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(chǎn)生效果和故障時(shí)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(guān)鍵詞：回收蒸汽;節(jié)能降耗;水碳比

1 現(xiàn)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(shè)置獨(dú)立，無其他相關(guān)聯(lián)裝置與其配套使用，因此在高負(fù)荷運(yùn)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(fèi)了水資源。從關(guān)聯(lián)工藝流程中考慮，在含有飽和塔轉(zhuǎn)化工藝流程中，對飽和塔循環(huán)水補(bǔ)水加熱過程進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)和調(diào)整，將富裕的低壓蒸汽用于飽和塔補(bǔ)水預(yù)加熱，使其進(jìn)入飽和塔前溫度提高，從而提高補(bǔ)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(fù)荷運(yùn)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(bǔ)水溫度不高，飽和塔補(bǔ)水包含工藝?yán)淠海髁考s50t/h，溫度100℃）、精餾系統(tǒng)回收塔塔底水（流量23t/h，溫度113℃）、以及精餾系統(tǒng)雜醇油（流量2.5t/h，溫度80℃）。其中工藝?yán)淠汉途s系統(tǒng)回收塔塔底水最終匯合后從飽和塔塔底進(jìn)入，總流量較大，精餾系統(tǒng)雜醇油從飽和塔中部單獨(dú)進(jìn)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?yán)淠汉途s系統(tǒng)回收塔塔底水補(bǔ)水匯總管位置增設(shè)一臺飽和塔給水預(yù)熱器，利用富裕過熱低壓蒸汽提高補(bǔ)水溫度后進(jìn)入飽和塔。同時(shí)結(jié)合開停車工況和異常情況，以及裝置不同負(fù)荷運(yùn)行情況，在裝置正常開停車過程中，新增預(yù)熱器是否投用不影響整體操作;在異常情況下，如：新增預(yù)熱器泄漏等，需要將預(yù)熱器及時(shí)停用并切出交付檢修;另外在裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低壓蒸汽并沒有富裕量，新增預(yù)熱器無需投用，工藝?yán)淠汉途s系統(tǒng)回收塔塔底水按照原設(shè)計(jì)直接進(jìn)入飽和塔。因此在設(shè)計(jì)增加飽和塔給水預(yù)熱器工藝流程時(shí)，需要在預(yù)熱器水側(cè)和蒸汽側(cè)分別設(shè)置進(jìn)出口切斷閥和旁路閥門，以及排盡導(dǎo)淋閥，閥門全部選用閘閥?？紤]到預(yù)熱器流通介質(zhì)并無特別苛刻的化學(xué)腐蝕性質(zhì)，預(yù)熱器材質(zhì)選用一般的碳鋼材料即可。換熱器給水側(cè)出口設(shè)置取樣口，便于分析故障原因。

3 相關(guān)計(jì)算

按照上述流程進(jìn)行改造后，其具體的熱量利用效果計(jì)算如下：

3.1 數(shù)據(jù)采集

計(jì)算使用的相關(guān)參數(shù)取自該裝置90%負(fù)荷運(yùn)行工況數(shù)據(jù)：低壓蒸汽按照放空閥開度，以及根據(jù)《控制閥規(guī)格明細(xì)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(yuǎn)傳溫度顯示，飽和塔出口溫度193.38℃為遠(yuǎn)傳溫度顯示，蒸汽冷凝液溫度114.63℃為新增換熱器換熱后預(yù)估冷凝溫度。

3.2 飽和塔補(bǔ)水熱量增加量

設(shè)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(bǔ)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(chǎn)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(rèn)為改造前后飽和塔帶出的蒸汽比焓不變，因飽和塔內(nèi)部熱交換是相對平衡的過程，根據(jù)能量守恒原理，飽和塔出口增加的熱量等于進(jìn)水增加的熱量，計(jì)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(jì)算

裝置按照90%負(fù)荷運(yùn)行，年運(yùn)行時(shí)間按照8000h計(jì)算，低壓蒸汽價(jià)格按照100元/t計(jì)算。

年節(jié)約低壓蒸汽費(fèi)用=1.2t/h×100元/t×8000h=960000元

3.5 故障影響計(jì)算

飽和塔自產(chǎn)的水蒸汽量與轉(zhuǎn)化爐總水碳比關(guān)系密切，必須考慮改造后如果富裕低壓蒸汽回收設(shè)備（新增換熱器）故障時(shí)對水碳比的影響有多大，為故障發(fā)生時(shí)采取何種補(bǔ)救措施提供依據(jù)。按照裝置滿負(fù)荷工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)可得（所有數(shù)據(jù)均采集遠(yuǎn)傳儀表顯示）：進(jìn)轉(zhuǎn)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(yù)轉(zhuǎn)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(shí)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(shí)的水碳比

故障時(shí)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(shè)置和相關(guān)計(jì)算，裝置正常運(yùn)行期間，新增預(yù)熱器故障時(shí)，首先將旁路緩慢全部打開，再關(guān)閉進(jìn)出口閥門，在打開旁路閥門和關(guān)閉進(jìn)出口閥門的過程中，必須注意控制工藝?yán)淠汉途s系統(tǒng)回收塔塔底水流量控制閥門，使進(jìn)入飽和塔的總流量保持恒定。同時(shí)由于預(yù)熱器切出停止供熱，按照計(jì)算結(jié)果可知，飽和塔的帶出蒸汽量會相應(yīng)的減少，這時(shí)必須及時(shí)補(bǔ)充工藝蒸汽以滿足轉(zhuǎn)化爐原有水碳比，最大限度的降低預(yù)熱器投用和切出對系統(tǒng)的影響。預(yù)熱器工藝水側(cè)完全切出后，應(yīng)及時(shí)將蒸汽側(cè)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(cè)和蒸汽側(cè)均切出后，可分別打開各自的排盡導(dǎo)淋，將系統(tǒng)排放干凈便于檢修。當(dāng)裝置需要降低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，降負(fù)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(yù)熱器故障時(shí)的操作步驟，預(yù)先將其切出，避免在完全無富裕低壓蒸汽時(shí)緊急處理。

5 改造后的效果

從上述流程設(shè)置、計(jì)算結(jié)果、以及操作控制可以看出，本改造項(xiàng)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(shí)，飽和塔帶出蒸汽量可以增加815.6kg，意味著可以節(jié)省相應(yīng)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(yán)重后果。

6 結(jié)論

在甲醇裝置90%負(fù)荷下，飽和塔進(jìn)水回收低壓蒸汽后，可以節(jié)省中壓蒸汽815.6kg/h，并且減少1.2t/h的蒸汽放空損失。年節(jié)約年節(jié)約費(fèi)用約96萬元，如果裝置負(fù)荷更高，經(jīng)濟(jì)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(shí)增加工藝蒸汽815.6kg/h即可。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] GB3102.8-1993.物理化學(xué)和分子物理學(xué)的量和單位[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1993.