國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)能源供應(yīng)模式分析

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)能源供應(yīng)模式分析

王 濤

上海市節(jié)能減排中心

大型石油化工企業(yè)的顯著特點(diǎn)是原料及產(chǎn)品絕大多數(shù)為易燃、易爆、有毒、腐蝕性強(qiáng)的物質(zhì)生產(chǎn)工藝連續(xù)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備種類繁多，稍有不慎就可能發(fā)生破壞性很大的事故。因此企業(yè)對(duì)能源供應(yīng)的可靠性、連續(xù)性和安全性要求很高。國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)的能源供應(yīng)模式都是以自備電廠為主，其他合作性質(zhì)為輔的方式。

石化企業(yè)；能源供應(yīng)；可靠性

根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，石化企業(yè)需要大量的蒸汽和電力。石化企業(yè)通常都有幾套大型或特大型裝置組成，各裝置間為上、下游關(guān)系，不但連續(xù)性強(qiáng)、且相互間影響形成一個(gè)生產(chǎn)鏈（停一次車恢復(fù)正常生產(chǎn)要一周～兩周時(shí)間，由于裝置規(guī)模大停產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失重大）。同時(shí)，系統(tǒng)中存在高溫、高壓、低溫、低壓、臨氫等多種高風(fēng)險(xiǎn)的加工過程，工藝介質(zhì)多數(shù)為易燃易爆氣體或粉塵，生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)運(yùn)單元內(nèi)大部分區(qū)域?yàn)楸ㄎｋU(xiǎn)環(huán)境。因此，企業(yè)對(duì)供電供熱的可靠性和連續(xù)性、熱力系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求很高。

1　石化企業(yè)對(duì)供電可靠性的要求

大型石化企業(yè)，其生產(chǎn)對(duì)供電的安全需求尤為重要。大型石化企業(yè)的用電量巨大，常采用自備內(nèi)部電網(wǎng)供電與外部電網(wǎng)供電結(jié)合的方式來滿足生產(chǎn)需要。其企業(yè)電網(wǎng)特點(diǎn)主要有：電力負(fù)荷以電動(dòng)機(jī)負(fù)荷為主且密度大、供電可靠性要求高、供配電線路以電力電纜為主，企業(yè)內(nèi)部多形成獨(dú)立的低壓、中壓配電網(wǎng)。石化企業(yè)的用電負(fù)荷絕大部分屬于一級(jí)負(fù)荷。全廠部分用電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷。

1.1重要負(fù)荷

通常有以下幾種。

（1）中斷供電時(shí)，將發(fā)生爆炸及有毒物質(zhì)泄漏的相關(guān)負(fù)荷：

1）安全停車自動(dòng)程序控制裝置（儀表、繼電器、程控器等）及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)（某些進(jìn)料閥、排料閥、排空閥等）以及配套的處理設(shè)施。

2）設(shè)備內(nèi)有不能排放的爆炸危險(xiǎn)物料，若其會(huì)發(fā)生局部聚合大量放熱反應(yīng)時(shí)，為避免危險(xiǎn)后果所需的攪拌設(shè)施和中止劑投放設(shè)施或冷卻水專用供應(yīng)設(shè)備。

3）爆炸危險(xiǎn)物料使用的大型壓縮機(jī)和安全軸封及正壓系統(tǒng)等的電氣設(shè)備。

（2）中斷供電時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)處理事故、搶救及撤離人員所必需的事故照明、通信系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警設(shè)備、消防系統(tǒng)的用電負(fù)荷等。

（3）工藝控制的DCS、FCS電氣微機(jī)保護(hù)，信息管理系統(tǒng)的用電負(fù)荷。

1.2一級(jí)負(fù)荷供電電源要求

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052-95》的規(guī)定，工藝裝置中大部分用電負(fù)荷和部分公用工程用電負(fù)荷屬于一級(jí)負(fù)荷，中斷正常供電，將造成重大經(jīng)濟(jì)損失，可能引起主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品報(bào)廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂，需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)，造成企業(yè)大量減產(chǎn)。所以一級(jí)用電負(fù)荷的供電電源應(yīng)由兩個(gè)電源供電，而且這兩個(gè)電源不能同時(shí)故障、同時(shí)中止供電。此獨(dú)立電源必須符合下列條件之一。

（1）兩個(gè)電源分別來自不同的電網(wǎng)。

（2）兩個(gè)電源分別來自同一電網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)電路不可能相連的同級(jí)電壓母線， 互相之間聯(lián)系很弱。

（3）兩個(gè)電源分別來自同一電網(wǎng)上有電路相連的同級(jí)電壓母線，互相之間有聯(lián)系，但其間的電氣距離較遠(yuǎn)，耦合程度不緊密，當(dāng)一個(gè)電源系統(tǒng)任意一處出現(xiàn)異常運(yùn)行或發(fā)生短路故障瞬間，另一個(gè)電源仍能不中斷供電并一直保持足夠的電壓水平，以滿足生產(chǎn)裝置電動(dòng)機(jī)群再起動(dòng)的要求。

當(dāng)石化企業(yè)發(fā)生大面積停電事故時(shí)，極易發(fā)生著火爆炸事故，一些生產(chǎn)裝置還會(huì)造成重大設(shè)備事故，因此，必須考慮企業(yè)全面停電時(shí)的消防及其他問題。石化企業(yè)自備電廠應(yīng)安裝低周減載裝置，以增加事故情況下的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，并通過安裝大型柴油消防泵及在部分生產(chǎn)裝置安裝柴油發(fā)電系統(tǒng)輔以保障。

2　石化企業(yè)電力系統(tǒng)供應(yīng)模式

為大型或特大型石化企業(yè)供電的兩個(gè)電源，有以下幾種情況。

2.1兩個(gè)電源都從地區(qū)電網(wǎng)取得

地區(qū)電網(wǎng)有足夠的容量，為了給大型或特大型石化企業(yè)供電，選兩個(gè)比較鄰近石化企業(yè)的區(qū)域變電所，各取一個(gè)出線回路為石化供電；若鄰近石化企業(yè)沒有合適的變電所，新建一個(gè)以石化供電為主的地區(qū)變電所。

由于電力系統(tǒng)供電，具有供電可靠、節(jié)能、效率高、電價(jià)合理，建設(shè)投資省，速度快、便于三廢集中處理等優(yōu)點(diǎn)，因此在石化建廠時(shí)首先考慮從地區(qū)電力系統(tǒng)取電源。例如：燕山石化，茂名石化、上海SECCO合資公司等。

對(duì)于能從地區(qū)電網(wǎng)取得可靠、充足電力的企業(yè)，內(nèi)部建立自備電廠目的是利用企業(yè)裝置所產(chǎn)生的富余蒸汽進(jìn)行發(fā)電。這類自備電廠的發(fā)電機(jī)組配有背壓機(jī)組，其發(fā)電量與季節(jié)有關(guān)，故自備電站不能作為主要電源。

2.2兩個(gè)電源由企業(yè)自備電站供給，地區(qū)電網(wǎng)取得的電源僅是自備電站的聯(lián)絡(luò)電源

對(duì)于電力供應(yīng)緊張的地區(qū)或地區(qū)電網(wǎng)容量小的情況，地區(qū)電網(wǎng)無法滿足石化企業(yè)用電要求。在此情況下，企業(yè)通過建立自備電站來解決用電問題。在以自發(fā)電為主的供電方式下，企業(yè)供電網(wǎng)仍需與地區(qū)電網(wǎng)相聯(lián)，一方面可以加大企業(yè)電網(wǎng)的容量，使企業(yè)發(fā)生沖擊性負(fù)荷時(shí)，能穩(wěn)定電網(wǎng)；另一方面在自備電站檢修或事故時(shí)，地區(qū)電網(wǎng)能起到保證供電的作用。這種供電方式的企業(yè)：上海石化、揚(yáng)子石化等。

企業(yè)以自發(fā)電為主要電力來源的自備電站，其發(fā)電機(jī)組以抽汽凝汽式機(jī)組為主。但也要配一些背壓式機(jī)組，按穩(wěn)定的最低熱負(fù)荷選背壓機(jī)組容量，以配合工藝裝置用汽。

2.3從地區(qū)電網(wǎng)取得一個(gè)電源，企業(yè)內(nèi)部建自備電站作為一個(gè)電源

地區(qū)電網(wǎng)電力比較緊張，正常供電時(shí)不希望全部滿足石化或特大型企業(yè)用電，在企業(yè)自備電站中止供電時(shí)，短時(shí)間能供企業(yè)全部負(fù)荷用電；自備電站的能力要能在外網(wǎng)中止供電時(shí)，全部擔(dān)負(fù)企業(yè)用電。其機(jī)組選擇：背壓機(jī)組按穩(wěn)定的最低熱負(fù)荷選擇其容量，其余選擇抽汽凝汽式機(jī)組，保證發(fā)電量。

這種供電方式的企業(yè)有：齊魯石化、天津石化、揚(yáng)子巴斯夫一體化工程等。國(guó)外企業(yè)這種供電方式較多，只是平時(shí)由自備電站供電比例較大。

3　石化企業(yè)對(duì)供熱可靠性的要求

石化企業(yè)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)是將一次能源（燃料等）轉(zhuǎn)換成二次能源（電、蒸汽、熱水等），為企業(yè)提供所需要的工藝蒸汽、熱能和動(dòng)力。在此過程中該系統(tǒng)要吸收工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的瓦斯、蒸汽和低溫?zé)?，并將其高效轉(zhuǎn)換和利用。它的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是企業(yè)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行的基礎(chǔ)，同時(shí)它也是企業(yè)中的耗能大戶，它的轉(zhuǎn)換效率影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。

3.1石化企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的一般特點(diǎn)

（1）分散的多工藝用汽點(diǎn)、多工藝產(chǎn)汽點(diǎn)、多燃料來源、多壓力等級(jí)；

（2）隨季節(jié)、加工量、生產(chǎn)方案（受市場(chǎng)影響）變化系統(tǒng)運(yùn)行工況變化多；

（3）為保證工藝系統(tǒng)安全平穩(wěn)的需求，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的能耗有較大影響。

大型石化企業(yè)的蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)除了具有多工藝產(chǎn)汽點(diǎn)、多工藝用汽點(diǎn)、多壓力等級(jí)外，還具有多動(dòng)力產(chǎn)汽點(diǎn)。工藝產(chǎn)汽點(diǎn)、工藝用汽點(diǎn)、動(dòng)力產(chǎn)汽點(diǎn)之間形成了錯(cuò)綜復(fù)雜的產(chǎn)供汽網(wǎng)絡(luò)。

3.2石化企業(yè)所需蒸汽的用途

（1）驅(qū)動(dòng)用蒸汽

化工裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)使用小功率蒸汽輪機(jī)，多為3.5 MPa及以上壓力等級(jí)的蒸汽。

（2）工藝用蒸汽

利用蒸汽作為加熱熱源，蒸汽與化工介質(zhì)直接混合，無回收凝結(jié)水。一般以1.0 MPa及以下壓力等級(jí)的蒸汽為主。

（3）加熱用蒸汽

利用蒸汽作為化工裝置換熱器的加熱熱源，蒸汽與化工介質(zhì)不直接接觸，可回收凝結(jié)水。一般以1.0 MPa及以下壓力等級(jí)的蒸汽為主。

（4）其它用途。

3.3蒸汽供應(yīng)中斷后果

（1）化工項(xiàng)目未啟動(dòng)時(shí)，蒸汽供應(yīng)中斷導(dǎo)致化工項(xiàng)目無法啟動(dòng)，延誤化工項(xiàng)目生產(chǎn)；

（2）化工項(xiàng)目正在運(yùn)行中，如果化工裝置換熱器的蒸汽供應(yīng)中斷，極可能導(dǎo)致化工項(xiàng)目無法正常生產(chǎn)，工廠可能要停工；

（3）化工項(xiàng)目正在運(yùn)行中，如果供化工裝置工藝用蒸汽中斷，輕則導(dǎo)致工廠停產(chǎn)， 重則可能導(dǎo)致化工裝置結(jié)焦或介質(zhì)凝結(jié)在容器中，輕/中/重度損壞化工裝置本身，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

因此，石化企業(yè)熱用戶均對(duì)供熱的可靠性提出了極其嚴(yán)格的要求，不允許中斷供熱。

4　石化企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)模式

石化企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)主要有以下三種：（1）自備熱電廠（2）IGCC多聯(lián)產(chǎn)（3）區(qū)域性集中供熱。

4.1自備熱電廠

石化企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)和供熱設(shè)備類型不同，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其中有些鍋爐生產(chǎn)的蒸汽主要先用于發(fā)電，然后利用機(jī)組排汽供熱；有的鍋爐生產(chǎn)的蒸汽直接供汽；有的鍋爐和余熱鍋爐生產(chǎn)的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)用動(dòng)力透平和供應(yīng)工藝用汽；有的汽輪發(fā)電機(jī)組或因機(jī)組熱耗高，或因與熱負(fù)荷不匹配導(dǎo)致運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)而閑置。

目前，石化行業(yè)的自備熱電廠，大致可分為兩種類型：

（1）配備有凝汽機(jī)組和背壓機(jī)組，可分別調(diào)節(jié)供熱、供電的熱電廠。國(guó)內(nèi)大部分石化企業(yè)動(dòng)力車間都屬于此類。比如茂名石化、天津石化等。

（2）僅配備有背壓式或抽汽背壓式機(jī)組，“以熱定電” 的熱電廠。撫順石化石油一廠動(dòng)力車間屬于此類。

4.2IGCC多聯(lián)產(chǎn)

國(guó)外許多石化企業(yè)以天然氣作為一次能源并采用高效的燃?xì)廨啓C(jī)與鍋爐或加熱爐熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，整體效率可以達(dá)到70%。

4.2.1IGCC技術(shù)適用于石化行業(yè)的先決條件

（1）石化企業(yè)原本就需要通過氣化技術(shù)來制造合成煤氣，并進(jìn)一步經(jīng)變換反應(yīng)和提純制取本企業(yè)所需要的氫氣。

（2）煉油廠產(chǎn)生的難于加工的高硫渣油、瀝青和石油焦，可作為氣化爐廉價(jià)燃料，在提供合成氣的同時(shí)，也解決了渣油處理問題。1995年以來，全世界煉油廠應(yīng)用渣油為原料的IGCC發(fā)電功率已經(jīng)達(dá)到2 500 MW，而且潛力尚未充分利用。

（3）IGCC技術(shù)應(yīng)用可部分解決煉油廠自身用電需求，還可將多余電力并網(wǎng)， 以節(jié)約運(yùn)行成本。

（4）石化行業(yè)可以將石化企業(yè)中的制氫和CO2的捕集與儲(chǔ)存通過IGCC技術(shù)結(jié)合到一起。由于CO2可以采用燃燒前捕集，操作壓力高，所以裝置規(guī)模小，能耗少，比燃煤電站更加經(jīng)濟(jì)。

4.2.2目前IGCC技術(shù)發(fā)展的障礙

（1）投資造價(jià)和發(fā)電成本較高。

（2）部分技術(shù)難點(diǎn)尚未突破。如氣體分離技術(shù)的開發(fā)、高溫除塵脫硫技術(shù)的開發(fā)、先進(jìn)高溫和高效燃?xì)廨啓C(jī)的開發(fā)、煤氣化技術(shù)與原料的優(yōu)化配置、多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化等。

目前，世界上已經(jīng)有數(shù)十套以石油劣質(zhì)產(chǎn)品為原料的IGCC 裝置在煉廠運(yùn)轉(zhuǎn)，如美國(guó)Motiva，ExxonMobil 公司采用石油焦作原料的IGCC 裝置，西班牙Puertollano、日本宇部合成氨廠等采用煤和石油焦混合作原料的IGCC 裝置。我國(guó)首套建在煉化企業(yè)的福建煉油乙烯一體化項(xiàng)目的IGCC裝置于2009 年7 月22 日投產(chǎn)。

4.3集中供熱

由區(qū)域性供熱鍋爐或熱電廠通過較大的管網(wǎng)系統(tǒng)向該石化企業(yè)供熱，稱為集中供熱。比如上海SECCO合資公司沒有自備電廠，完全依托漕涇熱電廠向其供應(yīng)蒸汽；蘭州煉油化工總廠也沒有自備電廠，一直依靠臨近的西固熱電廠供電供汽；武漢石化原擬建一套130 t/h CFB燒煤鍋爐以滿足生產(chǎn)需要，后經(jīng)過洽談合作，決定向國(guó)電青山熱電公司購(gòu)買蒸汽。

5　國(guó)內(nèi)主要石化企業(yè)的能源供應(yīng)情況

國(guó)內(nèi)三大石化集團(tuán)，即中國(guó)石化、中國(guó)石油、中國(guó)海油集團(tuán)內(nèi)大型石化企業(yè)的能源供應(yīng)模式都是以自備電廠為主，其他合作性質(zhì)為輔的方式。以中國(guó)石化集團(tuán)為例，截至2014年底，中國(guó)石化熱電業(yè)務(wù)分布在26家企業(yè)，共運(yùn)營(yíng)自備熱電站39座。中石化集團(tuán)主要大型石化企業(yè)自備電廠情況詳見表1。

6　結(jié)語

對(duì)于石化企業(yè)來說，根據(jù)其生產(chǎn)工藝的要求，需要大量的蒸汽和電力。從安全和穩(wěn)定性角度考慮，國(guó)內(nèi)外的石化企業(yè)都配備自己的能源供應(yīng)系統(tǒng)或緊鄰能源站，以滿足其蒸汽和電力的正常要求和應(yīng)急要求。

（1）石化企業(yè)的供電方式主要有以下三種情況：兩個(gè)電源都從地區(qū)電網(wǎng)取得；兩個(gè)電源由企業(yè)自備電站供給，地區(qū)電網(wǎng)取得的電源僅是自備電站的聯(lián)絡(luò)電源；從地區(qū)電網(wǎng)取得一個(gè)電源，企業(yè)內(nèi)部建自備電站作為一個(gè)電源。

（2）石化企業(yè)的供熱方式主要有自備熱電廠、IGCC多聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域性集中供熱三種主要方式。

（3）國(guó)內(nèi)三大石化集團(tuán)，即中國(guó)石化、中國(guó)石油、中國(guó)海油集團(tuán)內(nèi)大型石化企業(yè)的能源供應(yīng)模式都是以自備電廠為主，其他合作性質(zhì)為輔的方式。

表1　中石化集團(tuán)主要大型石化企業(yè)自備電廠情況

節(jié)能信息與動(dòng)態(tài)

青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)著力打造碧水綠地藍(lán)天

青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)切實(shí)把節(jié)能減排工作作為今年重大實(shí)事工程謀劃和推進(jìn)，采取三項(xiàng)措施，生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。

（1）扎實(shí)開展水污染防治行動(dòng)。今年上半年，按照確定的考核斷面要求，制定了水污染防治工作目標(biāo)。實(shí)施重點(diǎn)區(qū)域生態(tài)綜合整治工作，完成整治68家，完成污水納管5家、停產(chǎn)關(guān)閉26家、拆除15家。

（2）對(duì)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)和減排企業(yè)開展定期和不定期的摸底排查。制定整治計(jì)劃、建立健全風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)的監(jiān)督檢查臺(tái)賬。完成4家風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整工作。

（3）全面梳理鎮(zhèn)域內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀、揮發(fā)性有機(jī)物排放情況、治理設(shè)施現(xiàn)狀等信息，對(duì)1家重點(diǎn)企業(yè)、15家一般企業(yè)采取措施，督促企業(yè)制定完成揮發(fā)性有機(jī)物專項(xiàng)治理方案，并開展企業(yè)廢氣排放治理工作，確保年內(nèi)完成任務(wù)。 （青浦區(qū)）

Analysis of Domestic Large Petrochemical Enterprises Energy Supply Mode

Wang Tao
Shanghai Energy Saving and Emission Reducing Center

Large petrochemical enterprises' remarkable features are materials and products complex characteristics. Materials and products are flammable， explosive， toxic and corrosive. Production process needs strong continuity， high degree automation， complicated techniques and various types equipment， whose accidents would cause devastating influence without precaution. Enterprises energy supply requirements are high availability， reliability and security. Domestic large petrochemical enterprises energy supply is from own power plant with other methods as complementary.

Petrochemical Enterprises， Energy Supply， Reliability

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.08.007