利用飽和塔給水回收低壓蒸汽的效果分析

劉秀紅

摘 要：本文介紹了大型天然氣制甲醇裝置低壓蒸汽的回收方式，分析了回收后的產生效果和故障時的影響及處理方法，比較完善地解決了甲醇裝置低壓蒸汽富裕放空的問題。

關鍵詞：回收蒸汽;節能降耗;水碳比

1 現狀簡介

目前一些大型單套天然氣制甲醇裝置，由于其裝置設置獨立，無其他相關聯裝置與其配套使用，因此在高負荷運行情況下，末級低壓蒸汽存在富裕的情況，沒有其他用戶，直接大量放空，既增加了裝置能耗，又浪費了水資源。從關聯工藝流程中考慮，在含有飽和塔轉化工藝流程中，對飽和塔循環水補水加熱過程進行適當改進和調整，將富裕的低壓蒸汽用于飽和塔補水預加熱，使其進入飽和塔前溫度提高，從而提高補水的熱量，該方式不僅提高了低壓蒸汽的熱能利用率，也解決低壓蒸汽放空損失的問題。

2 方案簡介

本方案以某大型天然氣制甲醇裝置為例，裝置在90%負荷運行中，其過熱低壓蒸汽的壓力0.3MPaG，溫度186.35℃，放空量約1.2t/h?？紤]到飽和塔補水溫度不高，飽和塔補水包含工藝冷凝液（流量約50t/h，溫度100℃）、精餾系統回收塔塔底水（流量23t/h，溫度113℃）、以及精餾系統雜醇油（流量2.5t/h，溫度80℃）。其中工藝冷凝液和精餾系統回收塔塔底水最終匯合后從飽和塔塔底進入，總流量較大，精餾系統雜醇油從飽和塔中部單獨進入流量較小。

綜合考慮，為了最為合理的利用富裕過熱低壓蒸汽，可以在工藝冷凝液和精餾系統回收塔塔底水補水匯總管位置增設一臺飽和塔給水預熱器，利用富裕過熱低壓蒸汽提高補水溫度后進入飽和塔。同時結合開停車工況和異常情況，以及裝置不同負荷運行情況，在裝置正常開停車過程中，新增預熱器是否投用不影響整體操作;在異常情況下，如：新增預熱器泄漏等，需要將預熱器及時停用并切出交付檢修;另外在裝置低負荷運行時，低壓蒸汽并沒有富裕量，新增預熱器無需投用，工藝冷凝液和精餾系統回收塔塔底水按照原設計直接進入飽和塔。因此在設計增加飽和塔給水預熱器工藝流程時，需要在預熱器水側和蒸汽側分別設置進出口切斷閥和旁路閥門，以及排盡導淋閥，閥門全部選用閘閥?？紤]到預熱器流通介質并無特別苛刻的化學腐蝕性質，預熱器材質選用一般的碳鋼材料即可。換熱器給水側出口設置取樣口，便于分析故障原因。

3 相關計算

按照上述流程進行改造后，其具體的熱量利用效果計算如下：

3.1 數據采集

計算使用的相關參數取自該裝置90%負荷運行工況數據：低壓蒸汽按照放空閥開度，以及根據《控制閥規格明細表》，該閥流量特性是線性的，得到放空蒸汽大約為1.2t/h。過熱低壓蒸汽溫度186.35℃采用遠傳溫度顯示，飽和塔出口溫度193.38℃為遠傳溫度顯示，蒸汽冷凝液溫度114.63℃為新增換熱器換熱后預估冷凝溫度。

3.2 飽和塔補水熱量增加量

設新增換熱器換熱效率為0.97，查得186.35℃的低壓蒸汽比焓為2833.54kJ/kg，114.63℃冷凝液的比焓為480.984kJ/kg;飽和塔補水熱量增加量：

Q=DLS（h1-h2）×0.97=1.2×103×（2833.54-480.98）×0.97=2273.68×103kJ/h式中：DLS-放空低壓蒸汽流量（t/h）;h1-低壓蒸汽比焓（kJ/kg）;h2-冷凝液的比焓（kJ/kg）。

3.3 飽和塔自產蒸汽增加量

由飽和塔出口蒸汽溫度193.38℃，查得蒸汽比焓為2787.75kJ/kg?？梢越普J為改造前后飽和塔帶出的蒸汽比焓不變，因飽和塔內部熱交換是相對平衡的過程，根據能量守恒原理，飽和塔出口增加的熱量等于進水增加的熱量，計算飽和塔帶出的水蒸氣增量D。

D=Q/h3=2273.68×103/2787.75=815.6kg/h式中：h3-飽和塔帶出蒸汽的比焓（kJ/kg）。

3.4 利潤計算

裝置按照90%負荷運行，年運行時間按照8000h計算，低壓蒸汽價格按照100元/t計算。

年節約低壓蒸汽費用=1.2t/h×100元/t×8000h=960000元

3.5 故障影響計算

飽和塔自產的水蒸汽量與轉化爐總水碳比關系密切，必須考慮改造后如果富裕低壓蒸汽回收設備（新增換熱器）故障時對水碳比的影響有多大，為故障發生時采取何種補救措施提供依據。按照裝置滿負荷工況下的運行數據可得（所有數據均采集遠傳儀表顯示）：進轉化爐原料氣流總量為66234.7Nm3/h，合成單元返氫氣流量為2233.43Nm3/h，飽和塔帶出水蒸氣量83640.49Nm3/h預轉化爐前后工藝蒸汽分別為64.17t/h、8.98t/h。

3.5.1 新增換熱器正常投用時的水碳比

原料天然氣流量=原料氣流總量-返氫氣流量，即原料天然氣流量=66234.7-2233.43=64001.27Nm3/h

天然氣中C的量：

kmol/h

反氫氣中C的量：

kmol/h

總碳量：2837.48+35.74=2873.22kmol;總水蒸汽量：83640.49/22.4+（64.17+8.98）×103/18=7797.84kmol/h，則水碳比為：7797.84/2873.22=2.71。

3.5.2 新增換熱器故障時的水碳比

故障時總水蒸汽量：7797.84-815.6/18=7752.53kmol/h，水碳比：7752.53/2873.22=2.70。

4 操作控制

按照上述流程設置和相關計算，裝置正常運行期間，新增預熱器故障時，首先將旁路緩慢全部打開，再關閉進出口閥門，在打開旁路閥門和關閉進出口閥門的過程中，必須注意控制工藝冷凝液和精餾系統回收塔塔底水流量控制閥門，使進入飽和塔的總流量保持恒定。同時由于預熱器切出停止供熱，按照計算結果可知，飽和塔的帶出蒸汽量會相應的減少，這時必須及時補充工藝蒸汽以滿足轉化爐原有水碳比，最大限度的降低預熱器投用和切出對系統的影響。預熱器工藝水側完全切出后，應及時將蒸汽側切出，過程中要控制好低壓蒸汽的放空閥門，確保低壓力恒定。待水側和蒸汽側均切出后，可分別打開各自的排盡導淋，將系統排放干凈便于檢修。當裝置需要降低負荷運行時，降負荷過程中低壓蒸汽將逐漸沒有富裕量，這種情況，可以先按照預熱器故障時的操作步驟，預先將其切出，避免在完全無富裕低壓蒸汽時緊急處理。

5 改造后的效果

從上述流程設置、計算結果、以及操作控制可以看出，本改造項目的投資不高，通過改造，裝置在回收1.2t/h富裕過熱低壓蒸汽時，飽和塔帶出蒸汽量可以增加815.6kg，意味著可以節省相應用量的工藝蒸汽。而且操作控制簡單，對原有裝置不會造成嚴重后果。

6 結論

在甲醇裝置90%負荷下，飽和塔進水回收低壓蒸汽后，可以節省中壓蒸汽815.6kg/h，并且減少1.2t/h的蒸汽放空損失。年節約年節約費用約96萬元，如果裝置負荷更高，經濟效益將更加明顯。并且一旦低壓蒸汽故障，對水碳比的影響不是很大，需要采取的措施為及時增加工藝蒸汽815.6kg/h即可。

參考文獻：

[1]陳心志，蔡振云.化工熱力學（第三版）[M].北京：化學工業出版社，2009.

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