建立集中供汽点 优化蒸汽管网运行

文_张子龙 中国石油化工股份有限公司长岭分公司

大型石化企业大多经过几个阶段发展而成，拥有多套生产装置与公用工程系统，其蒸汽系统也随着公司的发展成为多等级、多热源、流程长、管路复杂、新老管线交错的复杂管网。运行时压降与温降较大，参数不平稳，调整余地小。

对于多热源的蒸汽系统，为了保证某个热源出现故障时蒸汽系统能正常运行，各热源之间通过系统管线连接，并且连接管线较大。而正常运行时由于热源向用户直接供热，使连接线蒸汽流量较小。当热源与用户在不同的运行负荷时，热源之间的连接管线可能存在不同的蒸汽流向。为了降低管网压差，有时还形成环网运行。

根据蒸汽系统具体情况，建立集中供汽点，热源的汽主要通过集中供汽点再向用户供汽，可解决多热源蒸汽系统热源间连接线负荷变化大，系统阻力大，温降严重等缺点。由于石化装置蒸汽系统使用背压透平驱动的压缩机较多，提高了用汽点的温度与压力，也就提高了背压透平的进汽参数，提高了蒸汽系统运行安全性与经济性，并进一步降低了石化企业能耗。

1 集中供汽点模型

现以两个热源与两个用户的简单蒸汽管网为例进行建模分析。见图1。

图1 建立集中供汽点模型

没有建立集中供汽点时（模型图左侧），热源1（本文默认热源1为热源，负责整个蒸汽系统的平衡与压力调整）主要向用户1供汽，热源2主要向用户2供汽。热源2产汽过多时向热源1供汽，热源2产汽不足时热源1向其供汽以达到系统平衡。当热源2通过热源1向用户1供汽流量较大时，热源2与用户1压差较大，使得热源1调压范围较小。

在热源1与热源2之间建立集中供汽点O点（模型图右侧），热源1与热源2产汽均通过O点再向用户供汽。这样蒸汽流向稳定，压力稳定，有利于计量与压力调整。

2 具体系统分析

当系统较为复杂时，容易存在多条母线与环网，蒸汽管道负荷变化大，容易产生负荷过大与过小引起的压差过大与温降过大，蒸汽系统运行效率低。

以某石油化工公司（以下简称石化公司）3.5MPa蒸汽系统为例。只分析主要热源与主要用户，其他装置对系统分析不产生影响，在此忽略。管网改造前系统见图2。

燃油炉、一部、渣油加氢、公司甲等为早期热源与用户。后公司发展新建了CFB装置、3#催化、公司乙等装置。正常运行时燃油炉停运，CFB装置担任中心热源作用。3#催化余热炉产汽较多。

当公司乙不运行时（较长时间未运行），3#催化有70t/h蒸汽通过CFB装置再经过燃油炉系统向其它用户供汽，使得3#催化蒸汽压力高而渣油加氢等装置压力低，压差最大时达1.1MPa。

图2 建立集中供汽点前系统

当公司乙运行时，CFB装置向3#催化供汽10t/h，使该管线流量过小而温降较大。

当3#催化故障使余热炉产汽降低时，CFB装置向3#催化供汽以满足3#催化及附近用户（包括公司乙，其他图中未画出）用汽需求。

为了解决3#催化与渣油加氢、一部等装置压差大的问题，对系统进行了改造，改造后系统见图3。

图3 建立集中供汽点后系统

O点位于3#催化与CFB装置蒸汽连接线上，离A点较近(同一管架上)。通过安装O点至A点连接蒸汽线,使O点成为集中供汽点，3#催化与CFB装置产汽大部分经过O点向用户供汽。将公司甲、公司乙蒸汽均进行相应改造，使用经过O点A点的蒸汽。运行时停运CFB装置至燃油炉系统、燃油炉系统至公司甲和3#催化至公司乙管线，管线总长度缩短，蒸汽最长流程缩短，使系统温降与压降减小，CFB装置调压范围增大，渣油加氢等处温度压力均上升。3#催化与渣油加氢压差降为0.25MPa。

3 建立集中供汽点改造蒸汽管网原则

3.1 突出较大供汽点的热源地位

石化公司最大的供汽单位为CFB装置与3#催化，在此两装置连接线上靠近用户集中的位置建立集中供汽点，有利于缩短蒸汽总流程，将低压降与温降。

石化公司热源较多，有些热源对系统影响小，可不予重点考虑。

当蒸汽系统较大负荷的热源较多且对系统都有重要影响时，可根据实际管网构造，建立两个或多个集中供汽点，这些集中供汽点最好离中心热电装置较近。

3.2 避免蒸汽管网环网运行

热源（或集中供汽点）在中心位置的辐射状蒸汽管网运行经济性与安全性均优于环形管网与中心热源不突出的多热源管网。

建立集中供汽点并对管网进行改造后，要及时停运可以停运的管道，避免环网运行,减少总散热量。

3.3 校核管道流量

建立集中供汽点后，管道流量发生变化，要计算流量变化对阻力与温度的影响，必要时更换管道。

4 建立集中供汽点改造蒸汽管网效果

4.1 缩短最长流程，减小压降与温降

根据管网具体空间布局，建立集中供汽点，增加较短的集中供汽管道对管网进行改造，使热源到用户的距离缩短，可缩短蒸汽最长流程，使管网最高压力点与最低压力点之间的压差（如石化公司3#催化与渣油加氢）大幅降低。

通过集中供汽点供汽，停运部分以前的管道，使管道总长度降低，总散热量降低，可以减小用户温降，提升用户用汽品质。

4.2 适应热源与用户故障产生的负荷波动能力强

当某热源（如3#催化）出现故障时，中心热源（如CFB装置）增加供汽量不经过故障热源，而是直接经过集中供汽点向用户供汽，对系统影响小。

当某用户出现故障需要增加或减少用汽时，中心热源改变负荷只经过集中供汽点而不经过其他热源。

建立集中供汽点后，热源与用户的负荷变化对整个系统的影响降低，都通过中心热源向集中用汽点供汽量进行调整。

4.3 便于计量管理

在建立集中供汽点前，CFB装置至3#催化蒸汽管道蒸汽流向与负荷不定，流量计误差大。建立集中供汽点后，热源向外供汽，用户用系统汽，负荷较稳定，不存在双向流动，流量计工作稳定，计量准确性提高，计量管理简化。

5 结语

石化企业经过多个阶段的发展建设，热源与用户多，蒸汽系统复杂，管网运行压降与温降较大，调压范围小，效率低。依据实际条件，因地制宜建立集中供汽点并对管网进行适当改造，热源产汽主要通过集中供汽点向用户供汽，可缩短蒸汽流程，减少阻力与散热，提高用户蒸汽品质，提高蒸汽系统效率，扩大中心热源调整余地，增强适应负荷变化能力，并有利于计量管理。