大化肥停运期间单台锅炉低负荷运行蒸汽平衡措施

韩建军

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

2017年12月，宁夏石化公司为响应银川市冬防期间的大气污染防治号召，同时为缓解宁夏地区天然气供应紧张的局面，毅然决定一化肥装置停工。停工后一台燃天然气锅炉低负荷运行，保障化肥区域公用工程运行及厂区防冻、居民生活区的采暖蒸汽供应。由于天然气供应紧张，锅炉负荷受限，各级蒸汽用户调整后低压蒸汽管网的平衡显得尤为重要。

1 运行方案

一化肥合成氨、尿素主体装置停运后，由于一台燃天然气锅炉（0102-Z1-3）运行，新鲜水、脱盐水、锅炉水（BW）、循环水、仪表风等公用工程系统需保持低负荷运行。其中，S38蒸汽驱动的设备包括一台锅炉给水泵（0102-P1-1T）、一台循环水泵（0104-P1-1T）以及一化肥自备9 MW透平发电机组（0105-W1T）。一化肥停运后各级蒸汽用户简图（见图1）。

各级蒸汽用户用量如下：

S38中压蒸汽用户：0102-P1-1T6.48 t/h，0104-P1-1T9.1 t/h，0105-W1T 62.5 t/h，尿素装置防冻 10 t/h。

S5低压蒸汽来源：0105-W1T抽汽31 t/h，PIC-106减压35 t/h（最大量）、旁路15 t/h。

S5低压蒸汽用户：除氧器10 t/h，厂区加热站10 t/h，一级加热站（送生活区热水）20 t/h，厂区防冻保温：10 t/h，中央空调5 t/h，暖汽采暖5 t/h。

按照蒸汽用户用量计算，S38、S10、S5总用量（见表1）。

图1 各级蒸汽用户简图

表1 蒸汽用户用量表

即：一化肥停运情况下，为保证化肥厂区及生活区防冻及采暖，3#燃天然气锅炉运行负荷最低需120 t/h。

2 蒸汽平衡难点分析

2.1 燃天然气锅炉负荷平衡

根据天然气销售西北分公司“关于天然气供应紧张期间限量”的相关要求，本公司天然气总用量限制最大为30×104m3/d。在三化肥项目公用工程运行防冻、开工锅炉燃气量最低10×104m3/d的情况下，一化肥天然气消耗剩余总量不足20×104m3/d，折算下来3#燃气锅炉天然气消耗最大量为8 300 m3/d。按照燃气锅炉天然气消耗100 m3/t计算，锅炉运行产汽量最大允许为83 t/h。

综上所述，在天然气供应受限的情况下，燃气锅炉最大产汽量无法保证化肥装置区域公用工程运行、厂区防冻以及居民采暖所需120 t/h的最低要求，存在37 t/h的缺口。为此采取如下措施：

（1）由于外部电网的稳定供应，0105-W1T退出运行可以节省31 t/h的蒸汽用量。

（2）由于S100蒸汽无用户，在相同燃气量的情况下，通过降低S100管网压力来提高3#锅炉汽包的发汽量。实践证明，S100管网压力由10.0 MPa降至7.0 MPa时，3#燃天然气锅炉在相同天然气燃烧量的情况下，发汽量增加约20 t/h。

通过以上措施，在锅炉给水温度恒定的情况下，3#锅炉燃料天然气量控制在6 200 m3/h、S100管网压力设定7.0 MPa时，锅炉产汽量可以达到80 t/h。除去S38蒸汽用户0102P1-1T、0104-P1-1T、尿素装置防冻用量10 t/h外，剩下约70 t/h，刚好满足S5管网用户用量需求。测试结果（见表2）。

2.2 S5管网平衡

正常情况下，S5蒸汽由PIC-106减压及0105-W1T抽出低压蒸汽供应，最大量为66 t/h。0105-W1T停运后，S5蒸汽只能通过PIC-106减压供应，最大量为35 t/h。由于S38无法通过减压或其他手段补充S5管网，导致低压蒸汽用户需求仍不能满足。

PIC-106旁路为临时管线，虽然可以减压，但由于该线路没有减温水导致S5蒸汽超温，容易造成PIC-106阀后阀门密封垫及填料等固件因高温发生损坏泄漏等事故。另外，PIC-106旁路减压能力只有15 t/h，显然也不能满足低压蒸汽用户60 t/h的最低用量。

表2 测试结果

图2

3 低压蒸汽不足的解决措施

3.1 方案的分析和论证

通过以上分析，3#燃气锅炉在天然气限量的情况下，能够提供充足的蒸汽量来保证化肥公用工程的正常运行及厂区的防冻、生活区的采暖等需求。但如何把中压蒸汽减压、减温，并满足低压蒸汽用户需求是一个难点。

为此，考虑到了前期尿素装置利用中压蒸汽增压外送低压蒸汽的技改项目。

尿素装置201-FA/FB（汽包）低压饱和蒸汽设计压力0.35 MPa～0.55 MPa，温度145℃。公用工程S5管网压力通常设定在0.50 MPa以上。一化肥正常生产情况下，尿素副产低压蒸汽压力控制在0.40 MPa左右，由于压力低，无法送至S5蒸汽管网（见图2）。

2005年，为回收尿素富余低压蒸汽，实施了中压蒸汽增压回收技改项目（如图2红线部分）。项目试运后，由于尿素富余低压蒸汽量较少，考虑到S38增压成本及损失，后期拆除了部分增压设备、设施，其他阀门、管线一直处于搁置状态。

经过现场考察和分析评估，尿素装置引中压蒸汽，产生低压蒸汽送至公用工程S5蒸汽管网具有可行性（见图 3）：

（1）设备、管线完好。原技改项目拆除了部分设备设施，遗留的低压蒸汽外送管线虽搁置较久，但阀门、管线状态良好，只需进行阀门调校及密封垫、填料更换等简单维护即可。

（2）流程畅通。拆除过程中保留了低压蒸汽外送管线。

（3）工艺参数均能满足外送要求。一化肥装置停工状态下，尿素低压饱和蒸汽压力可以提升至0.55 MPa，公用工程S5管网压力在保证除氧器温度的情况下可以低于0.5 MPa，0.05 MPa以上的压差足以保证尿素低压蒸汽外送至S5蒸汽管网，且尿素低压蒸汽压力、温度均能满足S5管网参数需求。

（4）操作简单，无风险，可长期运行。

3.2 方案的实施

图3 尿素低压蒸汽外送流程示意图

表3 试运行期间各项参数统计表

表4 优化后参数表

2017年12月，经过尿素低压蒸汽外送阀门调校、管线维护等准备，对该流程进行了试运行。试运行期间各项参数统计（见表3）。

试运行统计数据表明：通过尿素装置外送低压饱和蒸汽至S5蒸汽管网完全可行，且运行效果良好。2017年12月中旬，该项目正式投入运行，经过工况优化调整，各项参数固定（见表4）。

4 结语

宁夏地区冬季年最低气温≥-15℃，目前环境气温已降至-15℃左右，一化肥装置停运后公用工程的运行、厂区的防冻及生活区采暖低压蒸汽用量趋于稳定，本文采取的措施能够顺利满足各级蒸汽的用户需求。鉴于极寒天气下的紧急预防，对中压蒸汽管网减压站阀位及尿素低压蒸汽外送量均预留了缓冲余地。后期随着生活区供暖业务的移交，一化肥停运后各级蒸汽的平衡将更好掌控。