大型煉化項(xiàng)目配套動(dòng)力站供熱可靠性探討

郭小丹

（中國寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

大型煉化項(xiàng)目配套動(dòng)力站供熱可靠性探討

郭小丹

（中國寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

針對(duì)大型煉化項(xiàng)目蒸汽系統(tǒng)復(fù)雜，同時(shí)需保證供熱安全可靠性的要求，以某大型煉化一體化項(xiàng)目為例，對(duì)其配套動(dòng)力站的供熱可靠性進(jìn)行論述和探討。

蒸汽系統(tǒng)；動(dòng)力站；供熱可靠性

Abstract：In view of the complexity of the steam system in large-scale refinery projects and the need to ensure the safety and reliability of heating，a large-scale refinery and chemical integration project is taken as an example to discuss and study the heating reliability of the supporting power station.

Key words：seam system；power station；heat supply reliability

大型煉化項(xiàng)目工藝裝置多，蒸汽需求量大，全廠設(shè)置蒸汽管網(wǎng)為各工藝裝置和輔助設(shè)施提供不同等級(jí)、連續(xù)穩(wěn)定的蒸汽供使用。煉化項(xiàng)目通常設(shè)置配套動(dòng)力站作為項(xiàng)目穩(wěn)定的蒸汽來源，同時(shí)發(fā)電供項(xiàng)目使用。

項(xiàng)目各裝置通過全廠各級(jí)蒸汽管網(wǎng)供應(yīng)及消耗各種壓力等級(jí)的蒸汽，如果全廠蒸汽管網(wǎng)壓力波動(dòng)太大，會(huì)導(dǎo)致裝置無法穩(wěn)定運(yùn)行，因此動(dòng)力站供熱的安全可靠性顯得尤重要。即使在工藝裝置故障時(shí)仍需要維持各蒸汽管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，保證項(xiàng)目在各生產(chǎn)工況下均能正常穩(wěn)定運(yùn)行。

某項(xiàng)目是規(guī)劃建設(shè)2 000 萬t/a煉油及140 萬t/a乙烯的大型煉化一體化項(xiàng)目。本文以該項(xiàng)目為例，對(duì)其配套動(dòng)力站供熱的可靠性進(jìn)行探討和研究。

1 蒸汽等級(jí)和用汽供需情況

根據(jù)全廠各工藝裝置副產(chǎn)和使用蒸汽情況，結(jié)合動(dòng)力站汽輪機(jī)熱力特性，確定全廠性蒸汽管網(wǎng)等級(jí)見表1。

表1 全廠蒸汽管網(wǎng)等級(jí)

11.5MPa蒸汽主要來源為動(dòng)力站鍋爐，部分來自乙烯裝置裂解爐產(chǎn)汽。主要用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力站汽輪發(fā)電機(jī)組和空分裝置壓縮機(jī)透平、乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)透平和丙烯壓縮機(jī)透平。

4.2MPa蒸汽來源于動(dòng)力站汽輪機(jī)抽汽、乙烯裝置壓縮機(jī)透平抽汽，各工藝裝置副產(chǎn)。主要供應(yīng)煤焦制氣裝置、煉油裝置、乙烯裝置等驅(qū)動(dòng)透平及裝置換熱用汽。

1.3MPa蒸汽來源于動(dòng)力站汽輪機(jī)排汽、各裝置工藝透平排汽或抽汽、各工藝裝置副產(chǎn)。是動(dòng)力站除氧器、各工藝裝置的加熱用汽來源，以及部分驅(qū)動(dòng)透平的蒸汽來源。

0.5MPa蒸汽主要來源于煤焦制氣裝置變換廢鍋副產(chǎn)蒸汽，動(dòng)力站汽輪機(jī)抽汽、部分工藝透平抽汽或排汽。該等級(jí)蒸汽主要用于各裝置工藝加熱、除氧器加熱和系統(tǒng)管線伴熱等。

在整個(gè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)有必要的安全放空設(shè)施，在各壓力等級(jí)蒸汽母管之間設(shè)置減溫減壓器，保證全廠蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并在非正常運(yùn)行工況和事故工況下，快速調(diào)節(jié)負(fù)荷，保證下游管網(wǎng)供汽的連續(xù)穩(wěn)定。

2 全廠蒸汽平衡分析

針對(duì)各蒸汽用戶的使用情況，以四種不同工況對(duì)全廠蒸汽平衡進(jìn)行分析。其中工況一為煉油裝置和化工裝置同時(shí)正常運(yùn)行的工況，工況四為催化裝置故障再開工工況，是全廠蒸汽負(fù)荷最大的工況。該工況下催化裂化裝置故障后再開工，此時(shí)催化裝置余熱鍋爐副產(chǎn)的高壓蒸汽尚未并入管網(wǎng)，而催化氣壓機(jī)透平投運(yùn)，中壓蒸汽用戶正常負(fù)荷，同時(shí)考慮火炬用蒸汽量。各等級(jí)蒸汽在四種不同生產(chǎn)工況下的需求情況見表2。

表2 不同生產(chǎn)工況下的蒸汽需求量

3 動(dòng)力站機(jī)組配置方案

動(dòng)力站以“以熱定電、熱電聯(lián)產(chǎn)、安全靈活”的基本原則進(jìn)行機(jī)爐配置，建設(shè)規(guī)模定為6×480t/h 高溫超高壓煤粉爐＋2×CB50-11.9/4.9/1.7 抽汽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組+CC50-11.9/4.9/0.9 雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。正常工況下，鍋爐5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用，3臺(tái)高壓發(fā)電機(jī)組全部投入運(yùn)行。

由于該項(xiàng)目超高壓蒸汽、高壓蒸汽主要用于驅(qū)動(dòng)透平，應(yīng)盡量減少蒸汽管網(wǎng)的壓力波動(dòng)。如果汽輪機(jī)組全采用抽背式，正常運(yùn)行時(shí)熱負(fù)荷遇到波動(dòng)，背壓機(jī)進(jìn)汽、排汽量的變化影響對(duì)應(yīng)等級(jí)蒸汽管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，進(jìn)而影響工藝裝置透平的安全穩(wěn)定運(yùn)行，動(dòng)力站熱負(fù)荷調(diào)節(jié)性能差，很難保證供熱安全。另外動(dòng)力站全部配置抽背式機(jī)組，在機(jī)爐調(diào)試階段無法對(duì)外穩(wěn)定供熱時(shí)，所有背壓排汽基本只能排空，噪音大且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)?；谝陨峡紤]，動(dòng)力站汽輪機(jī)組采用了抽凝機(jī)組和抽背機(jī)組相結(jié)合的方式，來滿足動(dòng)力站供熱可靠性、靈活性的要求。

4 供熱可靠性分析

正常運(yùn)行動(dòng)力站6 臺(tái)鍋爐處于5 用1 備狀態(tài)，在分析鍋爐故障停爐情況時(shí)，由于工況二、工況三運(yùn)行時(shí)鍋爐產(chǎn)汽量相對(duì)較低，鍋爐富裕能力非常多，因此不作分析，只著重討論分析運(yùn)行時(shí)間最久的工況一、負(fù)荷需求量最大的工況四。

工況一（正常運(yùn)行工況）需鍋爐產(chǎn)出超高壓蒸汽2120t/h，此時(shí)5 臺(tái)鍋爐負(fù)荷率約為88.3%，可見正常工況動(dòng)力站鍋爐5用1 備可以實(shí)現(xiàn)鍋爐輪換檢修的需求。當(dāng)1 臺(tái)鍋爐停爐檢修，另外1 臺(tái)正在運(yùn)行的鍋爐故障停爐時(shí)，此時(shí)4 臺(tái)鍋爐額定蒸發(fā)量為1 920t/h，超發(fā)狀態(tài)下4 臺(tái)鍋爐總產(chǎn)汽量可以達(dá)到2 110t/h，同時(shí)降低CC50機(jī)組發(fā)電量，減少CC50汽輪機(jī)進(jìn)汽量，或者直接將CC50機(jī)組停運(yùn)，通過對(duì)應(yīng)設(shè)置的減溫減壓器來滿足供熱需求，同時(shí)停爐檢修的備用鍋爐及時(shí)開啟，保證對(duì)外供熱的可靠性。

當(dāng)1 臺(tái)鍋爐停爐檢修，另外2 臺(tái)正在運(yùn)行的鍋爐故障停爐時(shí)，此時(shí)剩余3 臺(tái)鍋爐額定總蒸發(fā)量為1 440t/h，超發(fā)狀態(tài)下鍋爐總產(chǎn)汽可達(dá)1 585t/h，此時(shí)將CC50 機(jī)組停運(yùn)，開啟對(duì)應(yīng)的各等級(jí)減溫減壓器，基本能保證80%的對(duì)外供熱能力，需要部分化工裝置適當(dāng)減負(fù)荷。一般故障停爐有一定的時(shí)間過程，化工裝置也有時(shí)間安排生產(chǎn)調(diào)度，所以發(fā)生此種事故工況也能保證安全生產(chǎn)。

項(xiàng)目正常運(yùn)行時(shí)5 臺(tái)鍋爐在運(yùn)行，1 臺(tái)在檢修備用，此時(shí)發(fā)生工況四（催化裝置故障再開車工況），動(dòng)力站CC50機(jī)組緊急甩全部負(fù)荷，外供蒸汽通過剩余汽輪機(jī)組和減溫減壓器來滿足需求，此時(shí)需要鍋爐產(chǎn)出的超高壓蒸汽量為2 486t/h，此時(shí)5 臺(tái)鍋爐負(fù)荷率約為103.5%。可見正常運(yùn)行時(shí)，如遇到催化裝置故障之后再開車，5 臺(tái)鍋爐運(yùn)行能夠保證可靠供汽。如果情況更糟，同時(shí)又有1 臺(tái)鍋爐發(fā)生故障需要停爐，此時(shí)4 臺(tái)鍋爐運(yùn)行，鍋爐總產(chǎn)汽量為2 110t/h（鍋爐超發(fā)），經(jīng)蒸汽平衡計(jì)算，能提供約85%工況四的蒸汽量，需要部分化工裝置適當(dāng)減負(fù)荷，一般故障停爐有一定的時(shí)間過程，化工裝置也有時(shí)間安排生產(chǎn)調(diào)度，所以發(fā)生此種疊加事故工況時(shí)，也能確保安全生產(chǎn)。

為了保證供熱安全可靠，在各級(jí)蒸汽管網(wǎng)配置了數(shù)量眾多的減溫減壓裝置，無論在哪個(gè)運(yùn)行工況，只要汽輪發(fā)電機(jī)組故障跳機(jī)，相應(yīng)的減溫減壓裝置就會(huì)自動(dòng)開啟，確保蒸汽管網(wǎng)的壓力穩(wěn)定，因此汽輪機(jī)的故障停機(jī)，不會(huì)影響供熱的安全性。

5 結(jié)束語

對(duì)煉化項(xiàng)目配套動(dòng)力站供熱可靠性的考察，需從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)兩方面進(jìn)行，即機(jī)爐配置的合理性和發(fā)生事故工況時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)應(yīng)對(duì)蒸汽波動(dòng)。只有機(jī)組具備較高的供熱可靠性和靈活性，才能保證項(xiàng)目在各種工況下均能安全平穩(wěn)運(yùn)行。

Discussion on Heating Reliability of Large-scale Petrochemical Project Matching Power Station

Guo Xiao-dan

TQ051.5

A

1003–6490（2017）09–0167–02

2017–07–07

郭小丹（1985—12），女，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事熱電廠設(shè)計(jì)工作。