中压蒸汽管网优化改造

任兆平

（天津渤化永利化工股份有限公司生产技术部，天津300452）

1 渤化永利化工中压蒸汽管网简介

渤化永利化工中压蒸汽管网设计供汽方主要有永利热电发电抽汽（含中压双减）130t（最大工况170t/h），合成氨合成气压缩机抽汽99t/h（宝马减温减压阀U30002 最大流量150 t/h），甲醇合成气压缩机抽汽80t/h（减温减压U30001A/B 最大流量60 t/h），煤气化双炉副产中压汽227 t/h，合计生产满负荷时最大供应能力为536 t/h。设计主要用汽方甲醇界区共二氧化碳压缩机109 t/h，甲醇变换用汽量32t/h，丁辛醇一期用量57t/h，合成氨变换用量50t/h，联碱装置用量170 t/h，醋酸装置用量36t/h。合计正常装置用量464t/h。随着渤化化工园的发展，陆续增加了部份中压蒸汽用户例如澳佳DOP、二期丁辛醇、大沽化工等，其中大沽化增加用量为130t/h（正常）/150t/h(最大)，该厂区在渤化永利园区北侧约2000m，要求到界区压力、温度为4.1MPa，400℃。中压蒸汽设计与现状情况详见表1。

表1 中压蒸汽设计和现运行工况对比表

2 主要问题

2.1 供汽方设计汽量不足

原中压蒸汽管网供应已经不能适用新的需求，永利热电发电抽汽、合成氨和甲醇合成气压缩机抽汽、煤气化副产汽总量不能达到用汽量需求。汽轮机的抽汽需要调节增加抽汽量。同时需要起用原设计为备用状态的两套减温减压装置（U30002 和U30001A/B）进入运行状态来满足用汽需求。

2.2 供汽端压力温度超设计值

为满足末端用户大沽化工的压力（4.1MPa）和温度（400℃）需求，主要供汽方之一合成氨装置区合成气压缩机抽汽出现超压超温运行状态。最高压力可达到4.5 MPa，温度可达到460～470℃。而原设计压力4.2 MPa 温度430℃。发电抽汽（含中压双减）也出现了不同程度超压现象。

2.3 合成氨装置合成气压缩机蒸汽透平末级页片出频繁损坏

由于蒸汽透平抽汽和9.8～4.2MPa 宝马减温减压器U30002 是最大的中压汽供应点，临近管线处没有大的用户。为满足大沽化工用汽量，在蒸汽透平有较大抽汽量的基础上，仍然需要开大宝马减温减压器的投用量，原中压蒸汽的输送管线的输送负荷增加50%以上，此时透平抽汽压力被动提高至4.4～4.5MPa，抽汽压力过高，中压蒸汽抽汽口阻力增大，蒸汽透平的内部负荷分布发生变化，蒸汽流向汽轮机汽缸低压段过多，蒸汽透平低压段负荷增加，蒸汽冷凝区域上移，末级叶片长期运行超温被损坏。严重影响合成氨合成气压缩机的安全稳定运行。

3 原因分析

3.1 用汽量增加而管网未变

中压蒸汽用户增加，蒸汽总量增大，而蒸汽总管并没有相应扩大，从而总管这一段的流速增大，阻力降增大，初步计算约1.2bar。大沽化距离2000m，管径为DN600，流速约12m/s，阻力降约1.5bar。

3.2 送汽点产量增加但送汽支管未变

合成氨合成气压缩机和减温减压U30002 作为中压汽产汽主力，原设计φ350 管线，中压汽流量为99t/h，现通常流量为140 t/h。至中压蒸汽总管前没有用户。合成氨合成气压缩机抽汽和减温减压装置作为产汽端压力一直是整个管网中最高压力所在。为满足大沽化用户需求，合成氨合成气压缩机抽汽点中压蒸汽总管压力需提高到4.45MPa。中压蒸汽设计和现运行工况对比见表1。

甲醇合成气压缩机抽汽和减温减压器U30001A/B 出口管线上由于有两台二氧化碳压缩机用汽，未表现出超压和超温。

4 解决方案

4.1 中压蒸汽总管环线布局

增加一条中压蒸汽管线，将高压减温减压器U30002 的中压汽出口管线从合成氨装置西部管廊接出，在中压蒸汽总抽出去丁辛醇装置支管后在中压蒸汽总管北侧汇入，管径为φ350，与合成氨合成气压缩机抽汽通过阀门控制分开，阀门打开形成环路可向两个方向送出中压蒸汽，保证整个中压蒸气管网平衡供应。阀关闭可形成多点向中压蒸汽总管供汽的格局，原合成氨合成气压缩机抽汽仍使用原管线，减少对抽汽管线的影响。大沽化工用汽量基本都是从减温减压器提供的，可以直接在总管末端并入减温减压器的量，也就是从原总管上分流一半的中压蒸汽，从而减少合成氨合成气压缩机抽汽到中压蒸汽总管的阻力损失。

4.2 备用方案

由于大沽化工130t/h 左右的蒸汽是通过高压减温减压器U30002 来的，喷水降温引起能量损失，不经济不节能。考虑增设一台小的背压透平带发电机，可以将高品位蒸汽转成低品味蒸汽供用户使用，同时这部分的能量差值可以用来发电，即节能又有经济效应。130t/h 9.8MPa 高压蒸汽背压到4.2MPa，初步计算，可以发电5500kWh 或者提供动力5500kW。如果1kWh 电按照0.3 元计算，则1a 可以节约1320 万元。小型背压式汽轮发电机组的投资约500 万，半年即可回收成本。高压减温减压器U30002 可停下，由于投资费用较高，本方案备用。

5 方案实施

5.1 主管网阻力计算

以热电中压抽汽（含中压双减）为主管网起点，以大沽化工用汽点作为用汽最末端，其它用户从主管网上抽取用汽，其它供汽方也在相应的点位向主管网输送。相对位置流程图见图1。云线所标部份为增加和改造工压蒸汽管线。

在表2 中统计了主管网的分段长度、管径、弯头、三通等以及用汽送汽节点的流量变化，对主管网进行了分段计算阻力，核算改造优化后主管网各节点的压力情况。参数为：介质运动粘度γ：1.7923 m/s2；介质动力粘度 η：25Pa.s；介质介质比容 υ：0.0717 m/kg3； 管 子 等 值 粗 糙 度 ε：0.0457mm；管道摩擦系数 λ：0.0133；90 度弯头阻力系数 ξwt：0.399；三通阻力系数 ξst：0.266；异径管阻力系数 ξyj：0.065；阀门的阻力系数 ξfm：8。

5.2 中压蒸汽管网优化改造后效果

通过把合成氨装置的合成氨合成气压缩机抽汽和减温减压器U30002 所产生的中压蒸汽分成两路，降低了原中压蒸支管的流量负荷。同时降低了合成氨合成气压缩机抽汽压力。改造完成后大沽化工用汽端压力为4.1MPa，合成氨合成气压缩机抽汽压力降至4.286MPa，甲醇合成气压缩机抽汽压力降至4.315MPa。达到了合成气压缩机抽汽压力设计要求，即正常工况4.2MPa，最高4.4MPa。同时有效降低了中压蒸汽管网的阻力损失。

图1 中压蒸汽管网位置流程示意图

12点节化沽大06+3.36E 0 13 1 1 5 47.5 0 05-8.35E 3 13.0 0 6 8.06 8 00 20 00 23 78 32.19 0 8 2.9 31 0 0 1 5 0.06 2 8 12.2 0 19 43 7 00 00 3 1 0 0 00 3 51,7 114 8 14.1 0 000.1 4 11点节0 1点节9点节8点节7点节阀马宝大醇辛丁走抽酸醋走抽成合入汇抽氨成合汽并汽用汽用汽抽氨送开分汽06+E 3.07 06+1.89E 06+E 5.41 06+E 6.4206+7E 3.0 70 60 6.4 17 9 2070 17.5 7 21 25 17 2 23.3 0 5 50.4 0 6 61.4 0 5 0.460 32 0.32 04-E 1.41 04-1.01E 05-E 9.90 05-E 9.9204-1E 1.4 13 0.0 3 13.0 0 3 13.0 0 13.0 0 13.0 0 1 1.65 2 0 1.57 1 03 2.2 61.0 4 26.9 2 3 34 90 1 60 43.5 22 5.4 94 3 8.5 21 69 9.45 4 75 25.8 85 5.7 9 5.11 0.26 65.6 2 85.8 1 14 12 0 6 4 5.46 4.79 0.00 2.34 6 1.5 1 1 1 1 1 0.26 6 0.26 0.26 0.26 6 0.2 1 1 0 1 1 65 0.0 5 0.06 0 65.0 0 65.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 40 436 9 53 4 776 6 02 177 7 589 00 300000 30 00 300 00 300000 30 0 0 0 0 1 0 0 0 0 000 30 4 8,00 4 3 4,99 54 7,4 2 19,47 87 39,4 0 48.0 0 0 05.0 0 5 07.0 0 5 0.019 95 0.03 8 62.2 4 7 19.2 4 2 27.2 4 7 4.246 62 4.28表主管网主要节点阻力计算表2 6点节5点节4点节气煤汽去补抽化醇甲后入汽汇抽汽抽醇甲6 0+6E.2 4 6 0+5E.6 5 06+4.62E 39 1 184 4 10 6.5 1 2 2 6 2 23 0.466060.4185.3 0 5 0-9E.8 9 5 0-2E.9 9 04-1.43E0.013 3 0.01 3 0.015.705 4 2.01 9 3.14 6 9 0 3 0 2.4 110 4.5 3 3 2 2.6.04 1 2.21 6 2 5 4.3 2.78 0 1.95 1 1 1 6.2 0.26 0 0.26 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 83 10 98 67 45 48 1 0 00 30 0 000 3 00 00 3 0 0 1 0 0 00 00 3 15,9 11 7 7,47 9,330 4 19 0.010750.0493.0 0 86 4.256614.2154.3 4 3点节走抽t/h 后130 06+E 2.51 8 0 10 5 50.4 0 04-E 1.01 1 3 0.0 18 6.0 3 10 5.4 18 1.6 2 6 2.34 1 0.26 0 0 0 0 1 97 4 00 00 3 0 0 00.0 0 17 4,6 6 04.0 0 7 70.2 4 2点节1点节管总汽抽电发00)5 N D（口出06+E 6.4406+1E 9.1 0 21 10 2 25 50 6 0.461 64 0.32 05-E 9.9004-0E 1.4 13.0 0 33 0.01 43.5 4 29.1 6 60 57 69 5.55 6 2.6 58.4 3 6 8 2.34 92.1 3 1 1 0.26 66.2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 04 198 64 068 1 00 300000 30 0 0 0 0 4 21,78 1 7,55 11 8 0.021 76 0.11 5 4.292 00 4.41位单t/h/s m m m m a P a P a P a P a p M a p M号符e R ω i D E λ ξ t 1 L L ξ 1∑tz ξw n ξ stz ξyjz z ξfm p js△p kb△n z kb p△p△目项算计数诺雷量流总道管速流质介内管径内子管度糙粗对相壁管数系擦摩子管数系力阻总道管离距线直道管度长开展总道管数系擦摩总道管量数头弯0 度9数系力阻头弯0 度9量数通三数系力阻总通三量数管径异数系力阻总管径异量数门阀数系力阻总门阀降压算计道管汽蒸损压置装量测量流量数置装量测量流损压总量测量流降压际实道管汽蒸力压点节键关号序、一 、二 、三 、四1 1.1 1.21.31.4、五 、六 、七