韓會(huì)亮，袁亮

煉廠蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造與成效

韓會(huì)亮，袁亮

（中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司， 新疆 庫(kù)車(chē) 842000）

蒸汽是煉廠生產(chǎn)過(guò)程中的重要?jiǎng)恿橘|(zhì)，蒸汽和電的消耗占全部能耗的60%以上，蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化是煉廠節(jié)能降耗的重點(diǎn)。本文介紹了塔河煉化蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，通過(guò)對(duì)蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行流程優(yōu)化改造和采用新型保溫材料納米氣凝膠絕熱氈替代常規(guī)保溫材料硅酸鹽棉改造，不僅蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行得到了改善，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

蒸汽管網(wǎng)；流程優(yōu)化改造；納米氣凝膠；經(jīng)濟(jì)效益

蒸汽是煉廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的主要能源之一，為了滿足各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)于壓力和溫度的不同需求設(shè)置有多個(gè)級(jí)別蒸汽管網(wǎng)，蒸汽管網(wǎng)龐大且復(fù)雜。隨著企業(yè)不斷發(fā)展，新裝置不斷增加，蒸汽管網(wǎng)不斷擴(kuò)大，管網(wǎng)運(yùn)行的新問(wèn)題也不斷產(chǎn)生，因此，蒸汽系統(tǒng)需要持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化改造，消除運(yùn)行中存在問(wèn)題，提高運(yùn)行效率，進(jìn)而降低煉油成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

1 蒸汽管網(wǎng)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 蒸汽管網(wǎng)現(xiàn)狀

塔河煉化是一個(gè)加工能力500萬(wàn)t/a的石油制品煉制與化工企業(yè)，包括常減壓、焦化、硫磺、加制氫、異構(gòu)化和連續(xù)重整等煉油裝置。生產(chǎn)廠區(qū)設(shè)置了2個(gè)級(jí)別的蒸汽管網(wǎng)（中壓3.5 MPa蒸汽和低壓1.0 MPa蒸汽），南廠區(qū)設(shè)置有2條中壓蒸汽管網(wǎng)和4條低壓蒸汽管網(wǎng)，新廠區(qū)設(shè)置有2條中壓蒸汽管網(wǎng)和2條低壓蒸汽管網(wǎng)。

塔河煉化蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)主要產(chǎn)汽單元是公用工程作業(yè)部4臺(tái)中壓燃?xì)忮仩t，其中包括兩臺(tái)額定負(fù)荷45 t/h中壓燃?xì)忮仩t和2臺(tái)額定負(fù)荷90 t/h中壓燃?xì)忮仩t。實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)系統(tǒng)蒸汽需求調(diào)整鍋爐運(yùn)行匹配，保持2臺(tái)鍋爐運(yùn)行，2臺(tái)鍋爐備用；4臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽為3.7 MPa，445 ℃中壓蒸汽，與4臺(tái)鍋爐配套設(shè)置有3臺(tái)減溫減壓器，其中包括1臺(tái)額定產(chǎn)汽40 t/h，1臺(tái)額定產(chǎn)汽50 t/h和1臺(tái)額定產(chǎn)汽70 t/h，3臺(tái)減溫減壓器產(chǎn)汽為0.8 MPa，280 ℃低壓蒸汽；鍋爐和減溫減壓器所產(chǎn)中、低壓蒸汽分別通過(guò)中、低壓蒸汽管網(wǎng)供至用汽單位[1]。隨著企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，各用汽裝置不斷增加，且各用汽裝置布置分散，用汽情況變化較大，蒸汽管網(wǎng)雖然經(jīng)過(guò)多次技術(shù)改造和擴(kuò)容，但仍存在著許多“瓶頸”和流程不合理問(wèn)題未能解決，系統(tǒng)蒸汽損失較大。

1.2 存在問(wèn)題

（1）蒸汽管網(wǎng)布局復(fù)雜，供給節(jié)點(diǎn)和消耗節(jié)點(diǎn)較多，且各個(gè)節(jié)點(diǎn)供給和消耗的蒸汽量不均衡，在某一節(jié)點(diǎn)蒸汽量發(fā)生變化時(shí)，造成管網(wǎng)局部存在流速低或滯流或流向變化現(xiàn)象，影響管網(wǎng)其他節(jié)點(diǎn)蒸汽品質(zhì)，進(jìn)而影響裝置安全生產(chǎn)。

塔河煉化公司中壓蒸汽如（圖1），2#裝置擴(kuò)建新增2#延遲焦化至連續(xù)重整裝置中壓蒸汽管道，連續(xù)重整作為管網(wǎng)末端，正常生產(chǎn)時(shí)連續(xù)重整裝置自產(chǎn)中壓蒸汽供裝置內(nèi)部使用，富余1~2 t/h蒸汽外送至蒸汽管網(wǎng)，異構(gòu)化裝置消耗6~7 t/h蒸汽，由于管網(wǎng)整體流速較低，當(dāng)連續(xù)重整裝置自產(chǎn)蒸汽出現(xiàn)異常，需要系統(tǒng)供汽時(shí)，系統(tǒng)蒸汽溫度和壓力均不能滿足裝置用汽需求。

（2）由于蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，供熱區(qū)域大、范圍廣，蒸汽管道長(zhǎng)，管網(wǎng)沿途設(shè)計(jì)爬坡、膨脹彎較多，管道保溫材質(zhì)差，局部破損，造成管網(wǎng)散熱損失與沿程阻力損失嚴(yán)重，使得較遠(yuǎn)的用戶蒸汽溫度、壓降較大。實(shí)際生產(chǎn)中鍋爐產(chǎn)中壓蒸汽壓力3.7 MPa，溫度445 ℃，蒸汽經(jīng)過(guò)中壓蒸汽管網(wǎng)輸送到1#焦化裝置邊界壓力3.6 MPa，溫度410 ℃，輸送到2#焦化裝置邊界壓力降至3.45 MPa，溫度降至405 ℃。由此可見(jiàn)，蒸汽在通過(guò)管網(wǎng)輸送過(guò)程中壓降和溫降都十分嚴(yán)重。

圖1 中壓蒸汽管網(wǎng)示意圖

2017年8月按GB/T8174-2008《設(shè)備及管道絕熱效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》規(guī)定，采用表面溫度法與紅外熱像法相結(jié)合的方法對(duì)四條中壓蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行管道保溫表面性能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算整條管道表面熱流密度計(jì)散熱損失[2]，從測(cè)試結(jié)果（表1）看，管道保溫表面散熱損失較大，新廠區(qū)投產(chǎn)時(shí)間較短，管道散熱損失較南廠區(qū)稍好。

表1 蒸汽管道保溫表面測(cè)試計(jì)算結(jié)果表

2 蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造

2.1 流程優(yōu)化改造

2.1.1 改造方案

從2#空分站南側(cè)與天山南路交叉口處的 FR3064B處的3.5 MPa蒸汽主管道（DN250）上引一條DN250的蒸汽管線，此新增管線沿長(zhǎng)春路東側(cè)南北向管廊向北約150 m，然后沿東西向主管廊向西約約110 m 走至連續(xù)重整裝置 1#管橋南側(cè)邊界處，沿連續(xù)重整裝置內(nèi)管廊向北接至其自產(chǎn)中壓蒸汽至氣壓機(jī)管道（DN250）三通前，與自產(chǎn)蒸汽外輸系統(tǒng)管道連接，實(shí)現(xiàn)新增管道為連續(xù)重整裝置供汽（圖2）。

圖2 改造后中壓蒸汽管網(wǎng)示意圖

連續(xù)重整裝置邊界處蒸汽管線上面設(shè)置流量、壓力、溫度遠(yuǎn)傳設(shè)施，就地溫度、壓力顯示。裝置內(nèi)的碰頭位置設(shè)置閥門(mén)操作平臺(tái)，F(xiàn)R3064B處的原3.5 MPa蒸汽主管道至2#焦化方向新增隔斷閥，至連續(xù)重整裝置新增管道增加隔斷閥，同時(shí)在異構(gòu)化邊界管網(wǎng)2#焦化丁字路口至連續(xù)重整中壓蒸汽管道上新增個(gè)隔斷閥，便于控制各分支流量。中壓蒸汽管網(wǎng)流程優(yōu)化改造后，通過(guò)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)關(guān)，停用2#焦化丁字路口至異構(gòu)化管網(wǎng)，將2#焦化作為原有蒸汽管道的末端裝置，異構(gòu)化裝置作為新增管道的末端裝置。按照正常運(yùn)行工況5 t/h的流量，管徑DN250，流速3 m/s，中壓蒸汽（溫度425 ℃，壓力3.6 MPa）核算，蒸汽通過(guò)新增管網(wǎng)從FR3064B處至連續(xù)重整裝置邊界處時(shí)，其沿途壓力損失為7 kPa，溫降40 ℃，可以滿足連續(xù)重整裝置用汽（溫度≮360 ℃）的需求。如果將2#焦化作為管網(wǎng)末端，溫度會(huì)進(jìn)一步提高。

2.1.2 改造效果

該條管網(wǎng)改造完工投用后，經(jīng)測(cè)試，連續(xù)重整裝置邊界處中壓蒸汽壓力3.5 MPa，溫度380 ℃，較改造前中壓蒸汽壓力3.2 MPa，溫度320 ℃，明顯提高，蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行得到明顯改善。

2.2 管道保溫改造

2.2.1 納米氣凝膠絕熱氈的性能及特點(diǎn)

納米氣凝膠絕熱氈是以納米二氧化硅氣凝膠為主體材料，通過(guò)特殊工藝同玻璃纖維棉或預(yù)氧化纖維氈復(fù)合而成的柔性保溫氈，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得氣凝膠絕熱氈具有許多常規(guī)材料無(wú)可比擬的特性（表2）。

表2 納米氣凝膠絕熱氈性能表

其特點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)低，常溫下可低于0.02 W/（m·K），是常規(guī)材料的1/3~1/5，保溫后散熱損失小，節(jié)能率可達(dá)30%以上，且高溫下性能優(yōu)勢(shì)更加明顯；納米氣凝膠防水，有一定的抗拉及抗壓強(qiáng)度，環(huán)保防腐屬于新型的保溫材料[3]。

2.2.2 保溫方案

鍋爐集汽集箱出口至1#、2#焦化氣壓機(jī)中壓蒸汽管網(wǎng)（南廠1#、2#管網(wǎng)和新廠1#管網(wǎng)，共計(jì)約2 447 m）全部更換為納米氣凝膠絕熱氈材料，以降低中壓蒸汽管網(wǎng)散熱損失。根據(jù)《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)通則》GB/T 4272—2008規(guī)定的常年運(yùn)行工況允許最大散熱損失值應(yīng)小于188 W/m2，結(jié)合已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)，改造方案采用納米氣凝膠保溫毛氈＋玻璃纖維氈保溫材料組合保溫的方式。納米氣凝膠絕熱材料3層共30 mm厚；玻璃纖維氈5層共50 mm厚。其中內(nèi)3層采用氣凝膠包裹；外5層采用玻璃纖維氈包裹。

中壓蒸汽管道→氣凝膠10 mm→氣凝膠10 mm→鋁箔布→氣凝膠10 mm→鋁箔布→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→玻璃纖維氈10 mm→外護(hù)層（鋁皮）

2.2.3 改造后效果

2018年5月份完成鍋爐集汽集箱出口至1#、2#焦化氣壓機(jī)中壓蒸汽管網(wǎng)（約2 447 m）納米氣凝膠保溫更換工作。按GB/T8174-2008《設(shè)備及管道絕熱效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》規(guī)定，此次采用熱流計(jì)法和紅外熱成像法相結(jié)合的測(cè)試方法對(duì)高溫管線保溫表面熱流及溫度進(jìn)行測(cè)試。從測(cè)試計(jì)算結(jié)果（表3）看，中壓蒸汽管道采用納米氣凝膠絕熱氈保溫后，保溫散熱指標(biāo)優(yōu)于國(guó)標(biāo)，效果較好。

表3 保溫更換后蒸汽管道表面測(cè)試計(jì)算結(jié)果表

3 經(jīng)濟(jì)效益

（1）中壓蒸汽管網(wǎng)新增管線改造完工投用后，將異構(gòu)化作為新增管網(wǎng)末端裝置，經(jīng)測(cè)試，連續(xù)重整裝置邊界處中壓蒸汽壓力3.6 MPa，溫度380 ℃，較改造前中壓蒸汽壓力3.2 MPa，溫度320 ℃，明顯提高，消除了管網(wǎng)介質(zhì)低流速積液等問(wèn)題，蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行得到明顯改善。如將2#焦化作為兩條管網(wǎng)的末端裝置，通過(guò)新增閥門(mén)控制兩條管網(wǎng)流通流量，使兩條管網(wǎng)均保持高流速，保證2#焦化裝置蒸汽參數(shù)的同時(shí)，連續(xù)重整裝置邊界中壓蒸汽壓力、溫度會(huì)進(jìn)一步提高，保證裝置安穩(wěn)運(yùn)行。

（2）中壓蒸汽管網(wǎng)采用納米氣凝膠絕熱氈保溫后，根據(jù)實(shí)際節(jié)能量折算為節(jié)省蒸汽量計(jì)算效益。

改前年散熱損失（GJ）=改前熱流密度（W/m2）×管線外表面積（m2）÷1 000×8 400 h×0.003 6

改前年損失蒸汽（t）=改造前年散熱損失（GJ）×1 000÷q

改后年損失蒸汽（t）按改后的熱流密度按上式計(jì)算；

年節(jié)約蒸汽=改前年損失蒸汽（t）-改后年損失蒸汽（噸）

年節(jié)約效益=年節(jié)約蒸汽×120元/t

注：a.年運(yùn)行小時(shí)按8 400 h計(jì)算

b.鍋爐出口蒸汽（3.7 MPa，445 ℃）對(duì)應(yīng)的蒸汽焓值q為3 322 kJ/kg

c.管線表面積（m2）=3.14×（管外徑+2×保溫厚度）×管線長(zhǎng)度

d. 0.003 6為換算單位，1 kWh=0.003 6 GJ

經(jīng)計(jì)算，中壓蒸汽管網(wǎng)保溫改造前年損失蒸汽=47 485.64×1 000÷3 322=14 294.29 t；保溫改造后年損失蒸汽=16 611.74×1 000÷3 322=5 000.52 t。

年節(jié)約效益=（14 294.29-5 000.52）×120=110.5萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行改造，新增至連續(xù)重整裝置管線，連續(xù)重整裝置中壓蒸汽壓力和溫度明顯提高，蒸汽管網(wǎng)運(yùn)行得到明顯改善，為裝置安穩(wěn)運(yùn)行提供了有力保障。

（2）采用納米氣凝膠絕熱氈與玻璃纖維氈相結(jié)合的保溫方式可以比常規(guī)材料保溫方式達(dá)到更好效果，散熱損失和保溫厚度大大降低，節(jié)能效益可觀。

［1］韓會(huì)亮，等. 中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司公用工程作業(yè)部鍋爐單元工藝技術(shù)規(guī)程[Z]. 2019．

［2］GB/T8174-2008《設(shè)備及管道絕熱效果的測(cè)試與評(píng)價(jià)》[S]. 2009-01-01實(shí)施．

［3］朱英娣. 納米氣凝膠絕熱氈的應(yīng)用及性能分析[J]. 石油石化綠色低碳，2017，2（6）．

Optimization of Steam Pipe Network in a Refinery

,

（Sinopec Tahe Petrochemical Co., Ltd., Xinjiang Kuche 842000, China）

Steam is an important power medium in the production process of refinery. The consumption of steam and electricity accounts for more than 60% of the total energy consumption,steam pipe network optimization is the focus of energy saving and consumption reduction in refineries. In this paper, the operation status of steam pipe network in Tahe refinery was introduced, through optimizing the steam pipe network and replacing silicate cotton with nano-aerogel insulating felt, a new type of thermal insulation material, the operation of steam pipe network was improved, and good economic benefits were achieved.

steam pipe network; process optimization; nano aerogel; economic benefit

2019-12-02

韓會(huì)亮（1987-），男，助理工程師，河北省石家莊市人，2010年畢業(yè)于承德石油高等專科學(xué)校熱能動(dòng)力設(shè)備與應(yīng)用專業(yè)，主要從事公用工程鍋爐、水系統(tǒng)及管網(wǎng)運(yùn)行管理工作。

李彬（1980-），男，工程師、審計(jì)師，從事煉油工藝。

TK 28

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1004-0935（2020）02-0192-04