大型煤化工項目蒸汽管網等級配置研究

郭小丹(中國寰球工程有限公司北京分公司，100012)

大型煤化工項目蒸汽管網等級配置研究

郭小丹(中國寰球工程有限公司北京分公司，100012)

隨著煤化工項目裝置規模和工藝復雜性的不斷提高，蒸汽系統參數的選取應進行合理分析和優化。本文介紹了某大型煤化工項目蒸汽管網參數的比選和確定，對類似項目有一定參考意義。

蒸汽系統；蒸汽管網；壓力等級

化工項目的蒸汽系統一般指由蒸汽鍋爐、工藝余熱鍋爐或其他蒸汽發生設備產生的蒸汽，通過蒸汽管網送至各個生產裝置，用以加熱工藝介質，驅動各類壓縮機、離心泵用的工業透平，或作為工藝原料參與化學反應，吹掃，抽真空和采暖等。蒸汽系統的設計對裝置運行和能耗都有很大影響，而蒸汽管網等級參數的選擇關系到全廠供熱方案、配套動力站規模、鍋爐汽輪機等主機的選型等。

某項目為大型煤炭分質清潔高效轉化項目，規劃熱解轉化原煤1000萬噸/年，年產油品200萬噸。該項目包括水煤漿氣化、變換、低溫甲醇洗、硫回收、費托合成、油品加工等工藝裝置和公用工程輔助設施。本文以該項目為例，對全廠蒸汽系統管網等級進行合理配置和研究。

1 蒸汽管網等級的確定原則

大型煤化工項目的全廠工藝物料種類繁雜，大型轉動設備驅動要求高，對于加熱蒸汽的規格要求也多種多樣。面對多樣的用能需求，合理組合蒸汽管網等級，合理匹配用能需求與供能之間的關系，避免高能低用，避免全廠蒸汽管網復雜化，為運行提供便利條件等都是全廠蒸汽管網等級設計時需要遵循的原則。

2 蒸汽管網等級比選及確定

參考SH/T3117《石油化工設計熱力工質消耗量計算方法》，常規大型煤化工、石油化工項目通常設置4個蒸汽等級：

高壓9.8～12.5MPaG， 510℃～540℃；中壓3.5～4.2MPaG，

380℃～440℃；低壓0.8～1.2MPaG， 190℃～280℃；低低壓 0.35～0.5MPaG， 飽和～220℃；

常規設置方案經過多年和多項目的實際運行和驗證，證明能夠比較好的適應煤化工、石油化工項目的運行要求。按照蒸汽驅動設備的功率大小，國內通常會選擇高壓（9.8MPaG，540℃）和中壓等級（4.0MPaG，400℃）作為驅動用蒸汽等級，低壓和低低壓等級主要作為除氧用蒸汽和加熱用蒸汽的來源。以此為基礎，按照項目的特點進行調整和優化設置。

2.1 高壓蒸汽管網參數的確定

高壓等級蒸汽來源為配套動力站鍋爐，大功率轉動設備和發電汽輪機組采用該等級蒸汽驅動。

常規煤化工、石油化工項目高壓等級多采用9.8MPaG，540℃的參數，由于該項目規模大，占地面積較大，蒸汽管線輸送距離長，壓力溫度損失較大；且項目配套大型空分裝置，共配套8臺空分，空分透平單臺功率約70MW。為保證空分透平的進汽壓力[1]，同時便于蒸汽輸送，調整高壓等級參數為11.5MPaG，525℃，鍋爐出口壓力設定為12.5MPaG，540℃。相比常規參數而言，提高高壓管網的壓力參數，可減少透平進汽量，降低全廠蒸汽消耗，減少鍋爐煤耗；且對于大量蒸汽的長距離輸送，提高壓力有利于降低管徑，減少高等級管材的消耗量[1]。

鍋爐蒸汽壓力的提高，并不是越高越好。由于高壓蒸汽主要用于驅動透平，在選擇蒸汽參數時，必須考慮通過透平尾部葉片的排汽中含濕量的影響，壓力升高到一定程度而溫度不變，就需要采用蒸汽再熱，系統就變得復雜，例如國內13.7MPaG超高壓蒸汽鍋爐機組一般為再熱機組。從國內三大主機制造廠家的咨詢情況看，各廠均有12.5MPaG等級鍋爐及汽輪機的設計和運行業績，可滿足優化后的參數要求。

2.2 中壓蒸汽等級參數的確定

中壓蒸汽大部分來源于動力站汽輪機的抽汽或背壓排汽，中壓蒸汽也作為工藝裝置驅動用蒸汽等級，并根據工藝要求用作加熱熱源和反應原料。常規煤化工、石油化工項目多選取4.0～4.2MPaG的等級參數，而該項目中壓蒸汽約有118t/h穩定熱負荷用作變換裝置的反應原料，變換裝置的反應壓力約為3.9MPaG，常規的4.0～4.2MPaG蒸汽等級無法滿足變換裝置對蒸汽的壓力要求，因此將中壓蒸汽等級調整為4.5MPaG，420℃，兼顧變換和其他用戶的蒸汽需求。

2.3 低壓蒸汽等級參數的確定

常規項目的低壓蒸汽主要是工藝加熱蒸汽和動力站的除氧用蒸汽，參數多為0.8～1.2MPaG，190℃～280℃。該項目費托合成裝置中有近1500t/h的副產1.6MPaG飽和蒸汽，副產蒸汽較多，這部分的蒸汽降級使用是不合理的。如果為這部分蒸汽單獨在低壓蒸汽管網之上再設置一級管網，由于參數相近，用戶較少，造成投資浪費和管網復雜程度增加，所以將1.6MPaG管網和常規1.0MPaG管網合并。考慮沿程阻力損失等情況，低壓蒸汽等級采用1.4MPaG，溫度200℃。

低低壓蒸汽主要是作為加熱蒸汽和裝置內設置壓力式除氧器的除氧蒸汽。低低壓蒸汽等級采用常規參數0.5MPaG，飽和溫度159℃。為最大限度的回收工藝裝置的余熱，低低壓蒸汽的壓力等級還可以考慮適當降低。

3 結語

隨著化工項目裝置規模大型化和工藝流程復雜性的不斷提高，對公用工程系統參數匹配的合理性提出更高要求。全廠蒸汽系統的參數不可一味按照傳統經驗和習慣選取，因根據項目具體情況，結合工藝裝置用汽需求，進行合理分析和優化，有利于降低裝置能耗，提高能源利用效率。

[1]田忠明，查從念，王偉，等.化工裝置配套動力站鍋爐主蒸汽壓力等級選型研究[J].能源工程，2013(04)：69—72.