蒸汽及冷凝水回收系統優化改造

王學鋒，張自超

（萬華化學（寧波）氯堿有限公司，浙江 寧波315812）

蒸汽作為最常見的公用工程之一， 在氯堿生產過程中被廣泛應用。隨著裝置產能的不斷提升，萬華化學（寧波）氯堿有限公司（以下簡稱“萬華寧波氯堿”） 冬季最大蒸汽用量為35 t/h， 其中主要用于48%堿蒸發裝置、二次鹽水換熱、液氯汽化裝置以及伴熱管線使用。

蒸汽供應來源有三處， 一是來自萬華熱電有限公司，壓力1.0 MPa，溫度280 ℃，二是來自依托園區副產蒸汽，壓力1.0 MPa，溫度180 ℃，三是來自該公司鹽酸裝置副產，壓力0.3 MPa，溫度150 ℃。

1 現狀分析

近年來隨著該公司工藝裝置的不斷優化變更，蒸汽管網系統存在較為嚴重的能源浪費現象， 具體分析如下。

1.1 管線冗余蒸汽質量差

由于生產裝置的不斷優化， 部分蒸汽管線已停用，個別蒸汽管線缺少區域總閥，夏季高溫天氣蒸汽停用后無法及時關閉總閥， 導致管網內蒸汽品質下降，熱量損失量較大，且在管網負荷變動的情況下，管網內蒸汽平衡能力較差。由于管線冗余，管線末端壓力較低，無法滿足生產需要。蒸汽來源較多且進廠界總閥分別位于燒堿、氯氫兩個車間，開停車蒸汽暖管步驟復雜，給人員操作帶來了很大的不便。

1.2 疏水閥故障，蒸汽損耗大

根據檢測結果顯示， 現場共檢測在用蒸汽疏水閥總計40 個，其中正常運行25 個（占比62%），排過冷水或異常4 個（占比約10%），損壞/泄漏11 個（占比約28%）。 疏水閥組故障后導致凝結水排放不暢，造成換熱設備積水嚴重從而降低了換熱效果。同時，疏水閥組存在漏氣現象，新鮮蒸汽直接排放，造成蒸汽損失。

1.3 蒸汽冷凝水利用率低

伴隨著該公司節能意識的不斷增強， 蒸汽冷凝水作為品質較高的副產水資源， 回收利用不斷得到人們的重視。 區域內只有少部分蒸汽冷凝水排進廠區清污分流系統，大部分蒸汽冷凝水就地排放，沒有有效收集，損失了客觀的經濟收益。不同的壓力下蒸汽產生的冷凝水所含的熱量不同（一般在60 ℃，有的甚至可以達到90 ℃），蒸汽壓力越高，蒸汽冷凝水所含的熱量越大。根據統計顯示，冷凝水的熱量可達到總的熱量的15%～30%。 萬華氯堿廠區內有45 組左右的蒸汽疏水閥組，且蒸汽疏水閥組位置不規律，部分水資源已回收，余熱資源回收可能較小，但剩余蒸汽疏水閥組仍有較高的水資源回收價值。

1.4 計量存在偏差，蒸汽用量無法平衡

因該公司使用蒸汽的來源較多， 蒸汽質量存在差異，主要區別在于飽和蒸汽和過熱蒸汽，各區域使用的蒸汽流量計多為孔板流量計， 存在流量計參數設計、選型問題以及缺少溫度和壓力補償的問題，流量計顯示數值不準確對平衡結算造成很大的影響。

1.5 蒸汽使用單位蒸汽流量波動大

液氯汽化器使用蒸汽量5.5 t/h， 開車后需要在汽化器桶內加滿熱水，開啟汽化器進蒸汽閥門，待蒸汽管線暖管結束后通過DCS 調節閥調節蒸汽的加入量。 操作人員在正常操作過程中需要時刻關注汽化器內氯氣壓力、溫度變化，以及汽化器出口氯氣壓力和溫度， 特別是在外送氯氣流量發生變化的情況下，容易引起汽化器內溫度的變化，人員干預有偏差時會導致控制難度加大， 并且當大幅度的調節汽化器溫度時，會導致蒸汽管網壓力波動，影響其他工段正常的蒸汽使用。

2 改進措施

對各裝置蒸汽使用情況進行了重新分析， 整體規劃設計，重點解決管線冗余，回收主管廊蒸汽冷凝水，既要減少蒸汽的數量損失，提高蒸汽品質，又要建立蒸汽冷凝水回收系統，達到節能的目的。

2.1 改造前工藝流程

來自園區副產飽和蒸汽，經過減壓，分為兩路蒸汽分別為0.7 MPa、180 ℃蒸汽和0.3 MPa、140 ℃蒸汽，同時來自萬華熱電過熱蒸汽減溫減壓為0.7 MPa、180 ℃蒸汽和0.3 MPa、140 ℃蒸汽，因萬華熱電所產蒸汽為過熱蒸汽，因此在完成減壓操作后，為降低蒸汽溫度，增加了減溫器，降低蒸汽溫度，最后鹽酸合成爐也副產了0.3MPa、140℃的蒸汽，這三路蒸汽是萬華寧波氯堿蒸汽的主要來源， 產區內蒸汽有0.3 MPa蒸汽管網和0.7 MPa 蒸汽管網， 蒸汽的使用主要集中在48%堿蒸發、液氯汽化器加熱、二次鹽水換熱、氯酸鹽分解裝置換熱及公用工程用汽。

2.2 改造后工藝流程

萬華寧波氯堿利用年度大修的機會， 對蒸汽管線進行了改造， 通過改造將原有的獨立的兩大蒸汽來源，園區蒸汽和萬華熱電蒸汽匯總在一起，先對蒸汽進行減壓至0.7 MPa 再通過減溫器對蒸汽進行減溫，溫度達到180 ℃左右后，用于48%堿蒸發裝置使用， 后續在對管網內0.7 MPa 蒸汽進行二次減壓至0.3 MPa，溫度基本控制在145 ℃左右，輸送至0.3 MPa蒸汽管網供二次鹽水換熱、液氯汽化器加熱、氯酸鹽分解裝置和公用工程使用。

2.3 改造情況

（1）取消部分管線，減少蒸汽損失

此次改造中， 取消了區域內已經停用液氯事故塔區域停止使用的20 m 低壓蒸汽管線，取消了萬華副產蒸汽減壓閥組， 將萬華副產蒸汽管線移位至萬華熱電蒸汽進口段， 兩路聯通為一路， 同時減壓至0.7 MPa 后再連接低壓減壓閥組，將0.7 MPa 蒸汽減壓至0.3 MPa 供液氯汽化區域以及二次鹽水換熱和部分公用工程使用。 拆除舊汽化器裝置停止使用的低壓蒸汽管線，鹽酸區域廢棄管線等，總計拆除廢棄管線50 m 左右。 相比改造前管線，減少了管網的冗余，避免了不必要的蒸汽浪費。

（2）減少計量偏差，優化蒸汽流量計

此次大修， 萬華氯堿對各個區域缺失的蒸汽流量計根據使用的流量，核算當前的蒸汽管徑，對流量計選型重新進行評估，安裝了新的蒸汽流量計，便于后續的蒸汽平衡核算。 現階段全廠蒸汽使用的平衡圖見圖1。

（3）建立蒸汽冷凝水回收系統

本次改造，新增了DN80 的碳鋼管道，將公共管廊附近的蒸汽輸水閥組全部安置在主管廊蒸汽管道下層， 與冷凝水回收管線連接， 組成冷凝水回收系統，回收后的蒸汽冷凝水作為循環水補水使用。

改造完成驗收使用階段時， 由于蒸汽管線水試漏時內部存水較多，暖管時需要關注，盡可能排空管道余水，避免蒸汽主管以及輸水管線震動。

（4）新增汽化器APC 控制手段

為減少汽化器人為操作難度，提高裝置穩定，同時減少汽化器負荷波動時對蒸汽總管的影響， 萬華寧波氯堿引進APC 過程控制系統，通過對汽化器運行過程中產生的大量實時數據、 歷史數據進行數據挖掘與分析，建立汽化器系統運行模型，利用系統模型進行多變量實時優化控制。

APC 投用后汽化器溫度值持續控制在期望值附近，目前該期望值設定在55 ℃以上，該期望值由操作人員設定，減少了人員操作難度，同時穩定汽化器操作， 降低汽化器出口的氯氣壓力、 溫度波動的20%實現液氯汽化器的卡邊控制， 降低汽化器出口氯氣溫度2 ℃，實現汽化器自動負荷控制，降低操作人員工作量。

圖1 現階段全廠蒸汽使用的平衡圖

3 改造效果

本次蒸汽管線改造完成后， 蒸汽管線汽源切換較之前更加方便快捷，系統平穩可靠，消除了之前出現的蒸汽跑冒滴漏的現象，取得了一定的經濟效益。

具體收益計算如下。

（1）節約蒸汽管線表面熱損失

根據計算公式可得，Qt＝{[2π（TV-TA）]/〔（LnD0/D1）1/λ+2/（D0α）]}×Z×1.3＝401.53（W/m）

共減少蒸汽管線85 m， 總計節約熱能85×401.53×24×365＝298 979 238（W），根據換算公式可得，每年可節約蒸汽83 714 186 kJ，0.35 MPa 下蒸汽熱焓值為2 725.0 kJ/kg，折合為蒸汽為30 t，預計總收益為30×200＝6 000（元）。

（2）減少蒸汽疏水閥蒸汽損失

蒸汽疏水閥根據熱損失計算， 蒸汽泄漏損失量及成本表（蒸汽價格200 元/t，月運行時間720 h），廠區內低壓蒸汽疏水較多，以低壓蒸汽疏水計算，減少損失＝4 638×11×12＝612 216（元）。

（3）蒸汽冷凝水回收收益

根據蒸汽使用量， 每小時預計回收2 m3冷凝水，以除鹽水5 元/t 價格計算，預計年度收益為2×24×5×365＝87 600（元）。

（4）合計收益

合計收益金額為705 816（元）。

（5）投資回收期

項目投資556 400 元；回收期0.8 年。

4 結語

蒸汽作為主要的能源， 在氯堿生產成本中占據著較大的比重， 蒸汽節約的表面價值是減少泄漏損失，但更大價值是提升蒸汽的品質，從根本上減少工藝換熱和伴熱設備對蒸汽的需求量， 并有效進行冷凝水回收利用。 本次改造強調技術先進、設計合理、產品可靠，所有設備均采用最高標準，取得了十分顯著的節能效果。