循环水梯级利用

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1、克拉玛依石化公司拟选定案例80 万催化循环水梯级利用一、蒸汽轮机凝汽器循环水使用项目的实施背景蒸汽轮机是炼化企业常用的大型设备，如催化、重整、焦化、热电等，在工艺流程中有 着极其重要的意义。凝气式汽轮机的凝汽设备主要由凝汽器、循环水泵、凝结水泵和抽气器循环水回水图一、汽轮机及工艺用循环水布置组成，它的主要作用是使汽轮机的排汽冷凝成水，形成高度真 空，增强汽轮机做功能力。汽轮机凝汽器内真空的产生，依靠 汽轮机排汽在凝汽器迅速凝结成水，体积急剧缩小而形成的； 其次是依靠抽气器连续抽出凝汽器内的不凝气体和空气。为了 使汽轮机的排汽能够迅速冷却而凝结成水，必须向凝汽器不断 通入大量冷却水。为了保证单体

2、设备运行的安全性，国内大多数炼厂使用的 循环水都采用如图一所示的布置方式。汽压机凝汽器所用的循 环水与装置其它冷换设备所用的循环水采用并联方式，在这种情况下，装置内其它冷换设备 的调节、泄漏等现象对汽轮机的运行均不会造成影响。循环水回水图二、循环水再利用后布置图二、 凝气器循环水再利用的总体思路 以克拉玛依石化公司催化裂化装置的蒸汽轮机为 例。汽轮机凝汽器循环水采用如图一所示进行布置，循 环水消耗量为750-1000t/h，循环水系统负荷较大。正 常运行期间，凝汽器循环水进口温度为28C，出口温 度为30C左右，进出口温差只有1-2C,利用后的循环 水直接返回循环水冷却塔，造成很大的浪费。装置

3、其它 冷换设备所用循环水流量约为2500t/h,经过换热后返 回循环水冷却塔的温度约为43C左右，部分支路甚至 达到50C。由此可见，如果将汽轮机凝汽器的循环水再利用，供装置其它冷换设备使用如图 二所示，这样不仅可以降低本装置循环水的消耗，更能减轻循环水泵的负荷，对于循环水厂 的整体负荷的减轻也有重要的意义。三、 循环水再利用的技术方案3.1 凝汽器内循环水最小流量控制为达到节约用水的目的，首先应在保证凝汽器真空度的情况下使循环水量达到最小值， 然后在此基础上对凝汽器循环水进行再利用。根据冷热流体热量衡算式化工原理，循环水定压比 热、取热量不变，凝汽器管程内横截面积越小，循环水流量越小。为降低

4、循环水使用量，可 以将凝汽器的管程进行改造。如：将凝汽器循环水由两管程变为四管程或六管程，管程内的 循环水流速增大，有助于减小管程结垢，可以有效保证单体设备的良好运行。3.2 管路压降的核算蒸汽轮机循环水再利用时，汽轮机一路的循环水线上串联其他冷换设备，水线上的管道 阻力增大，管路压降增大，会引起循环水流量下降，进而影响凝汽器内的冷却效果。因此在 串联其他冷换设备之前，应首先考虑到管路压降的余量，以确定能串联的换热器的最大个数。 循环水再利用前管路总压降为汽轮机压降、管路压降、阀门压降之和。即：AP 二 AP + AP AP(1)11管1 机 + 1 阀循环水再利用后，管路总压降为汽轮机压降、

5、管路压降、换热器压降与阀门压降之和。即：AP 二 AP + AP +AP + AP(2)22 管2机 2阀2换为保证汽轮机处于最佳安全运行的状态，改造前后流经汽轮机凝汽器的压降应保持不变。 即改造前后，汽轮机压降相同，管路总压降相同，因此有：AP + AP AP 二 AP + AP + AP + AP(3)1管1机+ 1阀2管2机2阀2换由上式可见，在保证改造后管路尽可能短的情况下，改造后当阀门压降达到最小值，即 阀门全开时，换热器可允许的压降达到最大值，能串联的换热器的个数达到最大。3.3 现场流量调节汽轮机循环水进行再利用后，循环水自汽轮机凝气器流出进入其它冷换设备进行换热。 根据后路温度

6、控制的需要，循环水流量的控制会受到影响。当循环水流量增大时，汽轮机凝汽器内的真空度提高，汽轮机的排汽压力下降，蒸汽的 理想焓降增大，汽轮机的热效率提高。因此，在后路温度控制符合要求的基础上，汽轮机运 行获得了较好地运行效率。实际调节中，很可能会造成汽轮机在极限真空下运行，一旦超过 极限真空，蒸汽在末级叶片出口处继续膨胀，会造成涡流损失。因此，凝汽器循环水进行再 利用时，循环水流量不可过度调大，否则会造成装置整体运行效率下降。当循环水流量减小时，凝汽器真空度下降，蒸汽在汽轮机内的有效焓降减小，不利于机 组经济运行，效益下降。因此，后路冷换设备的调节不能仅依赖于凝气器循环水一路，否则 会影响汽轮机

7、的经济运行。3.4 热路换热量 在保证循环水管路压降、流量适当的基础上，还要对热路的取热状况进行核算，以保证 冷路提供的冷量可以满足热路冷却的要求。对换热器冷路、热路的进、出口温度进行对比， 对换热器的整体换热量进行核算，保证热量平衡。以免发生冷量不足或者过多的现象。需注 意的是，由于冷路循环水量不能自由调节，因此串加的换热器在热路中不能作为温度调节手 段来使用。循环水出装置图三、催化装置循环水再利用流程图四、 凝汽器循环水再利用的实施内容 催化装置对汽轮机循环水进行再利用 改造，把汽轮机凝汽器的出口的循环水改 去作为分馏塔顶油气冷却器L202/1-4的上 水。L202/1-4为两管程换热器，

8、每台冷却 器的流量约为250-300T/H，经计算，改造 后管路整体压降、汽轮机凝汽器的循环水 可提供的冷量完全可以满足L202的要求。 工程量主要为铺设埋地管线100米,DN500, 不需要增加其他的设备。流程如图三所示循环水再利用前后，各项参数对比如下。由表可见，循环水再利用后，工艺循环水流量 降低了 800t/h,但是出口温度升高。循环水自装置取走的总热量不变，但是循环水流量降低, 可降低循环水泵的总负荷。项 目凝汽器循环水流量(t /H)凝汽器循环水出口温度(C)工艺循环水流量(t /H)工艺循环水出口温度(C)改造前75031-342000220043-46改造后800-110030

9、-321000-120046-50五、 循环水再利用的综合效益凝汽式汽轮机凝汽器循环水再利用后，装置循环水单耗降低。循环水改造由 2006 年大检 修期间进行，2005 年循环水单耗为 27.203 吨/吨原料，而2007 年循环水单耗仅为 21.78吨/ 吨原料，起到了良好的节水效果。经济效益核算的公式：年处理量*(改造前单耗改造后单耗)*循环水单价 =84.106*(27.203-21.78)*0.414=188.828 万元由上可见，装置2006 年改造后，2007 年节约用水达 188.828 万元，节能效益较为明显。 供排水 I 循流量为 4000 吨/时，因此循环水再利用后为 I

10、循节约了 20%的循环水量，降低了 循环水泵的负荷。又80万吨/年丙烷装置循环水使用量为320t/h,即汽轮机循环水再利用后, 所节约的循环水可同时供应两套丙烷装置运行。循环水再利用项目最重要的意义并不是其节约的经济效益,最关键的是这一改造打破了 传统的设备运行观念,为所有的工程技术人员提供了新的节能理念,即并非传统设计均为合 理,只要综合装置平稳运行加以理论分析计算,均可以提出新的节能运行观点。此次改造顺 利实施后,其他炼化企业的凝汽式汽轮机均可借鉴。六、项目综合评价循环水梯级利用项目投资小,节能效果显著。本项目在2006 年大检修期间实施, 2006.7 月份投用,平稳运行到现在。结果表明,本项目达到了节能的目的。