李勝利

(鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000)

鶴壁煤化工有限公司(以下簡稱鶴壁煤化工)60萬t/a甲醇工程中甲醇合成裝置副產(chǎn)2.0～3.5 MPa(g)、93.5 t/h飽和蒸汽，通過減溫減壓閥減溫減壓至0.8MPa(g)、175 ℃等級(jí)蒸汽，沒有做好階梯級(jí)利用，造成較大能源浪費(fèi)。本工程配備2×7臺(tái)涼水塔，配置有循環(huán)水泵兩組，每組6臺(tái)，5開1備。之前全部由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，耗電較大。2019年6月，鶴壁煤化工有限公司與北京動(dòng)力源科技股份有限公司合作，對(duì)鶴壁煤化工有限公司循環(huán)水站的循環(huán)水泵進(jìn)行了改造，將其中2臺(tái)改造為由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。改造后泵組運(yùn)行平穩(wěn)，節(jié)電效果顯著。

1 次中壓蒸汽和循環(huán)水泵參數(shù)

汽輪機(jī)進(jìn)出口處待利用蒸汽參數(shù)見表1,循環(huán)水泵參數(shù)見表2。

表1 汽輪機(jī)進(jìn)出口處待利用蒸汽參數(shù)

表2 循環(huán)水泵參數(shù)

2 改造方案

鶴壁煤化工60萬t/a甲醇工程循環(huán)水系統(tǒng)配備2×7臺(tái)涼水塔，配置循環(huán)水泵兩組每組6臺(tái)，5開1備，以前全部由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本次改造將其中2臺(tái)改造為由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，由2臺(tái)背壓式汽輪機(jī)組替換東塔、西塔各1臺(tái)電機(jī)，改造內(nèi)容包括背壓式汽輪驅(qū)動(dòng)機(jī)的熱力系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、熱工控制系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)以及土建安裝等。循環(huán)水泵驅(qū)動(dòng)用汽輪機(jī)采用背壓式汽輪機(jī)。原動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)，通過膜片聯(lián)軸器與減速機(jī)聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵。汽輪機(jī)與減速機(jī)安裝在一個(gè)公用底座上，汽輪機(jī)采用集中供油強(qiáng)制潤滑。為確保機(jī)器安全運(yùn)轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)設(shè)有各種自控和保安裝置。機(jī)組為單層布置，油站等輔機(jī)置于旁邊。

2.1 主機(jī)設(shè)備

2.1.1 汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù):型式,背壓式;結(jié)構(gòu),單機(jī)雙列;額定功率,1 250kW;正常進(jìn)汽壓力,2.5MPa(g);最大進(jìn)汽壓力,2.8MPa(g);排汽壓力,0.9MPa(g);汽機(jī)轉(zhuǎn)向,順時(shí)針(從調(diào)速器端看汽輪機(jī));潤滑方式,強(qiáng)制潤滑;調(diào)速器型式,DEH控制系統(tǒng)。

2.1.2 汽輪機(jī)本體

汽輪機(jī)采用單級(jí)雙列復(fù)速級(jí)，下半周進(jìn)汽，蒸汽室內(nèi)裝有兩臺(tái)手動(dòng)控制閥，用于低負(fù)荷時(shí)手動(dòng)控制噴嘴數(shù)量，根據(jù)負(fù)荷的變化狀況來決定手閥的開、閉，噴嘴型式為葉型式，缸體為水平分式。轉(zhuǎn)子由厚壁瓦支撐，下半周在兩列動(dòng)葉片之間有一級(jí)導(dǎo)葉片。汽封采用高低齒迷宮式密封，前后汽封漏氣，由軸封抽出排入軸封冷卻器冷凝成水，廢氣排入大氣。油封為迷宮式密封。汽輪機(jī)機(jī)組的調(diào)速控制即DEH、檢測保護(hù)ETS系統(tǒng)采用浙大中控ECS700一體化系統(tǒng)。汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電液轉(zhuǎn)換器和油動(dòng)機(jī)。危急保安器為機(jī)械式超速保護(hù)。潤滑方式為強(qiáng)制潤滑。蒸汽室前裝著由危急遮斷閥與調(diào)節(jié)閥共同組成的聯(lián)合汽閥。

2.1.3 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)

汽輪機(jī)采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為浙大中控ECS700，安裝在操作間。就地設(shè)有手操盤，可進(jìn)行就地手動(dòng)控制及緊急停車等功能。DEH通過電液轉(zhuǎn)換器控制油動(dòng)機(jī)操作調(diào)節(jié)閥的開度，控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速及做功。調(diào)速范圍為70%～105%正常轉(zhuǎn)速,調(diào)速器的調(diào)節(jié)精度為NEMA“D”級(jí)。

汽輪機(jī)在DCS主要需要有如下報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)：①軸瓦溫度T≥80 ℃報(bào)警，T>100 ℃，聯(lián)鎖停機(jī)；②軸位移>0.4mm報(bào)警，>0.6mm，聯(lián)鎖停機(jī)；③軸振動(dòng)>0.05mm報(bào)警，>0.08mm，聯(lián)鎖停機(jī)；④潤滑油壓低于0.08MPa報(bào)警聯(lián)鎖輔助油泵，低于0.06MPa聯(lián)鎖；⑤濾油器壓差≥0.15MPa報(bào)警；⑥排汽壓力高報(bào)警；⑦轉(zhuǎn)速高報(bào)警，轉(zhuǎn)速高聯(lián)鎖停機(jī)；⑧主汽門(速關(guān)閥)關(guān)閉訊號(hào)。

2.2 熱機(jī)專業(yè)

2.2.1 主蒸汽系統(tǒng)

主蒸汽管道采用20G無縫鋼管(φ377×14)，自合成單元北側(cè)B管廊接出，向東沿B管廊至精餾單元處，沿精餾單元內(nèi)管廊向南過廠內(nèi)道路至循環(huán)水站西塔東側(cè)，沿著西塔東側(cè)到西塔F泵汽輪機(jī)主汽門，同時(shí)在西塔F泵北側(cè)分流向東至東塔A泵汽輪機(jī)主汽門。在汽輪機(jī)主汽門前設(shè)有電動(dòng)隔離閥。

背壓汽采用20#無縫鋼管(φ356×18)，自循環(huán)水泵處向北，過廠內(nèi)道路向北沿精餾單元內(nèi)管廊至B管廊處。蒸汽系統(tǒng)按3臺(tái)背壓式汽輪機(jī)組設(shè)計(jì)管網(wǎng)。

主蒸汽管道考慮有適當(dāng)?shù)氖杷c(diǎn)和相應(yīng)的疏水閥,以保證機(jī)組在啟動(dòng)暖管及低負(fù)荷或故障條件下能及時(shí)疏盡管道中的冷凝水，防止汽輪機(jī)進(jìn)水事故的發(fā)生。

2.2.2 軸封系統(tǒng)

為了減少汽輪機(jī)汽缸兩端軸封處的漏氣損失，在汽缸上設(shè)有軸封，分別有前汽封、后汽封和隔板汽封，汽封均采用高低齒型迷宮式，供軸封用汽的蒸汽管道接自汽輪機(jī)主汽門前。

2.2.3 疏水系統(tǒng)

在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，要把主蒸汽及其旁路管道、閥門處聚集的凝結(jié)水迅速地排走，否則進(jìn)入汽輪機(jī)通流部分會(huì)造成水擊，或引起其他設(shè)備故障。

汽機(jī)本體部分疏水點(diǎn)有主汽門閥前疏水、前后汽封疏水、主汽門閥桿疏水、汽輪機(jī)前后汽缸疏水、軸封供汽管疏水,均排入專用的收集器，并回收到指定的地方。

2.2.4 潤滑油系統(tǒng)

潤滑油系統(tǒng)由冷油器、濾油器、潤滑油泵、主油箱及管路等組成。在機(jī)組啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及停機(jī)過程中，向正在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)的各軸承、傳動(dòng)裝置及其附屬設(shè)備供應(yīng)潤滑油，以確保機(jī)組安全運(yùn)行。機(jī)組設(shè)置潤滑油泵2臺(tái)、冷油器2臺(tái)、主油箱1個(gè)和事故潤滑系統(tǒng)。

2.2.5 冷卻水系統(tǒng)

冷油器必須不斷地用冷卻水進(jìn)行冷卻，以保證機(jī)組的正常工作。

2.2.6 保溫、油漆

本改造工程熱力管道、設(shè)備、閥門保溫油漆按照DL/T5072—1997火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程執(zhí)行。熱力系統(tǒng)管道均采用保溫性能良好、容重小的硅酸鋁保溫材料；外保護(hù)層采用鋁皮，對(duì)所有蒸汽管道和水管道按規(guī)范做防腐保溫處理。

2.3 電氣專業(yè)

2.3.1 中性點(diǎn)運(yùn)行方式

廠用400V系統(tǒng)采用與照明共用的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng),與現(xiàn)有接地方式一致。

2.3.2 廠用電源及電動(dòng)機(jī)二次系統(tǒng)

(1)廠用AC配電系統(tǒng)。本工程由甲方指定兩路380V電源接點(diǎn)，兩路電源設(shè)自動(dòng)切換裝置。低壓配電采用MCC方式。

(2)DC220V直流系統(tǒng)(如果有)。新上一套DC220V直流電源，供給開關(guān)操作及控制、保護(hù)、自動(dòng)裝置、直流潤滑油泵等直流負(fù)荷用電。

(3)廠用電動(dòng)機(jī)二次系統(tǒng)。廠用電動(dòng)機(jī)集中/就地控制。

2.3.3 主要設(shè)備選擇及布置

設(shè)備選擇。低壓配電屏采用低壓成套裝置MNS型抽屜式低壓配電柜，放置于水系統(tǒng)配電間?？刂票Ｗo(hù)設(shè)備采用微機(jī)保護(hù)加監(jiān)控后臺(tái)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

2.3.4 防雷及接地

接地采用工作、保護(hù)、防雷共用接地裝置，其接地裝置≤1Ω,就近接至廠區(qū)接地網(wǎng)。電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)接地，按設(shè)備廠家要求設(shè)置。接地措施為在室內(nèi)設(shè)接地網(wǎng)及均壓帶，電纜溝內(nèi)設(shè)接地線。避雷網(wǎng)、室內(nèi)接地網(wǎng)、室外接地網(wǎng)連接成可靠的電氣通路。所有的電氣設(shè)備及其金屬外殼、管道等按國家最新規(guī)范要求接地。

2.3.5 電纜敷設(shè)

電纜沿電纜橋架及部分穿電纜鋼管敷設(shè)。至集控室的電纜沿電纜橋架，部分穿電纜鋼管，經(jīng)電纜豎井及電纜夾層內(nèi)電纜橋架敷設(shè)，配電室、控制室與其他地方的聯(lián)系電纜采用沿電纜穿管及橋架敷設(shè)結(jié)合的敷設(shè)方式。

2.4 熱控專業(yè)

2.4.1 工程范圍

本工程熱工自動(dòng)化范圍為汽輪機(jī)的主、輔助系統(tǒng)的檢測顯示、模擬控制、開關(guān)控制及聯(lián)鎖保護(hù)、監(jiān)控和調(diào)節(jié)等，以確保機(jī)組能安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

2.4.2 熱工自動(dòng)化水平

(1)每臺(tái)汽輪機(jī)相關(guān)測點(diǎn)需獨(dú)立設(shè)置，進(jìn)單獨(dú)I/O卡件。單個(gè)卡件故障不得影響多臺(tái)機(jī)組。

(2)汽輪機(jī)跳車等狀態(tài)信號(hào)要引至動(dòng)力DCS及甲醇DCS,確保低壓管網(wǎng)穩(wěn)定。

(3)聯(lián)鎖及控制測點(diǎn)進(jìn)冗余卡件，聯(lián)鎖測點(diǎn)要冗余設(shè)置，組成二選二聯(lián)鎖邏輯。

(4)水泵側(cè)測點(diǎn)要由老系統(tǒng)改至新的控制系統(tǒng)，聯(lián)鎖控制監(jiān)視方案統(tǒng)一配置。

(5)至少設(shè)1臺(tái)控制站、1臺(tái)工程師站、1臺(tái)操作員站。具備SOE記錄及長趨勢軟件包，帶OPC接口，負(fù)責(zé)與現(xiàn)有工廠管理網(wǎng)PIMS對(duì)接。

(6)配置獨(dú)立的UPS電源，所有室內(nèi)室外供電系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置，現(xiàn)場儀表電源與主控電源隔離。電源冗余配置。甲方負(fù)責(zé)提供電源出線位置，其余電纜、橋架等均由乙方提供并施工。

(7)符合API標(biāo)準(zhǔn)，配置獨(dú)立的超速保護(hù)系統(tǒng)。調(diào)速功能由DCS實(shí)現(xiàn),但相關(guān)測速卡件掃描周期必須在100ms以內(nèi)。轉(zhuǎn)速測點(diǎn)需三重冗余。

(8)控制系統(tǒng)卡件(AI/AO/DI/DO)每種提供至少1塊備件。

2.5 水工專業(yè)

機(jī)組冷油器的冷卻水采用二次循環(huán)供水方式，機(jī)組的循環(huán)水量見表3。

表3 循環(huán)水量

本工程設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水水量為170m3/h，進(jìn)水溫度32 ℃,回水溫度42 ℃，進(jìn)水壓力0.4MPa，循環(huán)冷卻水接自廠區(qū)循環(huán)冷卻水管道。

3 使用效果

鶴壁煤化工與北京動(dòng)力源科技股份有限公司合作的次中壓蒸汽階梯利用循環(huán)水泵改造項(xiàng)目，自2020年5月7日投運(yùn)以來，運(yùn)行效果很好，兩組循環(huán)水泵，每組4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，1臺(tái)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。 原來5臺(tái)循環(huán)水泵全部為電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，西塔平均電流為88.4A。因此,汽輪機(jī)替換電機(jī)驅(qū)動(dòng)后，不影響其他循環(huán)水泵電機(jī)的電流，即不影響其他循環(huán)水泵的功率。西塔1臺(tái)汽輪機(jī)可節(jié)約用電：88.4×1.732×10(電壓)×0.81(功率因數(shù))=1 240kW，每年可節(jié)電1240×24×344=10 237 440kW·h。東塔1臺(tái)汽輪機(jī)每年可節(jié)約用電：88.6×1.732×10×0.81×24×344=10 262 102kW·h。2臺(tái)汽輪機(jī)每月共節(jié)約用電 20 499 542kW·h，電價(jià)按0.60元/kW·h，每年共節(jié)約電費(fèi)1 787 040×0.6= 12 299 725元。汽輪機(jī)油泵和加熱器電費(fèi)與減溫減壓閥備件節(jié)約費(fèi)用相抵，不再計(jì)算。所以,此次的次中壓蒸汽的階梯利用改造項(xiàng)目，每年可節(jié)約電費(fèi)12 299 725元。本次電驅(qū)改汽驅(qū)改造項(xiàng)目投資總費(fèi)用為1 226.016萬元，為能源合同管理模式，合同期為3年，雙方約定節(jié)能裝置運(yùn)行時(shí)間每年平均應(yīng)不低于8 256h，即344d。項(xiàng)目效益分成計(jì)算見表4。

表4 項(xiàng)目效益分成

改造后第1年,去除投資方收益外,收益較少，第2年、第3年為全額收益，從第4年開始,收益需減除設(shè)備維護(hù)成本。

4 結(jié)語

很多化工裝置副產(chǎn)的次中壓蒸汽、中壓蒸汽都沒有得到很好地階梯利用，造成能源浪費(fèi)。此次的次中壓蒸汽的階梯利用改造項(xiàng)目，為化工裝置副產(chǎn)的次中壓蒸汽、中壓蒸汽等的階梯利用，提供了一種解決方案，指明了一種節(jié)能方向。蒸汽的階梯利用，有著廣闊的發(fā)展前景;蒸汽的綜合利用，既可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也符合國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)政策。