國內大型石化企業(yè)能源供應模式分析

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

國內大型石化企業(yè)能源供應模式分析

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

大型石油化工企業(yè)的顯著特點是原料及產品絕大多數(shù)為易燃、易爆、有毒、腐蝕性強的物質生產工藝連續(xù)性強，自動化程度高，技術復雜，設備種類繁多，稍有不慎就可能發(fā)生破壞性很大的事故。因此企業(yè)對能源供應的可靠性、連續(xù)性和安全性要求很高。國內大型石化企業(yè)的能源供應模式都是以自備電廠為主，其他合作性質為輔的方式。

石化企業(yè)；能源供應；可靠性

根據(jù)生產工藝的要求，石化企業(yè)需要大量的蒸汽和電力。石化企業(yè)通常都有幾套大型或特大型裝置組成，各裝置間為上、下游關系，不但連續(xù)性強、且相互間影響形成一個生產鏈（停一次車恢復正常生產要一周～兩周時間，由于裝置規(guī)模大停產經(jīng)濟損失重大）。同時，系統(tǒng)中存在高溫、高壓、低溫、低壓、臨氫等多種高風險的加工過程，工藝介質多數(shù)為易燃易爆氣體或粉塵，生產裝置和儲運單元內大部分區(qū)域為爆炸危險環(huán)境。因此，企業(yè)對供電供熱的可靠性和連續(xù)性、熱力系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求很高。

1　石化企業(yè)對供電可靠性的要求

大型石化企業(yè)，其生產對供電的安全需求尤為重要。大型石化企業(yè)的用電量巨大，常采用自備內部電網(wǎng)供電與外部電網(wǎng)供電結合的方式來滿足生產需要。其企業(yè)電網(wǎng)特點主要有：電力負荷以電動機負荷為主且密度大、供電可靠性要求高、供配電線路以電力電纜為主，企業(yè)內部多形成獨立的低壓、中壓配電網(wǎng)。石化企業(yè)的用電負荷絕大部分屬于一級負荷。全廠部分用電負荷為一級負荷中特別重要負荷。

1.1重要負荷

通常有以下幾種。

（1）中斷供電時，將發(fā)生爆炸及有毒物質泄漏的相關負荷：

1）安全停車自動程序控制裝置（儀表、繼電器、程控器等）及其執(zhí)行機構（某些進料閥、排料閥、排空閥等）以及配套的處理設施。

2）設備內有不能排放的爆炸危險物料，若其會發(fā)生局部聚合大量放熱反應時，為避免危險后果所需的攪拌設施和中止劑投放設施或冷卻水專用供應設備。

3）爆炸危險物料使用的大型壓縮機和安全軸封及正壓系統(tǒng)等的電氣設備。

（2）中斷供電時，現(xiàn)場處理事故、搶救及撤離人員所必需的事故照明、通信系統(tǒng)、火災報警設備、消防系統(tǒng)的用電負荷等。

（3）工藝控制的DCS、FCS電氣微機保護，信息管理系統(tǒng)的用電負荷。

1.2一級負荷供電電源要求

根據(jù)國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范GB50052-95》的規(guī)定，工藝裝置中大部分用電負荷和部分公用工程用電負荷屬于一級負荷，中斷正常供電，將造成重大經(jīng)濟損失，可能引起主要設備損壞，大量產品報廢，連續(xù)生產過程被打亂，需較長時間才能恢復，造成企業(yè)大量減產。所以一級用電負荷的供電電源應由兩個電源供電，而且這兩個電源不能同時故障、同時中止供電。此獨立電源必須符合下列條件之一。

（1）兩個電源分別來自不同的電網(wǎng)。

（2）兩個電源分別來自同一電網(wǎng)在運行時電路不可能相連的同級電壓母線， 互相之間聯(lián)系很弱。

（3）兩個電源分別來自同一電網(wǎng)上有電路相連的同級電壓母線，互相之間有聯(lián)系，但其間的電氣距離較遠，耦合程度不緊密，當一個電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運行或發(fā)生短路故障瞬間，另一個電源仍能不中斷供電并一直保持足夠的電壓水平，以滿足生產裝置電動機群再起動的要求。

當石化企業(yè)發(fā)生大面積停電事故時，極易發(fā)生著火爆炸事故，一些生產裝置還會造成重大設備事故，因此，必須考慮企業(yè)全面停電時的消防及其他問題。石化企業(yè)自備電廠應安裝低周減載裝置，以增加事故情況下的發(fā)動機運行穩(wěn)定性，并通過安裝大型柴油消防泵及在部分生產裝置安裝柴油發(fā)電系統(tǒng)輔以保障。

2　石化企業(yè)電力系統(tǒng)供應模式

為大型或特大型石化企業(yè)供電的兩個電源，有以下幾種情況。

2.1兩個電源都從地區(qū)電網(wǎng)取得

地區(qū)電網(wǎng)有足夠的容量，為了給大型或特大型石化企業(yè)供電，選兩個比較鄰近石化企業(yè)的區(qū)域變電所，各取一個出線回路為石化供電；若鄰近石化企業(yè)沒有合適的變電所，新建一個以石化供電為主的地區(qū)變電所。

由于電力系統(tǒng)供電，具有供電可靠、節(jié)能、效率高、電價合理，建設投資省，速度快、便于三廢集中處理等優(yōu)點，因此在石化建廠時首先考慮從地區(qū)電力系統(tǒng)取電源。例如：燕山石化，茂名石化、上海SECCO合資公司等。

對于能從地區(qū)電網(wǎng)取得可靠、充足電力的企業(yè)，內部建立自備電廠目的是利用企業(yè)裝置所產生的富余蒸汽進行發(fā)電。這類自備電廠的發(fā)電機組配有背壓機組，其發(fā)電量與季節(jié)有關，故自備電站不能作為主要電源。

2.2兩個電源由企業(yè)自備電站供給，地區(qū)電網(wǎng)取得的電源僅是自備電站的聯(lián)絡電源

對于電力供應緊張的地區(qū)或地區(qū)電網(wǎng)容量小的情況，地區(qū)電網(wǎng)無法滿足石化企業(yè)用電要求。在此情況下，企業(yè)通過建立自備電站來解決用電問題。在以自發(fā)電為主的供電方式下，企業(yè)供電網(wǎng)仍需與地區(qū)電網(wǎng)相聯(lián)，一方面可以加大企業(yè)電網(wǎng)的容量，使企業(yè)發(fā)生沖擊性負荷時，能穩(wěn)定電網(wǎng)；另一方面在自備電站檢修或事故時，地區(qū)電網(wǎng)能起到保證供電的作用。這種供電方式的企業(yè)：上海石化、揚子石化等。

企業(yè)以自發(fā)電為主要電力來源的自備電站，其發(fā)電機組以抽汽凝汽式機組為主。但也要配一些背壓式機組，按穩(wěn)定的最低熱負荷選背壓機組容量，以配合工藝裝置用汽。

2.3從地區(qū)電網(wǎng)取得一個電源，企業(yè)內部建自備電站作為一個電源

地區(qū)電網(wǎng)電力比較緊張，正常供電時不希望全部滿足石化或特大型企業(yè)用電，在企業(yè)自備電站中止供電時，短時間能供企業(yè)全部負荷用電；自備電站的能力要能在外網(wǎng)中止供電時，全部擔負企業(yè)用電。其機組選擇：背壓機組按穩(wěn)定的最低熱負荷選擇其容量，其余選擇抽汽凝汽式機組，保證發(fā)電量。

這種供電方式的企業(yè)有：齊魯石化、天津石化、揚子巴斯夫一體化工程等。國外企業(yè)這種供電方式較多，只是平時由自備電站供電比例較大。

3　石化企業(yè)對供熱可靠性的要求

石化企業(yè)的蒸汽動力系統(tǒng)是將一次能源（燃料等）轉換成二次能源（電、蒸汽、熱水等），為企業(yè)提供所需要的工藝蒸汽、熱能和動力。在此過程中該系統(tǒng)要吸收工藝生產過程中產生的瓦斯、蒸汽和低溫熱，并將其高效轉換和利用。它的安全、穩(wěn)定運行是企業(yè)安全、穩(wěn)定、長周期運行的基礎，同時它也是企業(yè)中的耗能大戶，它的轉換效率影響著企業(yè)的經(jīng)濟性。

3.1石化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)的一般特點

（1）分散的多工藝用汽點、多工藝產汽點、多燃料來源、多壓力等級；

（2）隨季節(jié)、加工量、生產方案（受市場影響）變化系統(tǒng)運行工況變化多；

（3）為保證工藝系統(tǒng)安全平穩(wěn)的需求，對動力系統(tǒng)的能耗有較大影響。

大型石化企業(yè)的蒸汽動力系統(tǒng)除了具有多工藝產汽點、多工藝用汽點、多壓力等級外，還具有多動力產汽點。工藝產汽點、工藝用汽點、動力產汽點之間形成了錯綜復雜的產供汽網(wǎng)絡。

3.2石化企業(yè)所需蒸汽的用途

（1）驅動用蒸汽

化工裝置的機械驅動使用小功率蒸汽輪機，多為3.5 MPa及以上壓力等級的蒸汽。

（2）工藝用蒸汽

利用蒸汽作為加熱熱源，蒸汽與化工介質直接混合，無回收凝結水。一般以1.0 MPa及以下壓力等級的蒸汽為主。

（3）加熱用蒸汽

利用蒸汽作為化工裝置換熱器的加熱熱源，蒸汽與化工介質不直接接觸，可回收凝結水。一般以1.0 MPa及以下壓力等級的蒸汽為主。

（4）其它用途。

3.3蒸汽供應中斷后果

（1）化工項目未啟動時，蒸汽供應中斷導致化工項目無法啟動，延誤化工項目生產；

（2）化工項目正在運行中，如果化工裝置換熱器的蒸汽供應中斷，極可能導致化工項目無法正常生產，工廠可能要停工；

（3）化工項目正在運行中，如果供化工裝置工藝用蒸汽中斷，輕則導致工廠停產， 重則可能導致化工裝置結焦或介質凝結在容器中，輕/中/重度損壞化工裝置本身，造成重大經(jīng)濟損失。

因此，石化企業(yè)熱用戶均對供熱的可靠性提出了極其嚴格的要求，不允許中斷供熱。

4　石化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)供應模式

石化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)主要有以下三種：（1）自備熱電廠（2）IGCC多聯(lián)產（3）區(qū)域性集中供熱。

4.1自備熱電廠

石化企業(yè)蒸汽動力系統(tǒng)和供熱設備類型不同，結構復雜。其中有些鍋爐生產的蒸汽主要先用于發(fā)電，然后利用機組排汽供熱；有的鍋爐生產的蒸汽直接供汽；有的鍋爐和余熱鍋爐生產的蒸汽用于驅動生產用動力透平和供應工藝用汽；有的汽輪發(fā)電機組或因機組熱耗高，或因與熱負荷不匹配導致運行不經(jīng)濟而閑置。

目前，石化行業(yè)的自備熱電廠，大致可分為兩種類型：

（1）配備有凝汽機組和背壓機組，可分別調節(jié)供熱、供電的熱電廠。國內大部分石化企業(yè)動力車間都屬于此類。比如茂名石化、天津石化等。

（2）僅配備有背壓式或抽汽背壓式機組，“以熱定電” 的熱電廠。撫順石化石油一廠動力車間屬于此類。

4.2IGCC多聯(lián)產

國外許多石化企業(yè)以天然氣作為一次能源并采用高效的燃氣輪機與鍋爐或加熱爐熱電聯(lián)產技術，整體效率可以達到70%。

4.2.1IGCC技術適用于石化行業(yè)的先決條件

（1）石化企業(yè)原本就需要通過氣化技術來制造合成煤氣，并進一步經(jīng)變換反應和提純制取本企業(yè)所需要的氫氣。

（2）煉油廠產生的難于加工的高硫渣油、瀝青和石油焦，可作為氣化爐廉價燃料，在提供合成氣的同時，也解決了渣油處理問題。1995年以來，全世界煉油廠應用渣油為原料的IGCC發(fā)電功率已經(jīng)達到2 500 MW，而且潛力尚未充分利用。

（3）IGCC技術應用可部分解決煉油廠自身用電需求，還可將多余電力并網(wǎng)， 以節(jié)約運行成本。

（4）石化行業(yè)可以將石化企業(yè)中的制氫和CO2的捕集與儲存通過IGCC技術結合到一起。由于CO2可以采用燃燒前捕集，操作壓力高，所以裝置規(guī)模小，能耗少，比燃煤電站更加經(jīng)濟。

4.2.2目前IGCC技術發(fā)展的障礙

（1）投資造價和發(fā)電成本較高。

（2）部分技術難點尚未突破。如氣體分離技術的開發(fā)、高溫除塵脫硫技術的開發(fā)、先進高溫和高效燃氣輪機的開發(fā)、煤氣化技術與原料的優(yōu)化配置、多聯(lián)產系統(tǒng)的設計與優(yōu)化等。

目前，世界上已經(jīng)有數(shù)十套以石油劣質產品為原料的IGCC 裝置在煉廠運轉，如美國Motiva，ExxonMobil 公司采用石油焦作原料的IGCC 裝置，西班牙Puertollano、日本宇部合成氨廠等采用煤和石油焦混合作原料的IGCC 裝置。我國首套建在煉化企業(yè)的福建煉油乙烯一體化項目的IGCC裝置于2009 年7 月22 日投產。

4.3集中供熱

由區(qū)域性供熱鍋爐或熱電廠通過較大的管網(wǎng)系統(tǒng)向該石化企業(yè)供熱，稱為集中供熱。比如上海SECCO合資公司沒有自備電廠，完全依托漕涇熱電廠向其供應蒸汽；蘭州煉油化工總廠也沒有自備電廠，一直依靠臨近的西固熱電廠供電供汽；武漢石化原擬建一套130 t/h CFB燒煤鍋爐以滿足生產需要，后經(jīng)過洽談合作，決定向國電青山熱電公司購買蒸汽。

5　國內主要石化企業(yè)的能源供應情況

國內三大石化集團，即中國石化、中國石油、中國海油集團內大型石化企業(yè)的能源供應模式都是以自備電廠為主，其他合作性質為輔的方式。以中國石化集團為例，截至2014年底，中國石化熱電業(yè)務分布在26家企業(yè)，共運營自備熱電站39座。中石化集團主要大型石化企業(yè)自備電廠情況詳見表1。

6　結語

對于石化企業(yè)來說，根據(jù)其生產工藝的要求，需要大量的蒸汽和電力。從安全和穩(wěn)定性角度考慮，國內外的石化企業(yè)都配備自己的能源供應系統(tǒng)或緊鄰能源站，以滿足其蒸汽和電力的正常要求和應急要求。

（1）石化企業(yè)的供電方式主要有以下三種情況：兩個電源都從地區(qū)電網(wǎng)取得；兩個電源由企業(yè)自備電站供給，地區(qū)電網(wǎng)取得的電源僅是自備電站的聯(lián)絡電源；從地區(qū)電網(wǎng)取得一個電源，企業(yè)內部建自備電站作為一個電源。

（2）石化企業(yè)的供熱方式主要有自備熱電廠、IGCC多聯(lián)產和區(qū)域性集中供熱三種主要方式。

（3）國內三大石化集團，即中國石化、中國石油、中國海油集團內大型石化企業(yè)的能源供應模式都是以自備電廠為主，其他合作性質為輔的方式。

表1　中石化集團主要大型石化企業(yè)自備電廠情況

節(jié)能信息與動態(tài)

青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)著力打造碧水綠地藍天

青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)切實把節(jié)能減排工作作為今年重大實事工程謀劃和推進，采取三項措施，生態(tài)環(huán)境明顯好轉。

（1）扎實開展水污染防治行動。今年上半年，按照確定的考核斷面要求，制定了水污染防治工作目標。實施重點區(qū)域生態(tài)綜合整治工作，完成整治68家，完成污水納管5家、停產關閉26家、拆除15家。

（2）對風險企業(yè)和減排企業(yè)開展定期和不定期的摸底排查。制定整治計劃、建立健全風險企業(yè)的監(jiān)督檢查臺賬。完成4家風險企業(yè)的產業(yè)結構調整工作。

（3）全面梳理鎮(zhèn)域內企業(yè)生產現(xiàn)狀、揮發(fā)性有機物排放情況、治理設施現(xiàn)狀等信息，對1家重點企業(yè)、15家一般企業(yè)采取措施，督促企業(yè)制定完成揮發(fā)性有機物專項治理方案，并開展企業(yè)廢氣排放治理工作，確保年內完成任務。 （青浦區(qū)）

Analysis of Domestic Large Petrochemical Enterprises Energy Supply Mode

Wang Tao
Shanghai Energy Saving and Emission Reducing Center

Large petrochemical enterprises' remarkable features are materials and products complex characteristics. Materials and products are flammable， explosive， toxic and corrosive. Production process needs strong continuity， high degree automation， complicated techniques and various types equipment， whose accidents would cause devastating influence without precaution. Enterprises energy supply requirements are high availability， reliability and security. Domestic large petrochemical enterprises energy supply is from own power plant with other methods as complementary.

Petrochemical Enterprises， Energy Supply， Reliability

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.08.007