石化企業蒸汽管網平穩運行的分析優化

徐曉鵬 柴云強

摘 要：石化企業利用現有計算機技術針對蒸汽管網開發的YS-PROSS蒸汽管網模擬優化系統技術原理，分析了蘭州石化蒸汽管網現有運行方式存在的問題和原因并提出優化方案，為蒸汽的節能優化工作提供依據。

關鍵詞：集中供汽點 熱源；管網 阻力；散熱

能源是制約我國經濟可持續發展的重要因素，大力推進節能降耗，提高能源利用率是我國目前的首要任務。由于煉化企業在我國的綜合能耗較高，蒸汽又是煉化企業用能的主要形式之一，其在產生、輸送、應用和回收等各環節都存在不同程度的能量浪費，尤其是在輸送環節。隨著經濟的飛速發展，在能源的消耗上也隨之加大。

大型石化企業多經過幾個階段發展而成，擁有多套生產裝置與公用工程系統，其蒸汽系統也隨著公司的發展成為多等級、多熱源、流程長、管路復雜、新老管線交錯的復雜管網。運行時壓降與溫降較大，參數不平穩，調整余地小。

對于多熱源的蒸汽系統，為了防止某個熱源出現故障時蒸汽系統能正常運行，各熱源之間通過系統管線連接，并且連接管線較大。而正常運行時由于熱源向用戶直接供熱，使連接線蒸汽流量較小。當熱源與用戶在不同的運行負荷時，熱源之間的連接管線可能存在不同的蒸汽流向。為了降低管網壓差，有時還形成環網運行。

根據蒸汽系統具體情況，建立集中供汽點，熱源的汽主要通過集中供汽點再向用戶供汽，可解決多熱源蒸汽系統熱源間連接線負荷變化大，系統阻力大，溫降嚴重等缺點。由于石化裝置蒸汽系統使用背壓透平驅動的壓縮機較多，提高用汽點的溫度與壓力，也就提高了背壓透平的進汽參數，提高蒸汽系統運行安全性與經濟性，進一步降低石化企業能耗。本文就針對蒸汽管網以及汽輪機的優化節能方面進行分析研究，制定相關的節能措施，降低能源的消耗，以確保相關企業能夠健康持續發展。

一、集中供汽點模型

先以兩個熱源與兩個用戶的簡單蒸汽管網為例進行建模分析。

沒有建立集中供汽點時，熱源1（本文默認熱源1為熱源，負責整個蒸汽系統的平衡與壓力調整）主要向用戶1供汽，熱源2主要向用戶2供汽。熱源2產汽過多時向熱源1供汽，熱源2產汽不足時熱源1向其供汽以達到系統平衡。當熱源2通過熱源1向用戶1供汽流量較大時，熱源2與用戶1壓差較大，使得熱源1調壓范圍較小。

在熱源1與熱源2之間建立集中供汽點O點，熱源1與熱源2產汽均通過O點再向用戶供汽。這樣蒸汽流向穩定，壓力穩定，有利于計量與壓力調整。

二、具體系統分析

當系統較為復雜時，容易存在多條母線與環網，蒸汽管道負荷變化大，容易產生負荷過大與過小引起的壓差過大與溫降過大，蒸汽系統運行效率低。

以蘭州石化公司動力廠3.5MPa蒸汽系統為例。只分析主要熱源與主要用戶，其他裝置對系統分析不產生影響，在此忽略。管網改造前系統如 燃油爐、一部、渣油加氫、公司甲等為早期熱源與用戶。后公司發展新建了CFB裝置、3#催化、公司乙等裝置。正常運行時燃油爐停運，CFB裝置擔任中心熱源作用。3#催化余熱爐產汽較多。

當公司乙不運行時（較長時間未運行），3#催化有70t/h蒸汽通過CFB裝置再經過燃油爐系統向其它用戶供汽，使得3#催化蒸汽壓力高而渣油加氫等裝置壓力低，壓差最大時達1.1MPa。當公司乙運行時，CFB裝置向3#催化供汽10t/h，使該管線流量過小而溫降較大。 當3#催化故障使余熱爐產汽降低時，CFB裝置向3#催化供汽以滿足3#催化及附近用戶（包括公司乙）用汽需求。

石化公司動力廠建立集中供汽點后系統后，O點位于3#催化與CFB裝置蒸汽連接線上，離A點較近（同一管架上）。通過安裝O點至A點連接蒸汽線。使O點成為集中供汽點，3#催化與CFB裝置產汽大部分經過O點向用戶供汽。并將公司甲、公司乙蒸汽均進行相應改造，使用經過O點與A點的蒸汽。運行時停運CFB裝置至燃油爐系統、燃油爐系統至公司甲與3#催化至公司乙管線，管線總長度縮短，蒸汽最長流程縮短，使系統溫降與壓降減小，CFB裝置調壓范圍增大，渣油加氫等處溫度壓力均上升。3#催化與渣油加氫壓差降為0.25MPa。

三、建立集中供汽點改造蒸汽管網原則

（一）突出較大供汽點的熱源地位

石化公司最大的供汽單位為CFB裝置與3#催化，在此兩裝置連接線上靠近用戶集中的位置建立集中供汽點，有利于縮短蒸汽總流程，將低壓降與溫降。

石化公司熱源較多，有些熱源對系統影響小，可不予重點考慮。當蒸汽系統較大負荷的熱源較多且對系統都有重要影響時，可根據實際管網構造，建立兩個或多個集中供汽點，這些集中供汽點最好離中心熱電裝置較近。

（二）避免蒸汽管網環網運行

熱源（或集中供汽點）在中心位置的輻射狀蒸汽管網運行經濟性與安全性均優于環形管網與中心熱源不突出的多熱源管網。建立集中供汽點并對管網進行改造后，要及時停運可以停運的管道，避免環網運行，減少總散熱量。

（三）校核管道流量

建立集中供汽點后，管道流量發生變化，要計算流量變化對阻力與溫度的影響，必要時更換管道。

四、建立集中供汽點改造蒸汽管網效果

（一）縮短最長流程，降低壓降與溫降

根據管網具體空間布局，建立集中供汽點，增加較短的集中供汽管道對管網進行改造，使熱源到用戶的距離縮短，可縮短蒸汽最長流程，使管網最高壓力點與最低壓力點之間的壓差（如石化公司3#催化與渣油加氫）大幅降低。

通過集中供汽點供汽，停運部分以前的管道，使管道總長度降低，總散熱量降低， 可以降低用戶溫降， 提升用戶用汽品質。

（二）適應熱源與用戶故障產生的負荷波動能力強

當某熱源（如3#催化）出現故障時，中心熱源（如CFB裝置）增加供汽量不經過故障熱源，而是直接經過集中供汽點向用戶供汽，對系統影響小。

當某用戶出現故障需要增加或減少用汽時，中心熱源改變負荷只經過集中供汽點而不經過其他熱源。建立集中供汽點后，熱源與用戶的負荷變化對整個系統的影響降低，都通過中心熱源向集中用汽點供汽量進行調整。

（三）便于計量管理

為建立集中供汽點前，CFB裝置至3#催化蒸汽管道蒸汽流向與負荷不定，流量計誤差大。建立集中供汽點后，熱源向外供汽，用戶用系統汽，負荷較穩定，不存在雙向流動，流量計工作穩定，計量準確性提高，計量管理簡化。

五、結束語

石化企業經過多次發展，熱源與用戶多，蒸汽系統復雜，管網運行壓降與溫降嚴重，調壓范圍小，效率低。根據管網具體布置，選擇合適的地方建立集中供汽點并對管網進行適當改造，熱源產汽主要通過集中供汽點向用戶供汽，可縮短蒸汽流程，減少阻力與散熱，提高用戶蒸汽品質，提高蒸汽系統效率，擴大中心熱源調整余地，增強適應負荷變化能力，并有利于計量管理。