工廠蒸汽管網(wǎng)運行分析及改進

樊志強

(山西中煤平朔能源化工有限公司，山西朔州 036006)

山西中煤平朔能源化工有限公司(簡稱中煤平朔化工)劣質(zhì)煤綜合利用示范項目主體由氨生產(chǎn)和氨加工兩部分構(gòu)成，其中氨生產(chǎn)系統(tǒng)采用6套碎煤加壓氣化爐，以平朔煤為原料，年產(chǎn)30萬t合成氨、7.2萬t液化天然氣；氨加工由2套18萬t/a硝酸裝置、2套20萬t/a硝酸銨裝置組成[1-2]。筆者以該項目的蒸汽系統(tǒng)為例，將其在運行過程中存在的一些問題及后續(xù)技術(shù)改造情況進行總結(jié)。

1 全廠蒸汽系統(tǒng)概況

該劣質(zhì)煤綜合利用示范項目設(shè)計4臺160 t/h循環(huán)流化床鍋爐為全廠提供動力蒸汽和工藝蒸汽，正常運行方式為3開1備。全廠設(shè)計3個壓力等級的蒸汽管網(wǎng)，即高壓蒸汽管網(wǎng)、中壓蒸汽管網(wǎng)和低壓蒸汽管網(wǎng)，全廠蒸汽管網(wǎng)壓力等級見表1。

表1 全廠蒸汽管網(wǎng)壓力等級

5.29 MPa壓力等級的高壓蒸汽除了供全廠的汽輪機組使用外，還主要供氣化爐配氣化劑使用；2.50 MPa壓力等級的中壓蒸汽主要供硝酸銨裝置和環(huán)保工段酚氨回收裝置使用；0.55 MPa壓力等級的低壓蒸汽主要供低溫甲醇洗和混合制冷裝置使用，在冬季時還供全廠的伴熱及采暖使用。

各種壓力等級的蒸汽供需情況及全廠蒸汽平衡情況見表2和表3。

表2 全廠蒸汽供需

表3 全廠蒸汽平衡

為平衡全廠蒸汽系統(tǒng)，在鍋爐裝置內(nèi)部配備了3臺減溫減壓站，分別為1臺60 t/h高壓蒸汽減至中壓蒸汽管網(wǎng)的減溫減壓站，以及2臺60 t/h高壓蒸汽減至低壓蒸汽管網(wǎng)的減溫減壓站。

2 運行過程中存在的問題

2.1 低壓蒸汽管網(wǎng)

項目原始開車過程中，在為變換冷卻工段的鈷鉬系催化劑進行硫化時，采用高壓蒸汽與低壓氮氣換熱，升溫后的低壓氮氣對鈷鉬系催化劑進行升溫，換熱后的高壓蒸汽直接并入低壓蒸汽管網(wǎng)。由于當時氨生產(chǎn)和氨加工裝置還未開車，低壓蒸汽用戶只有鍋爐裝置的高壓除氧器，且其使用量小于并入低壓管網(wǎng)的蒸汽量，使得低壓蒸汽管網(wǎng)存在超壓的可能性。為了使低壓蒸汽管網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行，在換熱站處臨時增加1條放空管線，在低壓蒸汽管網(wǎng)壓力高于規(guī)定值時將其開啟作為泄壓口。

2.2 高壓蒸汽管網(wǎng)

項目流程全部打通后，在運行過程中突然發(fā)生了晃電事故，導(dǎo)致空分裝置聯(lián)鎖跳車，后續(xù)工段也相繼跳車，因高壓蒸汽用戶主要供全廠機組汽輪機使用，在所有機組速關(guān)閥聯(lián)鎖關(guān)閉的情況下，數(shù)量龐大的高壓蒸汽瞬間退回高壓蒸汽管網(wǎng)，若不能在第一時間排放掉，造成的后果是不可想象的。事故發(fā)生后，鍋爐車間馬上打開鍋爐本體的對空排放閥門泄壓，即便在如此迅速的處置下，高壓蒸汽管網(wǎng)壓力仍然上升較快，最高值時接近設(shè)定值。

3 各級蒸汽管網(wǎng)的技術(shù)改造

從以上幾起蒸汽系統(tǒng)運行過程中發(fā)生的事故可以看出，正是由于高壓蒸汽外管和低壓蒸汽外管均無放空裝置，使得在處理管網(wǎng)超壓情況時捉襟見肘。為此，決定在高壓蒸汽外管和低壓蒸汽外管上分別增設(shè)1個放空裝置。總包方的設(shè)計是高壓蒸汽放空增設(shè)在綜合壓縮處，放空質(zhì)量流量為120 t/h；低壓蒸汽放空增設(shè)在混合制冷處，放空質(zhì)量流量為60 t/h。全廠高壓蒸汽管網(wǎng)和低壓蒸汽管網(wǎng)見圖1和圖2，圖中虛線框內(nèi)為新增放空裝置所在位置。總包方建議新增的放空閥采用進口閥，即快開閥，基本在2 s內(nèi)即可達到100%開度，但由于進口閥價格昂貴，保守估計單套閥門價格為200余萬元，經(jīng)濟性較差[3-4]。結(jié)合實際情況后決定采用國產(chǎn)閥代替進口閥，單套價格為40余萬元。國產(chǎn)閥雖然在執(zhí)行機構(gòu)的時效性上不及進口閥，但亦可滿足安全要求，在節(jié)約投資的前提下，也提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。

圖1 全廠高壓蒸汽管網(wǎng)

圖2 全廠低壓蒸汽管網(wǎng)

4 其他平衡措施

全廠在冬季運行過程中，由于有采暖及全廠伴熱對低壓蒸汽的消耗，且運行的3臺循環(huán)流化床鍋爐裝置不能達到滿負荷產(chǎn)汽，使得全廠蒸汽管網(wǎng)難以維持平衡。若將備爐點火供汽，所產(chǎn)蒸汽又不能全部合理利用，造成浪費。2017年冬季采暖期，中煤平朔化工負責為工業(yè)園區(qū)及某生活小區(qū)供暖。經(jīng)核算，約需額外增加5.29 MPa、485 ℃高壓蒸汽102 t/h。在這種情況下，必須4臺鍋爐同時供汽。鍋爐主蒸汽管道設(shè)計初按480 t/h最大蒸汽質(zhì)量流量設(shè)計，根據(jù)設(shè)計規(guī)范，過熱蒸汽管公稱直徑大于200 mm，流速為40～60 m/s，通過核算，3臺鍋爐滿負荷生產(chǎn)時，主蒸汽流速為57 m/s，已達設(shè)計上限，故4臺鍋爐同時運行需要更換部分蒸汽母管管線；同時，為了防止蒸汽壓力波動，在外供蒸汽管線上增加1個調(diào)節(jié)閥，這樣既可保證正常生產(chǎn)，又能滿足采暖需求。

5 結(jié)語

煤化工項目的蒸汽系統(tǒng)平衡是一項長期、復(fù)雜的工作。在日常蒸汽平衡的工作中，既要滿足生產(chǎn)，又要實現(xiàn)低成本、高效率的目標；同時，還應(yīng)將安全時刻擺在第一位，故此次對高壓蒸汽管網(wǎng)和低壓蒸汽管網(wǎng)增設(shè)放空閥的改造工作很有必要，它能確保各級蒸汽管網(wǎng)在發(fā)生事故時不會超壓。冬季為工業(yè)園區(qū)及居民小區(qū)供暖也合理地平衡了蒸汽量，企業(yè)也為減少大氣污染物的排放做出應(yīng)有的一份貢獻。