽量根據系統對動力和蒸汽負荷的需要設立。蒸汽透平不宜常年備用，應使其在最高效率點運行。鍋爐熱備用系統中，在確定抽凝式汽輪發電機容量時，需要考慮和單臺鍋爐規模匹配，當一臺鍋爐故障、停運，汽輪發電機甩負荷時，系統供熱還能滿足工藝的正常生產。

3.蒸汽管網

大型化工項目的熱動力系統一般非常龐大、復雜，影響其安全性、穩定性和控制靈活性的因素較多。在確定管網等級時，需要綜合各上游條件，結合管網輸送距離，統籌考慮。在設置管網等級數量時應不斷優化，盡可能使管網等級數量減少，簡明、快捷的管網系統不僅有益于系統安全、穩定、控制靈活而且能節省項目的投資。當鍋爐、汽輪發電機、工藝裝置及其透平等任何一方故障、停運時，需有足夠的靈活手段保證對系統的壓力、溫度、流量進行調控，常用方法有：在各等級母管網間設置備用減溫減壓裝置，在蒸汽母管上設置放空調節閥，安全閥，給汽輪機旁路設置“一秒閥”等。

4.余熱利用回收

根據調查，各行業的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。將全部可利用的余熱合并到熱動力平衡系統無疑是減少能量損失、提高余熱利用率、節能的有效途徑。怎樣科學利用高溫廢氣余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、高溫產品和爐渣余熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱等，是我們設計人員關注的課題。在設計過程中熱工設計人員需要積極和上游專業溝通，了解各耗能裝置含有未被合理利用的潛熱或顯熱工質及其特性，充分考慮經濟合理性將余熱分級回收、就地利用。當然，在做到熱盡其用的同時，需要考慮余熱回收的余熱量及其參數的波動不至于影響到企業正常的生產。

三、設計中幾個典型問題及其解決建議

1.經?？梢钥吹揭呀ɑ@區內有高低不一、規模不同、不是一期配建的幾個煙囪和鍋爐房，這給項目帶來不利的因素有：總占地面積大，投資高，系統調節繁雜，且備品備件不能通用，給生產和管理帶來不便，極容易出故障，究其原因主要是企業不做遠景規劃，設計者僅考慮當下設計規模，隨著企業的不斷增產、擴建，鍋爐房不斷增設、鍋爐規模不斷變大。因此，設計人員需要全面考慮，及時給業主提出合理意見，以防“生米做成熟飯”。

2.長期以來，熱動力系統是否設置抽凝式汽輪發電機一直是相關人員頭疼的問題，因為若設置將會導致項目投資、能耗增大、環評審批困難，若不設置對系統調節沒有很好的手段，為此，設計人員需要不斷優化系統，挖掘可以替代抽凝式汽輪發電調節系統負荷波動的方法。比如，將凝汽式空分透平設置為抽凝式，將備用電動機的蒸汽驅動汽輪機為設置凝汽式等辦法，化解不設置抽凝式汽輪發電機的不利因素。

3.大型煤化工中，空分裝置為全廠各生產裝置提供氮氣、氧氣，一但空分透平停運，全廠將無法正常生產。由于空分透平的功率一般較大，進汽參數較高，在總圖布置時，需提示總圖專業盡可能將空分裝置布置靠近鍋爐房，以便縮短與鍋爐房的距離、節省管道投資、能耗。

4.已建化工項目有時候可以看到廠區內有不少蒸汽外排，究其原因，主要是設計不做多工況分析、上游裝置蒸汽透平型式選擇不合理，一旦下游裝置生產波動、減產時，上游裝置蒸汽透平產生的多余蒸汽無處可去，只能臨時排放，因此設計過程不可輕視多工況的分析，以備提前預防、消除各種設計缺陷。

結語

確定大型化工項目的全廠熱動力平衡是一項長期、復雜、細致的工作，做好這項工作對企業節省投資、降低生產成本、節能，增強系統的安全性、穩定性、靈活性具有重大的意義。因此，建議相關人員在從事這項工作時對其足夠的重視，做到充分的調整、論證、優化。

[1]GB/T 50655-2011,化工廠蒸汽系統設計規范[S].

[2]楊國鋒等.煤化工項目全廠蒸汽平衡的經驗總結.廣州化工[J].2013（1）：153-155.