炼厂低压蒸汽汽轮机应用比较

姜继伟，王春峰，孙惠山，陶国锋

（中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 266071）

炼厂低压蒸汽汽轮机应用比较

姜继伟，王春峰，孙惠山，陶国锋

（中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 266071）

在新建和改扩建的炼厂项目中，经常采用低压蒸汽进背压汽轮机做功来拖动转动设备，并背出低低压蒸汽供工艺装置使用。汽轮机拖动转动设备可采用两种方案，其一是拖动多台低功率泵、风机等小型设备；其二是拖动一台大功率背压发电机，利用电能拖动小型设备运转。针对汽轮机用作发电和工业拖动两种用途，对比分析炼厂在蒸汽不足和过剩的情况下汽轮机的运行经济性。通过工程实例比较，在同等进汽情况下，汽轮机发电的经济性往往要好于工业拖动汽轮机。

低压蒸汽；汽轮机；发电；工业拖动

在炼厂生产过程中，某些工艺装置需要大量的0.4 MPa低低压蒸汽（如酸性水汽提装置、溶剂再生装置等），但由于低低压蒸汽过热度低，流动阻力大，易疏水，要求输送管径大等特点，不适合长距离输送。在实际生产中，全厂管网往往仅提供3.5、1.0 MPa中、低压蒸汽，在装置中采用减温减压器或背压汽轮机背出低低压蒸汽供装置使用。

在上世纪建设的炼厂中，由于规模大都较小，加工的大多是低硫油，硫磺回收装置规模小，用0.4 MPa低低压蒸汽相对也比较少，大都采用减温减压器来保证装置低低压蒸汽的供给。进入本世纪，特别是近年来，随着我国石油需求的不断增长，炼油规模不断扩大，近几年新建项目都是千万吨级，加工的大都是进口的高硫油，造成炼厂硫磺回收装置规模越来越大，0.4 MPa低低压蒸汽负荷相应也越来越高，再通过减温减压获得既不经济，也不符合国家节能减排的政策。

为了充分利用3.5、1.0～0.4 MPa的能量，一般通过蒸汽透平将低压蒸汽背压出低低压蒸汽。根据低压蒸汽的产量和参数，蒸汽可集中利用和分散利用。集中利用可用作汽轮机发电；分散利用可利用汽轮机取代电动机拖动压缩机、风机和泵等做功设备。通过蒸汽透平回收能量，不仅节约电能，而且提高了企业能源利用率。

1 蒸汽利用效果分析

目前国内炼厂设计中，均采用“以汽定电”蒸汽逐级利用的原则，动力站或者装置产生的高压或中压蒸汽，经梯级利用后成为低压、低低压蒸汽，被用作加热工艺介质。在装置内设置一台或多台蒸汽汽轮机，既能有效利用蒸汽的能量，又能降低生产成本，具有很好的经济性[1]。

在炼厂的设计或改造过程中，当需要设透平时，人们往往把思路首先投向采用工业拖动汽轮机驱动压缩机、泵或风机等转动机械，但却忽视了如下问题：一般情况下，炼厂中大功率压缩机数量有限，而泵、风机的数量较多、功率小，当需要透平的蒸汽量较大时，找不到足够的压缩机用汽轮机拖动，就需要很多台的小型汽轮机同时工作来拖动泵、风机等，而当工业拖动汽轮机的轴功率比较小时，汽轮机的效率随之降低，节能效果大打折扣。

如果放弃选用大量小功率汽轮机拖动泵、风机，而是采用单台大功率汽轮发电机组发电，用电动机拖动泵、风机，其综合效率将得以提高。虽然发电在二次能源转换和输送过程中存在能量损失；但采用小功率机组带动转动设备，虽然没有能量损失，但机组效率过低，不经济[2]。

下面通过比较汽轮机同等进汽情况下发电和工业拖动的轴功率，分析汽轮机在两种用途下的经济性，得出汽轮机的最佳使用方案。在全厂蒸汽不足时，采用背压式汽轮机发电或拖动转动设备，背出低低压蒸汽，满足装置蒸汽需求[3]；在全厂蒸汽过剩时，采用凝汽式汽轮机发电或拖动转动设备，并将低压蒸汽冷凝掉，达到蒸汽的有效利用[4]。

1.1 全厂蒸汽不足

炼厂蒸汽不足时，装置需要低低压蒸汽，可将低压蒸汽自管线引至装置，采用背压式汽轮机背出低低压蒸汽。背压式汽轮机可采用一台大功率发电汽轮机，也可以采用多台工业拖动汽轮机。图1给出了背压式汽轮机两种用途下轴功率与汽轮机效率的关系，图中发电汽轮机效率取0.7；工业拖动汽轮机效率与汽轮机的功率有关，如果采用多台小功率汽轮机，则平均效率较低，本文在比较时，工业拖动汽轮机的平均效率范围取0.3～0.8。

图1 背压式汽轮机功率比较Fig.1 Power comparison of back pressure steam turbine

由图1可以看出，汽轮机轴功率与效率成正比关系，随着效率的降低，汽轮机轴功率下降。装置内采用工业拖动汽轮机时，驱动泵或风机，汽轮机轴功率小，效率低[5]。

根据以上分析，炼厂低压蒸汽用作发电的优势较大，能够减少炼厂的外买电量，从而降低全厂的生产成本。

1.2 全厂蒸汽过剩

炼厂蒸汽过剩时，低压蒸汽需采用凝汽式汽轮机发电或拖动转动设备。图2给出了汽轮机轴功率与效率之间的关系，图中发电汽轮机的效率取0.8，工业拖动汽轮机的平均效率范围取0.3～0.85。

图2 凝汽式汽轮机功率比较Fig.2 Power comparison of condensing steam turbine

由图2可以看出，凝汽式汽轮机轴功率与汽机效率成正比关系。在进汽参数相同的情况下，多台工业拖动汽轮机的平均效率低，相应的输出轴功率少。在全厂蒸汽过剩时，发电汽轮机较工业拖动汽轮机轴功率要大，蒸汽利用效果要好[5]。

2 经济性比较

按照低压蒸汽进汽轮机，进汽量100 t/h，背压式汽轮机背出低低压蒸汽。发电汽轮机取1台；工业拖动汽轮机组取3台，进汽量分别为50，30，20 t/h。在同等进汽情况下，本文分别从投资成本、运行成本两个方面进行经济性比较。

2.1 全厂蒸汽不足

在全厂蒸汽不足情况下，采用背压式汽轮机。

2.1.1 投资成本

1台进汽量为100 t/h的汽轮机组带发电机需投资500万元。3台进汽量为50，30，20 t/h的工业拖动汽轮机及相应的调速装置共需投资250万元。

2.1.2 运行成本

汽轮机进汽量对应的轴功率如表1所示。

表1 进汽量与轴功率(一)Table 1 Steam input and shaft power（1）

进汽量为100 t/h的汽轮机发电量约4 000 kW，3台工业拖动汽轮机功率总计为2 340 kW。假定工业拖动汽轮机带泵负荷等于汽轮机功率，发电汽轮机发电量除满足泵负荷要求和电路线损外，还剩余接近1 460 kW。

按照全年满负荷运行 8 400 h，1年可多发电1.23×104 MW。按照工业用电0.6元/kWh，每年可产效益736万元。由此可见，1台进汽量为100 t/h的发电汽轮机与3台工业拖动用汽轮机比较，虽然初投资较高，但是不到1年便可收回投资成本，具有可观的经济效益。

2.2 全厂蒸汽过剩

在全厂蒸汽过剩的情况下，采用凝汽式汽轮机。

2.2.1 投资成本

1台进汽量为100 t/h的带发电机汽轮机组共投资1 000万元。3台进汽量为50，30，20 t/h的工业拖动汽轮机及相应的调速装置共需投资650万元。

2.2.2 运行成本

汽轮机进汽量对应的轴功率如表2所示。

表2 进汽量与轴功率（二）Table 2 Steam input and shaft power（2）

进汽量为100 t/h的汽轮机组发电量约16 790 kW，3台工业拖动汽轮机功率总计为8 200 kW，假定工业拖动汽轮机带泵负荷等于汽轮机功率，发电汽轮机发电量除满足泵负荷要求和电路线损外，发电量剩余7 750 kW。

按照全年满负荷运行8 400 h，可多发电6.51× 104MW。按照工业用电0.6元/kWh，每年可产效益3 900万元。由此可见，采用汽轮机发电很快便可收回投资成本，经济效益可观。

3 结 语

在炼厂的设计或改造过程中，采用汽轮机代替减温减压器，合理利用各个蒸汽等级间的能量差是非常必要的，但并不是只要不减温减压就是最节能的。汽轮机型式的选择可根据炼厂蒸汽平衡情况综合考虑，汽轮机的数量应尽量少，单台汽轮机功率应尽量大，如果找不到较大的驱动设备，可采用单台大功率发电汽轮机代替多台工业拖动汽轮机，通过电能形式来驱动装置内泵或风机等转动设备，实现炼厂蒸汽能量的有效利用，从而降低全厂的生产成本，创造更大的经济效益。

［1］ 谢业平．低压饱和蒸汽汽轮机的应用及其发展前景[J]．节能技术，2011，29(1)：61-65．

［2］ 王平子，吴迎曦，等．汽轮机效率的不断进展[J]．工业汽轮机，2001(3)：24-30．

［3］ 李晶．小型背压式汽轮机在企业节能降耗中的应用研究[J]．科技资讯，2008(32)：137-138．

［4］ 雷泽永．炼厂节省中压蒸汽技术[J]．节能，2011，30（7）：105-108．

［5］ 赵常兴．汽轮机组技术手册[M]．北京：中国电力出版社，2007．

Application of Low Pressure Steam Turbines in Refineries

JIANG Ji-wei，WANG Chun-feng，SUN Hui-shan，TAO Guo-feng
（CPECC East-China Design Branch, Shandong Qingdao 266071, China）

In new building, transformation and extension projects of refineries, the low pressure steam is often put in the back pressure steam turbine to drive rotational machines and produce lower pressure steam for processing installations in the refinery. There are two ways for steam turbine driving rotational machines. The first way is to drive many little equipments, such as little power pumps and fans; the other way is to drive high-power backpressure electric generator to generate electric energy then to drive little machines. In this paper, aiming at two kinds of uses including generating electric energy and driving rotational machines, the economy of steam turbines under the situation of steam lack or excess was analyzed and compared. The results show that the economy of steam turbine for generating power is better than that for driving rotational machines.

Low pressure steam; Steam turbine; Generating power; Industrial driving

TK 26

A

1671-0460（2012）06-0591-03

2012-01-30

姜继伟（1984-），男，山东临朐人，工程师，硕士，2009年毕业于中国石油大学（华东），从事炼油厂热工设计工作。E-mail：jiangjiwei@cnpccei.cn。