炼厂蒸汽管网优化改造与成效

韩会亮，袁亮

炼厂蒸汽管网优化改造与成效

韩会亮，袁亮

（中国石化塔河炼化有限责任公司， 新疆 库车 842000）

蒸汽是炼厂生产过程中的重要动力介质，蒸汽和电的消耗占全部能耗的60%以上，蒸汽管网优化是炼厂节能降耗的重点。本文介绍了塔河炼化蒸汽管网运行现状，通过对蒸汽管网进行流程优化改造和采用新型保温材料纳米气凝胶绝热毡替代常规保温材料硅酸盐棉改造，不仅蒸汽管网运行得到了改善，而且取得了良好的经济效益。

蒸汽管网；流程优化改造；纳米气凝胶；经济效益

蒸汽是炼厂各生产环节的主要能源之一，为了满足各生产环节对于压力和温度的不同需求设置有多个级别蒸汽管网，蒸汽管网庞大且复杂。随着企业不断发展，新装置不断增加，蒸汽管网不断扩大，管网运行的新问题也不断产生，因此，蒸汽系统需要持续进行优化改造，消除运行中存在问题，提高运行效率，进而降低炼油成本，增加经济效益。

1 蒸汽管网现状及存在问题

1.1 蒸汽管网现状

塔河炼化是一个加工能力500万t/a的石油制品炼制与化工企业，包括常减压、焦化、硫磺、加制氢、异构化和连续重整等炼油装置。生产厂区设置了2个级别的蒸汽管网（中压3.5 MPa蒸汽和低压1.0 MPa蒸汽），南厂区设置有2条中压蒸汽管网和4条低压蒸汽管网，新厂区设置有2条中压蒸汽管网和2条低压蒸汽管网。

塔河炼化蒸汽管网系统主要产汽单元是公用工程作业部4台中压燃气锅炉，其中包括两台额定负荷45 t/h中压燃气锅炉和2台额定负荷90 t/h中压燃气锅炉。实际生产中根据系统蒸汽需求调整锅炉运行匹配，保持2台锅炉运行，2台锅炉备用；4台锅炉产汽为3.7 MPa，445 ℃中压蒸汽，与4台锅炉配套设置有3台减温减压器，其中包括1台额定产汽40 t/h，1台额定产汽50 t/h和1台额定产汽70 t/h，3台减温减压器产汽为0.8 MPa，280 ℃低压蒸汽；锅炉和减温减压器所产中、低压蒸汽分别通过中、低压蒸汽管网供至用汽单位[1]。随着企业规模不断扩大，各用汽装置不断增加，且各用汽装置布置分散，用汽情况变化较大，蒸汽管网虽然经过多次技术改造和扩容，但仍存在着许多“瓶颈”和流程不合理问题未能解决，系统蒸汽损失较大。

1.2 存在问题

（1）蒸汽管网布局复杂，供给节点和消耗节点较多，且各个节点供给和消耗的蒸汽量不均衡，在某一节点蒸汽量发生变化时，造成管网局部存在流速低或滞流或流向变化现象，影响管网其他节点蒸汽品质，进而影响装置安全生产。

塔河炼化公司中压蒸汽如（图1），2#装置扩建新增2#延迟焦化至连续重整装置中压蒸汽管道，连续重整作为管网末端，正常生产时连续重整装置自产中压蒸汽供装置内部使用，富余1~2 t/h蒸汽外送至蒸汽管网，异构化装置消耗6~7 t/h蒸汽，由于管网整体流速较低，当连续重整装置自产蒸汽出现异常，需要系统供汽时，系统蒸汽温度和压力均不能满足装置用汽需求。

（2）由于蒸汽系统管网结构复杂，供热区域大、范围广，蒸汽管道长，管网沿途设计爬坡、膨胀弯较多，管道保温材质差，局部破损，造成管网散热损失与沿程阻力损失严重，使得较远的用户蒸汽温度、压降较大。实际生产中锅炉产中压蒸汽压力3.7 MPa，温度445 ℃，蒸汽经过中压蒸汽管网输送到1#焦化装置边界压力3.6 MPa，温度410 ℃，输送到2#焦化装置边界压力降至3.45 MPa，温度降至405 ℃。由此可见，蒸汽在通过管网输送过程中压降和温降都十分严重。

图1 中压蒸汽管网示意图

2017年8月按GB/T8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》规定，采用表面温度法与红外热像法相结合的方法对四条中压蒸汽管网进行管道保温表面性能测试，根据测试数据计算整条管道表面热流密度计散热损失[2]，从测试结果（表1）看，管道保温表面散热损失较大，新厂区投产时间较短，管道散热损失较南厂区稍好。

表1 蒸汽管道保温表面测试计算结果表

2 蒸汽管网优化改造

2.1 流程优化改造

2.1.1 改造方案

从2#空分站南侧与天山南路交叉口处的 FR3064B处的3.5 MPa蒸汽主管道（DN250）上引一条DN250的蒸汽管线，此新增管线沿长春路东侧南北向管廊向北约150 m，然后沿东西向主管廊向西约约110 m 走至连续重整装置 1#管桥南侧边界处，沿连续重整装置内管廊向北接至其自产中压蒸汽至气压机管道（DN250）三通前，与自产蒸汽外输系统管道连接，实现新增管道为连续重整装置供汽（图2）。

图2 改造后中压蒸汽管网示意图

连续重整装置边界处蒸汽管线上面设置流量、压力、温度远传设施，就地温度、压力显示。装置内的碰头位置设置阀门操作平台，FR3064B处的原3.5 MPa蒸汽主管道至2#焦化方向新增隔断阀，至连续重整装置新增管道增加隔断阀，同时在异构化边界管网2#焦化丁字路口至连续重整中压蒸汽管道上新增个隔断阀，便于控制各分支流量。中压蒸汽管网流程优化改造后，通过调整阀门开关，停用2#焦化丁字路口至异构化管网，将2#焦化作为原有蒸汽管道的末端装置，异构化装置作为新增管道的末端装置。按照正常运行工况5 t/h的流量，管径DN250，流速3 m/s，中压蒸汽（温度425 ℃，压力3.6 MPa）核算，蒸汽通过新增管网从FR3064B处至连续重整装置边界处时，其沿途压力损失为7 kPa，温降40 ℃，可以满足连续重整装置用汽（温度≮360 ℃）的需求。如果将2#焦化作为管网末端，温度会进一步提高。

2.1.2 改造效果

该条管网改造完工投用后，经测试，连续重整装置边界处中压蒸汽压力3.5 MPa，温度380 ℃，较改造前中压蒸汽压力3.2 MPa，温度320 ℃，明显提高，蒸汽管网运行得到明显改善。

2.2 管道保温改造

2.2.1 纳米气凝胶绝热毡的性能及特点

纳米气凝胶绝热毡是以纳米二氧化硅气凝胶为主体材料，通过特殊工艺同玻璃纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的柔性保温毡，独特的结构使得气凝胶绝热毡具有许多常规材料无可比拟的特性（表2）。

表2 纳米气凝胶绝热毡性能表

其特点是导热系数低，常温下可低于0.02 W/（m·K），是常规材料的1/3~1/5，保温后散热损失小，节能率可达30%以上，且高温下性能优势更加明显；纳米气凝胶防水，有一定的抗拉及抗压强度，环保防腐属于新型的保温材料[3]。

2.2.2 保温方案

锅炉集汽集箱出口至1#、2#焦化气压机中压蒸汽管网（南厂1#、2#管网和新厂1#管网，共计约2 447 m）全部更换为纳米气凝胶绝热毡材料，以降低中压蒸汽管网散热损失。根据《设备及管道绝热技术通则》GB/T 4272—2008规定的常年运行工况允许最大散热损失值应小于188 W/m2，结合已有试验数据和工程经验，改造方案采用纳米气凝胶保温毛毡＋玻璃纤维毡保温材料组合保温的方式。纳米气凝胶绝热材料3层共30 mm厚；玻璃纤维毡5层共50 mm厚。其中内3层采用气凝胶包裹；外5层采用玻璃纤维毡包裹。

中压蒸汽管道→气凝胶10 mm→气凝胶10 mm→铝箔布→气凝胶10 mm→铝箔布→玻璃纤维毡10 mm→玻璃纤维毡10 mm→玻璃纤维毡10 mm→玻璃纤维毡10 mm→玻璃纤维毡10 mm→外护层（铝皮）

2.2.3 改造后效果

2018年5月份完成锅炉集汽集箱出口至1#、2#焦化气压机中压蒸汽管网（约2 447 m）纳米气凝胶保温更换工作。按GB/T8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》规定，此次采用热流计法和红外热成像法相结合的测试方法对高温管线保温表面热流及温度进行测试。从测试计算结果（表3）看，中压蒸汽管道采用纳米气凝胶绝热毡保温后，保温散热指标优于国标，效果较好。

表3 保温更换后蒸汽管道表面测试计算结果表

3 经济效益

（1）中压蒸汽管网新增管线改造完工投用后，将异构化作为新增管网末端装置，经测试，连续重整装置边界处中压蒸汽压力3.6 MPa，温度380 ℃，较改造前中压蒸汽压力3.2 MPa，温度320 ℃，明显提高，消除了管网介质低流速积液等问题，蒸汽管网运行得到明显改善。如将2#焦化作为两条管网的末端装置，通过新增阀门控制两条管网流通流量，使两条管网均保持高流速，保证2#焦化装置蒸汽参数的同时，连续重整装置边界中压蒸汽压力、温度会进一步提高，保证装置安稳运行。

（2）中压蒸汽管网采用纳米气凝胶绝热毡保温后，根据实际节能量折算为节省蒸汽量计算效益。

改前年散热损失（GJ）=改前热流密度（W/m2）×管线外表面积（m2）÷1 000×8 400 h×0.003 6

改前年损失蒸汽（t）=改造前年散热损失（GJ）×1 000÷q

改后年损失蒸汽（t）按改后的热流密度按上式计算；

年节约蒸汽=改前年损失蒸汽（t）-改后年损失蒸汽（吨）

年节约效益=年节约蒸汽×120元/t

注：a.年运行小时按8 400 h计算

b.锅炉出口蒸汽（3.7 MPa，445 ℃）对应的蒸汽焓值q为3 322 kJ/kg

c.管线表面积（m2）=3.14×（管外径+2×保温厚度）×管线长度

d. 0.003 6为换算单位，1 kWh=0.003 6 GJ

经计算，中压蒸汽管网保温改造前年损失蒸汽=47 485.64×1 000÷3 322=14 294.29 t；保温改造后年损失蒸汽=16 611.74×1 000÷3 322=5 000.52 t。

年节约效益=（14 294.29-5 000.52）×120=110.5万元。

4 结束语

（1）通过对蒸汽管网进行改造，新增至连续重整装置管线，连续重整装置中压蒸汽压力和温度明显提高，蒸汽管网运行得到明显改善，为装置安稳运行提供了有力保障。

（2）采用纳米气凝胶绝热毡与玻璃纤维毡相结合的保温方式可以比常规材料保温方式达到更好效果，散热损失和保温厚度大大降低，节能效益可观。

［1］韩会亮，等. 中国石化塔河炼化有限责任公司公用工程作业部锅炉单元工艺技术规程[Z]. 2019．

［2］GB/T8174-2008《设备及管道绝热效果的测试与评价》[S]. 2009-01-01实施．

［3］朱英娣. 纳米气凝胶绝热毡的应用及性能分析[J]. 石油石化绿色低碳，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

韩会亮（1987-），男，助理工程师，河北省石家庄市人，2010年毕业于承德石油高等专科学校热能动力设备与应用专业，主要从事公用工程锅炉、水系统及管网运行管理工作。

李彬（1980-），男，工程师、审计师，从事炼油工艺。

TK 28

A

1004-0935（2020）02-0192-04