大型化工项目全厂热动力平衡设计经验总结

董亚宝（北京石油化工工程有限公司西安分公司 陕西 西安 710075）

随着现代化工工业的发展，新建化工项目趋于大型化、基地化、集成化，化工装置少则几套，多则十几套同时配建，产品及副产品也呈现多样化，以实现企业最佳的经济效益，同时，化工项目的能源消耗也非常巨大，需要配置庞大的全厂热动力系统。一个具有安全、稳定、节能、控制灵活、节省投资的全厂热动力平衡系统不仅是生产企业，也是设计人员追求的目标。因此，本文着重就大型化工项目全厂热动力平衡的确立、主要组成及其在设计中需要注意的事项经验予以总结，以供同行参考。

一、全厂热动力平衡的确立

全厂热动力平衡是设计院热工专业依据上游专业，包括工艺、暖通等专业提供的用汽、副产蒸汽负荷及其参数、蒸汽透平特性参数以及余热、凝结水回收数据等输入条件，结合外围依托情况设计出的工质、能量平衡的系统。其不仅需要满足正常工况运行，还需满足冬/夏工况、部分负荷工况、开/停车工况和特殊工况等多工况的正常运行。

二、全厂热动力平衡的主要组成

全厂热动力平衡系统主要由锅炉、汽轮发电机组、各蒸汽透平、减温减压装置、给水除氧以及各级蒸汽管网等主要设备、系统构成，其规模和主要参数随着全厂热动力平衡的设计完成得以确定，若在设计过程中考虑不周，将会把设计缺陷带入到施工，带入到运行，有的甚至给企业带来不可挽回的损失。以下针对全厂热动力平衡系统主要组成在设计中需要注意的事项予以总结：

1.锅炉

锅炉是整个化工热动力系统的关键供热设备，其选型、规模、台数设计的好坏直接影响到整个项目的投资、节能、稳定和安全。锅炉选型由业主提供的煤质特性确定；锅炉规模是依据整个项目的供热负荷，经过全厂热动力平衡计算，且考虑锅炉额定设计负荷率为90%左右的最佳值确定；锅炉台数选取需要结合全厂供热负荷及每台锅炉规模、生产的多工况、投资、占地以及项目是否有增产、扩建等因素最终确定。

2.汽轮机

大型化工项目中汽轮机数量一般较多，按照其在热动力系统的用途可分为发电汽轮机和工业蒸汽驱动汽轮机（蒸汽透平），根据其热力过程特性可分为凝汽式、调整抽汽式、背压式。汽轮机的参数、形式、轴功率以及抽、排汽量根据系统对动力和蒸汽负荷的需要设立。蒸汽透平不宜常年备用，应使其在最高效率点运行。锅炉热备用系统中，在确定抽凝式汽轮发电机容量时，需要考虑和单台锅炉规模匹配，当一台锅炉故障、停运，汽轮发电机甩负荷时，系统供热还能满足工艺的正常生产。

3.蒸汽管网

大型化工项目的热动力系统一般非常庞大、复杂，影响其安全性、稳定性和控制灵活性的因素较多。在确定管网等级时，需要综合各上游条件，结合管网输送距离，统筹考虑。在设置管网等级数量时应不断优化，尽可能使管网等级数量减少，简明、快捷的管网系统不仅有益于系统安全、稳定、控制灵活而且能节省项目的投资。当锅炉、汽轮发电机、工艺装置及其透平等任何一方故障、停运时，需有足够的灵活手段保证对系统的压力、温度、流量进行调控，常用方法有：在各等级母管网间设置备用减温减压装置，在蒸汽母管上设置放空调节阀，安全阀，给汽轮机旁路设置“一秒阀”等。

4.余热利用回收

根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。将全部可利用的余热合并到热动力平衡系统无疑是减少能量损失、提高余热利用率、节能的有效途径。怎样科学利用高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等，是我们设计人员关注的课题。在设计过程中热工设计人员需要积极和上游专业沟通，了解各耗能装置含有未被合理利用的潜热或显热工质及其特性，充分考虑经济合理性将余热分级回收、就地利用。当然，在做到热尽其用的同时，需要考虑余热回收的余热量及其参数的波动不至于影响到企业正常的生产。

三、设计中几个典型问题及其解决建议

1.经常可以看到已建化工园区内有高低不一、规模不同、不是一期配建的几个烟囱和锅炉房，这给项目带来不利的因素有：总占地面积大，投资高，系统调节繁杂，且备品备件不能通用，给生产和管理带来不便，极容易出故障，究其原因主要是企业不做远景规划，设计者仅考虑当下设计规模，随着企业的不断增产、扩建，锅炉房不断增设、锅炉规模不断变大。因此，设计人员需要全面考虑，及时给业主提出合理意见，以防“生米做成熟饭”。

2.长期以来，热动力系统是否设置抽凝式汽轮发电机一直是相关人员头疼的问题，因为若设置将会导致项目投资、能耗增大、环评审批困难，若不设置对系统调节没有很好的手段，为此，设计人员需要不断优化系统，挖掘可以替代抽凝式汽轮发电调节系统负荷波动的方法。比如，将凝汽式空分透平设置为抽凝式，将备用电动机的蒸汽驱动汽轮机为设置凝汽式等办法，化解不设置抽凝式汽轮发电机的不利因素。

3.大型煤化工中，空分装置为全厂各生产装置提供氮气、氧气，一但空分透平停运，全厂将无法正常生产。由于空分透平的功率一般较大，进汽参数较高，在总图布置时，需提示总图专业尽可能将空分装置布置靠近锅炉房，以便缩短与锅炉房的距离、节省管道投资、能耗。

4.已建化工项目有时候可以看到厂区内有不少蒸汽外排，究其原因，主要是设计不做多工况分析、上游装置蒸汽透平型式选择不合理，一旦下游装置生产波动、减产时，上游装置蒸汽透平产生的多余蒸汽无处可去，只能临时排放，因此设计过程不可轻视多工况的分析，以备提前预防、消除各种设计缺陷。

结语

确定大型化工项目的全厂热动力平衡是一项长期、复杂、细致的工作，做好这项工作对企业节省投资、降低生产成本、节能，增强系统的安全性、稳定性、灵活性具有重大的意义。因此，建议相关人员在从事这项工作时对其足够的重视，做到充分的调整、论证、优化。

[1]GB/T 50655-2011,化工厂蒸汽系统设计规范[S].

[2]杨国锋等.煤化工项目全厂蒸汽平衡的经验总结.广州化工[J].2013（1）：153-155.