降低甲醇装置中压蒸汽消耗量的研究

张标

（中海石油建滔化工有限公司，海南 东方 572600）

中海石油建滔化工有限公司甲醇二期是Davy日产2500t甲醇装置，自建成以来一直围绕节能降耗进行深入研究，随着天然气和煤炭等能源的减少以及价格的大幅提高，装置的生产成本也相应的増加，特别是由锅炉产生的蒸汽成本也相应的增加，因此在装置的实际生产中控制蒸汽的消耗量可以说是控制成本的重中之重，而在蒸汽系统中中压蒸汽的消耗也是整个甲醇装置消耗的关键控制点。通过分析整个中压蒸汽系统的用户使用情况，最终降低了中压蒸汽的消耗，大大提高了经济效益。

1 蒸汽系统概述

蒸汽系统由高压蒸汽系统，中压蒸汽系统以及低压过热和低压饱和蒸汽系统组成。其中高压汽包蒸汽经过热器E301/1/2(11.1MPa、510℃、204.47t/h）送入高压蒸汽总管用于驱动合成气／循环气压缩机的抽气／凝气透平J511。抽出中压蒸汽送到中压蒸汽总管为转化炉和中压蒸汽透平提供蒸汽。余下蒸汽在0.019MPa(A)的背压下经表冷器E141冷凝。表冷器产生的透平冷凝液由透平冷凝液泵J443A/B泵送到界外脱盐水装置。中压蒸汽用户主要有2个作用：第一，作为驱动中压蒸汽透平的动力蒸汽。第二，作为反应物料进入转化炉和天然气一起在催化剂的作用下生成合成气的原料。其中中压蒸汽驱动透平后进入过热低压蒸汽总管，中压蒸汽驱动的透平有：高、中压锅炉给水（HP&MP BFW）泵透平J541A/B和J542A、鼓风机透平J501、引风机透平J502、循环水透平J561以及润滑油透平。合成气压缩机／循环机透平抽出的中压蒸汽进入中压蒸汽总管，辅助锅炉F341的中压蒸汽和界外引入的华能电厂蒸汽作为补充，保持中压蒸汽总管的压力稳定。高压蒸汽总管的压力可通过减压到中压蒸汽总管来调节，高压锅炉给水调节进入中压蒸汽总管的蒸汽温度。用中压锅炉给水调节透平排出的低压过热蒸汽温度，通过过热低压蒸汽总管送入饱和低压蒸汽总管。饱和低压蒸汽主要为精馏塔蒸汽再沸器E134A/B补充精馏再沸器的热量。少部分低压蒸汽用于脱氧槽D441热力除氧。中压蒸汽总管直接减压到低压过热蒸汽总管，补充低压蒸汽。

2 中压蒸汽用户及消耗量

通过对甲醇二期高中低压蒸汽管网的分析不难发现装置中压蒸汽管网的压力除了合成气压缩机透平J511中压抽出外，主要通过界外提供的华能电厂蒸汽与辅助锅炉蒸汽进行维持，而在同等工况下，所需华能蒸汽与辅助锅炉的总量波动较大，通过认真分析中压蒸汽的各个用户，经过优化调整，是可以达到节约蒸汽降低能耗的目标。通过查阅历史记录，对2022年4～5月各中压蒸汽系统各个用户及其蒸汽消耗情况进行统计，具体如表1所示。

表1

3 影响蒸汽消耗的原因分析

3.1 转化炉氧含量

转化炉氧量高，NOX排放增加，环保性能降低，排烟温度升高，同时鼓引风机透平蒸汽消耗增加，经济性降低。氧量低，会降低炉温，燃烧不够充分，浪费燃料，但是相对应的鼓引风机透平的蒸汽消耗也越少。

3.2 锅炉给水泵出口压力

锅炉给水泵出口压力高低决定了驱动蒸汽透平蒸汽消耗的多少，出口压力越高消耗的中压蒸汽就越多，反之，出口压力越低，蒸汽透平的蒸汽消耗就低。

3.3 透平润滑油压力

润滑油压力越高，蒸汽透平的耗汽量就越高，反之，润滑油压力越低，蒸汽消耗量越低。

3.4 环境温度

环境温度的变化直接影响换热器的冷却效果，环境温度越高，换热器出口温度也相应提高，这时所需的冷却循环水量也就越大，循环水量大驱动蒸汽透平的转速就越高，蒸汽消耗就越高，反之，环境温度越低循环水透平所需蒸汽消耗量就越低。

3.5 转化炉水碳比

在正常生产中控制好水碳比是转化单元操作的关键，对于转化反应来说，水碳比升高的好处有以下几点：第一，可以防止转化催化剂结碳；第二，可以降低转化气中的甲烷平衡浓度；但是水碳比过大时，不仅浪费蒸汽，还增加了转化炉的热负荷，同时装置的能耗将大幅上升。水碳比过低蒸汽量耗量越小，但是容易造成催化剂积碳使催化剂失活，甚至造成安全事故。所以在实际操作中一般根据转化气中甲烷含量和实际的反应情况来调节水碳比，一般控制在2.6～3.0左右。

3.6 蒸汽放空内漏

甲醇装置在长期的运行中，由于蒸汽系统管网压力的波动经常引起蒸汽放空处于或开或关的状态，随着时间的推移蒸汽放空就会完成出现内漏的情况，而且蒸汽漏量越大，其消耗越大。

3.7 疏水器内漏

整个高中低压蒸汽管网中有大量的疏水器，从平时的使用过程来看，疏水器经常会出现漏气的情况，一旦漏气蒸汽耗量就会出现相应的增加，疏水器漏的越多蒸汽消耗也越大。

4 改进措施

通过对上述影响因素分析进行针对性调整。

（1）根据转化炉设计氧含量控制范围要求，其控制范围在1.0～2.0都可以满足转化炉的正常运行，通过查数据得出，转化炉大部分实际操作的氧含量控制在1.3～1.4之间，在保证锅炉经济性走安全的情况下，将氧含量操作控制在1.0～1.2之间，这时鼓引风机的蒸汽消耗量将大幅减小，不仅如此蒸汽透平及风机的振动也相应的减小。

（2）高压锅炉给水泵目前出口压力是12.5MPa，在满足上水量的要求下，将压力降至12.2MPa，这时给水透平J541A/B的转速可以相应的降低。同理，中压给水泵的出口压力由5.1MPa降至5.0MPa相应的中压给水透平J542A的转速也可以适当降低，同时蒸汽消耗量也同时降低。

（3）根据环境温度（比如四季气温不同）来调整循环水量，同样负荷下不需要那么大的循环水量，以E122为例，当气温降低时同样要维持D321的出口温度38℃，那么就需要关小E122的回水。经过调整循环水透平的转速降低，蒸汽消耗量也随之降低。

（4）从安全生产和节能综合考虑，在满足工艺要求的情况下，水碳比可适当降低，将预转化的水碳比由原来的3.0降至2.9，蒸汽使用量也由原来的87.8T/H下降至83.6T/H，这样不仅对催化剂的使用寿命有所延长，更加降低了中压蒸汽的消耗。

（5）定期检测疏水器并及时检修更换故障疏水器，确保疏水器正常工作从而减少没必要的蒸汽泄漏。

5 效果比较

中压蒸汽消耗量调整前后对比，如表2所示。

表2

通过仔细分析中压蒸汽各个用户，在满足工艺要求的情况下，通过一系列的系统优化措施对调整前后数据进行详细的比对，我们发现鼓风机、引风机，锅炉给水泵，循环水透平以及中压蒸汽去预转化炉是可以省出大量中压蒸汽的，经过计算每小时所能节约的中压蒸汽量为5.58T/H，如果按年计算每年可节约的蒸汽量为5.58×24×365=48880.8（t）。随着煤炭和天然气价格的上涨，节约的蒸汽对降低装置的运行成本是相当可观的。

6 结语

本文以节约蒸汽能耗为研究对象，通过对甲醇装置蒸汽系统的使用现状进行分析，并以2022年4～5月的中压蒸汽消耗数据为例，讨论了蒸汽用量过高的影响因素并采取了相应的调整措施，并对调整前后蒸汽使用量进行数据比对发现采取的措施是可行的。我们将在以后的生产过程中继续稳定并优化操作进一步降低中压蒸汽的消耗量。