蒸汽系统运行优化与节能技术及应用

刘冠麟(中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086)

1 蒸汽系统运行优化与节能技术

1.1 中压蒸汽系统的优化节能措施

针对某炼厂的中压蒸汽系统来说，该蒸汽系统主要应用于向厂内的加氢装置汽轮机、常减压装置炉管注气以及向塔底做加热作业。在对该厂中的中压蒸汽系统进行统计调查过程中发现，若系统运行过程中，该厂在选用相同运行功率的前提之下，蒸汽参数的不断变化，会导致汽轮机进汽量产生相应的变化。具体表现为，随着蒸汽参数的升高，所产生蒸汽的可利用量越大，最终会使该中压蒸汽系统做功能力实现增长。为使中压蒸汽系统达到运行最大做功功率，需要加大蒸汽系统运行的压力。在实际操作过程中，该厂将中压蒸汽系统的运行压力由原来的3.30～3.44 MPa，调整到了现在的3.48～3.51 MPa，蒸汽系统运行压力的变化，使得其蒸汽用量节约了约9 t·h-1，使得该厂蒸汽系统运行得以实现优化。

为提升中压蒸汽系统的蒸汽产出量，同样会改变催化剂的性质和应用。以该厂渣油加氢装置反应器为例，对该装置发生反应过程中的反应条件做出改变，从原有的反应条件，转变成为重质化生产的生产模式。在蒸汽生成反应中，使用催化剂生产后，反应中的残碳量也由原有的5.4%提升到了6.4%，这一改变能够使得中压蒸汽系统在运行过程中增加产量约 41 t·h-1。

除以上两种优化节能措施之外，在中压蒸汽系统运行过程中使用柴油、蜡油、渣油等加氢装置，通过将系统中的压缩机转数降低、将氢油比降低等方式，实现中压蒸汽系统的节能减耗，根据具体调查数据显示，该方法能够节约大约6.79 t·h-1的蒸汽消耗量。针对于前文所提到的蜡油加氢装置来说，该装置致力于优化蒸汽系统运行的具体操作，进而帮助蒸汽系统降低蒸汽量，大约能够降低0.60 t·h-1。

1.2 低压蒸汽系统的优化节能措施

针对该炼厂的实际情况来说，该厂的常减压装置加热炉仍然在沿用原有的使用燃烧油的加热手段。燃烧油在使用过程中不仅具有一定的危险性，且其使用过程也较为复杂，其需要通过专门的泵来进行燃烧油输送，同时在实际应用过程中，还需要加入伴热才能发挥其能效。这一使用流程不仅复杂，还大大提升了蒸汽系统的运行消耗量。在该现状之下，需要通过以下两种方式来实现节能改善与优化：

第一，需要工厂内的所有部门都积极参与到燃烧油使用中的风险排查工作中来，并对各负责区域内的燃烧油运输管线做出整理，并且停止进行伴热工序的使用。

第二，需要相关部门对常减压装置进行细致的调查和数据采集，并对常压炉和减压炉两者均进行运行过程中的热负荷计算，该方式与前文中所提到的方式相同，都需要彻底停用燃烧油的伴热系统。

以上方式所适合的应用对象为，建立在南方城市的工厂，由于南方冬季的温度也普遍在0 ℃以上，得天独厚的地理优势能够帮助蒸汽系统进行优化的过程中，实现伴热系统的优化，帮助降低低压蒸汽系统在运行过程中的能耗。

除以上两种节能方式之外，还能够将蒸汽系统中的蜡油加氢装置的运行状态发生转变，实现该装置的高负荷运行，并对换热过程中的具体工艺和步骤均做出了调整，并将柴油的循环量由原有的123 t·h-1提升到了131 t·h-1，最终数据显示，该方法下的蒸汽系统能量产出相较于原有的蒸汽系统来说，提升了3 t·h-1的蒸汽产量。

1.3 低压蒸汽系统优化节能措施

在低压蒸汽系统运行过程中，较为常见的装置为硫磺回收联合装置。在落实节能优化措施时，分别采用了两种不同含量的溶剂再生装置，其区别在于前者为 700 t·h-1，后者是 600 t·h-1，在优化的过程中，并没有采用工艺包中固有的蒸汽系统运行参数，而是使用分阶段降低的方式，实现蒸汽系统运行所消耗能量的降低。

具体的优化流程为，以设计参数作为理论依据，前文中提到的两套溶液再生装置之下，分别施加0.13 t·h-1的压力，同时保证溶液再生装置塔底之下的温度保持在120 ℃左右，针对于两套装置的回流量来说，应尽量控制在35 t·h-1左右。在该方案落实的起始阶段，保持两台再生装置的负荷在80%左右浮动，发现其所消耗的蒸汽量约为140 t·h-1，而随着系统运行时长的变化，在流程模拟软件的加持之下，若保持装置底部所施加的压力和塔底的温度维持在设计数值范围之内，会导致最终产生的塔顶回流量数值偏大，这一现象会导致塔底压力的降低，为了能够保证塔底具有充足的压力，需要不断增加蒸汽量，会使得蒸汽消耗量增加，无法实现蒸汽系统的优化与节能。

基于此现象，需要对装置内的各项参数进行更新和调整，以保证蒸汽系统实现节能减排。调整后的塔底压力由原来的0.13 MPa调整到了0.10 MPa，并将塔底的温度降低了2 ℃，并对两套蒸汽装置中的温度和气体排放进行严格监督，最终使得装置降低了大约31 t·h-1的能量消耗，同时减少了蒸汽系统运行的资金消耗。

2 蒸汽系统优化与节能技术的应用

2.1 蒸汽系统优化与节能技术的应用

蒸汽系统落实优化与节能技术后，其应用范围较为广泛，可应用于电力、化工、钢铁以及炼油等多个方面，其中最为常见的是应用于工业开发区或城市中的电热企业之中。根据目前的调查数据显示，我国现已有20多家大型企业落实应用了该蒸汽系统的节能优化技术，其中最具代表性的为广州石化公司，该企业在应用技术之前，先对蒸汽系统中的动力系统、管网系统以及其他的一些重点应用装置都做出了详尽的调研，同时针对蒸汽系统工作过程中的蒸汽生产、输送等多个环节进行了相应模型的建立，同时重点建设相关监察系统和子系统，实现了较为完善的信息化平台建立[1]。广州石化公司在落实蒸汽系统优化与节能工作时，将管网、生产装置等多项数据进行了相应调整，在完成炼油新区伴热蒸汽疏水系统和凝结水回收工作后，紧接着又完成了化工区低温甲烷化催化剂的应用，并取得了显著的优化效果。

广州石化公司在系统优化的过程中，将重点落实在对蒸汽产量200 t·h-1，管网总长度为15 km的蒸汽系统的改造与优化过程当中。其所采用的优化方式为，在管网中设置相应的智能化管理系统，并对管线的保温做出具体的改造工作。优化完成后，广州石化公司每年能够节省约1.2万吨的煤炭消耗量，实现了2 500万元的经济收益。在对蒸汽产量高达1 600 t·h-1的80 km管网进行优化时，采用同样的技术手段，实现了每年4 000万元的多于经济收益[2]。

在蒸汽系统在线监控以及智能优化项目的落实过程中，炉机的运行方式相较于以往也发生了较大的改变，并且能够对蒸汽系统的每一个运行环节都进行实时的监督及管理，有效推动企业的经济收益和未来发展。

2.2 蒸汽系统优化节能的应用效益

第一，蒸汽系统的优化与节能工作，能够帮助实现蒸汽的综合利用价值。通过将系统中产生的蒸汽进行合理规划与利用，能够有效降低蒸汽消耗量，从而减少煤炭在蒸汽系统运行中的使用量，不仅能够提升其应用价值，还能够减少有害气体的排放，推动我国生态环境实现稳定、可持续发展，使人类的生活环境能够得到有效改善。第二，在我国目前的各大蒸汽系统应用企业之中，每单位产品中节省0.1 t的蒸汽资源，就能够降低约12万元的生产成本。而这一优化技术同样减少了企业对蒸汽系统设备的投资数额，还降低了设备使用过程中的维护费用，具有极高的经济效益。

2.3 蒸汽系统优化在提高运行效率中的应用

以某石化公司炼油厂为例，其主要的优化目的是为了保证30×103t/a的重催装置落实安全生产，以避免在蒸汽系统在运行过程中出现故障影响后续的操作。在原有的蒸汽系统设计过程中其将6 MPa的被生产蒸汽，作为2台设备的动力用汽，但在实际应用中发现，该方式会导致部分蒸汽没有实际应用在生产过程之中，部分蒸汽通过减压器进入管网之中，并没有真正做功。

该公司认识到这一现状后，使用蒸汽优化软件进行详尽的模拟与计算，并做出如下调整方案。该厂需要对该重催装置增加部分外供蒸汽，具体的外供蒸汽数量为3 MPa级蒸汽约35 t·h-1，在增加外供蒸汽的同时，需要对供入系统的蒸汽量做出一定程度上的削减。该公司的动力厂中锅炉装置，会将供入系统之中的部分蒸汽传输至6 MW的发电机组之中，与此同时，该厂需要根据季节的变化，相应调整发电量，需要注意的是，冬季的规定发电量需要在夏季发电量之上。

在该优化技术落实的过程之中，若该装置在运行过程中仍然出现了余热故障，则需要工厂立即暂停所有工作，并派遣专业的维修小组进行蒸汽系统的数值调整。只有当系统所有数值恢复稳定和正常时，才能够继续实现系统运行。

综上所述，6 MW的发电装置在控制系统中处于落后的地位，进而不能够充分满足发电负荷的持续性提高，究其根本，中压蒸汽的余量需要充分满足下一阶段所需的最低蒸汽量，才能保证负荷的提高。通过前文所阐述的蒸汽系统优化方式，能够达成预期的改造目的，具体表现为当作业处于夏季发电装置允许相较于原有的发电量多增加2 MW；若是处在冬季，发电装置的发电量允许提升至4 MW，在该方案落实中后，重催装置中的蒸汽产量及质量都实现了显著增长，同时还进一步保证了管网系统在工作过程中的安全性，与此同时，该厂当年累积提升经济收益900万元。

2.4 在线诊断和优化系统中的应用

第一，在实现汽轮机的转移过程后，由于低压部分管网内蒸汽的流动速度不高，加之该部分处于整个蒸汽转移的末端，所以导致很多蒸汽出现了结水状态。为避免这一情况的产生，该厂所采用的方式为，将伴热线北侧的蒸汽进行调整，让蒸汽从1线转至2线。同时关闭南侧的1线。由于夏季对于低压蒸汽的需求量较小，所以管网的蒸汽输送量也较小，这一情况之下允许关停部分管网，减少损耗。该厂在对停止使用管线的安全性进行分析的过程中发现，冬季产生中压蒸汽时，存在一定的安全风险，并且容易出现结水现象，产生水击的风险。该厂在产汽量和进汽量差异不明显的情况之下，需要该现场派遣专业的管理人员对该段管线进行实时监测工作，同时要在该段管线中安设温度计，以保证蒸汽生产过程中的安全性。

第二，该厂同样利用建立模型的手段对于低压管网进行了模拟，针对管网降压的情况分析来看，在低压蒸汽需求者中，需求量较高的是新硫磺的酸性水汽。为了能够实现高质量酸性水汽堤地产生，该厂增加了焦化到酸性这一变化部分的专线。当该厂检测到低压管网中的压力已经足够低时，主管线和一部分支管线中蒸汽的流动速度出现了较为明显地增大，这时若再下调压力则会产生较为不良的影响。

第三，该厂积极利用数学模型建立了蒸汽系统的监测装置，并能够对系统运行和用户数据信息进行实时采集和模拟。同时，根据系统目前所含有的蒸汽参数来得到系统管网内各个部分的运行状况和具体数据，为该厂内部的分配与调动奠定基础。在检测过程中，其主要包含以下五个监测模块：报警信息、分布图、系统总图、阀门、数据。在对蒸汽系统进行实时检测的过程之中，该厂相关工作人员能够根据不同的生产状态来控制蒸汽的生产，使其能够实现平衡。在避免不必要的浪费情况之上，还能够保证蒸汽高品质生产。

3 结语

综上所述，蒸汽系统优化与节能措施的落实，对我国化工、电力、钢铁等多项产业发展具有重要意义和作用。因此，我国相关企业应提高对蒸汽系统优化节能的重视度，在提升企业经济收益的同时，实现我国生态环境的稳定、健康、可持续发展。