赵男

（中国石油大庆石化公司工程项目管理中心，黑龙江大庆163714）

低压蒸汽系统的优化节能改造

赵男

（中国石油大庆石化公司工程项目管理中心，黑龙江大庆163714）

某化工厂的低压蒸汽采用常规的由高压蒸汽经减温减压后制得，现采用螺杆膨胀机替代现有的减温减压器来制得低压蒸汽，同时可以副产电能。文中阐述了螺杆膨胀机的结构特点、副产电能的并网及电机的保护操作程序。

蒸汽系统；螺杆膨胀机；发电并网

某石化公司的动力车间的减温减压器进汽压力1.0 MPa、温度250～280℃；排汽压力0.4 MPa、温度185～210℃，流量18 t/h，常年保持不间断运行。该次技术改造方案是在1.0 MPa和0.4 MPa蒸汽管路之间，以旁路方式（相对于原减压阀）接入1台装机功率600 kW的螺杆膨胀动力机，完全或部分替代原减压阀完成减温减压任务，在保持原工艺要求的蒸汽压力、温度及流量都不变的前提下，将原工艺的压差能量提取并转换为做功动力，拖动1台6 kV、600 kW的发电机发电，再将发电并入企业内部电网以节省等量外购电，实现节能增效［1］。

1 螺杆膨胀动力机

SEPG型螺杆膨胀动力机是一种既可实现减温减压又能同时输出动力的先进设备，基本构造由一对阴阳转子（双螺杆）、支撑轴承、推力轴承、冷却水套、机械密封和机壳体组成，其工作原理是：做功介质进入螺杆齿槽，压力推动阴阳螺杆转动，齿槽容积增加，流体降压膨胀做功，功率从阳转子或阴转子输出，实现能量转换。

该设备属容积式动力机，可无级调速，机体内流速较低，因而可获较高的内效率，尤其当工质或负荷、余热、余压参数发生变化时，也能维持稳定的高效率，运转依然平稳、安全和可靠［2］。

结构及原理不同于汽轮机，是目前国内唯一能够同时适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相、热水及高盐热流体的热动力机。具有自动除垢功能，对工质要求不高，工质进入机体前无需任何热工处理（如内蒸扩容器、汽水分离器等）。操作简单且维护方便，螺杆转子粗大坚实，可长期不大修，小修简单易行，运行维护费用低廉，无需专用技术人员。

2 工艺方案及设计参数

该工艺方案的改进前后的系统流程见图1。

图1 工艺系统流程

（2）工艺方案

在1.0 MPa和0.4 MPa蒸汽管网之间，以旁路方式接入螺杆膨胀动力机，替代原减压阀完成减温减压器。机组以旁路方式运行，可保证机组发生故障或停机时不会影响原工艺。机组发电通过联络柜并入企业内部电网，并网点位于企业电力计量柜下级或更下级配电网，发电量仅用于驱动内网用电设备，不会反馈到电力计量柜上级的地方电网［3～7］。

（3）控制方案

将蒸汽从原减压阀阀前引出至螺杆膨胀动力机做功驱动发电机，做功后排汽进入0.4 MPa蒸汽管网。螺杆膨胀动力机运行时，进汽调节阀、快关阀与原减压阀联锁运行：进汽量大于“动力机额定进汽量×110%”时，多余流量将自原减压支路分流；机组发生故障或紧急停机时，进汽快关阀立即关闭，原减压阀联锁动作，原减压支路回复到未安装螺杆膨胀动力机前的工作状态。

开机调整期，螺杆膨胀动力机转速处于调整阶段，此时进入动力机的流量较小，背压控制以原减压阀为主。随着进汽调节阀的开度逐渐增加，进入动力机的流量也随之增加，背压将会升高，原减压阀开度自动逐渐减小，动力机升速直至达到额定转速，系统逐渐趋于稳定运行，与此同时，PLC投入自动控制及联锁运行［8～10］。

（4）产品规格

绿色是普洱的自然本色、生命底色、发展特色，是普洱最大资源禀赋。厚植绿色根基，传承绿色文化，发展绿色产业，构建绿色社会，打造绿色品牌，推动经济社会高质量跨越式发展，既是普洱贯彻习近平生态文明思想的必然要求，也是促进人与自然和谐发展，打造绿色发展的普洱样本，争当生态文明建设排头兵的具体行动。绿色普洱是中国的，也是世界的，为人类绿色发展贡献智慧和力量，是普洱义不容辞的责任。

主产品：输出6 kV、510 kW的发电电力，该发电通过联络柜接入企业内部电网用于驱动内网用电设备，扣除系统自耗电7 kW后，衍生503 kW的节电功率。

副产品：输出0.4 MPa、185～210℃、18 t/h的副产蒸汽，去往0.4 MPa蒸汽管网供后续工艺使用。该副产品属于原减压阀的替代产品，故不列入衍生节能效益。

3 电气及控制系统

（1）发电并网

采用三相发电机，机组发电通过联络柜并入附近的高压配电室与母线连接，实现发电与企业内部电网并网运行。

目前并网发电属常规成熟技术，并网送电后不会对原电网的供电品质带来任何不良影响。机组运行时如遇突发事件，系统综保装置能使发电机与电网自动分闸，确保电网和机组的安全。

当蒸汽波动时，仅影响发电机电流（或功率）的输出，并网发电后，电压调节器对发电机是以恒功率因素模式调节，不会影响电网的电压和功率因数，由于发电机的频率一直被电网牵引，即使电压调节器AVR故障不能调节发电机励磁，发电机输出频率也电网一致，此时变成了异步发电机的工作方式；当蒸汽波动增大时导致发电机输出功率大于设定值时，系统自动减少螺杆机进汽阀开度，而使发电机输出功率接近设定值，反之，增加螺杆机进汽阀开度，使发电机输出功率接近设定值［11～13］。

（2）发电机保护

发电机保护包括：过负荷保护、速断保护、过电压保护、并网后欠电压保护、并网后高/低频保护、逆功率保护、零序保护。

（3）控制方式

通过分布在系统各点的变送器，对压力、转速、温度的模拟信号进行采集，通过PLC内部运算，转化为相应的数据进行显示或控制。输出4～20 mA电流信号对进汽阀门开度进行调节控制，通过调节进汽量实现控制动力机转速的目的，减少或增加动力机做功能力。

手动/自动控制方式，可无扰动相互切换。

（4）开机条件、初始化及开机流程

无停机、急停、报警保护情况下，才可以手动/自动开机。

PLC控制设备启动运行的首个扫描周期，必须对IO接口及相应的数据或提示进行初始化，初始化步骤：调节阀关闭并输出4 mA控制信号→复位“手动运行”→复位“自动运行”→投入所有保护“控制位”。

（5）手动、自动运行

手动运行必须在手动启机允许的条件下进行，可通过现场触摸屏软按钮来控制阀门动作，实现无级调速。

自动运行必须在自动启机允许的条件下进行，否则无法切入自动运行状态。自动运行过程中程序将自行判断和发出各段指令：I段指令将转速控制在额定转速40%以上，超过额定转速40%时阀门不动作，历时10 min自动发出II段指令；II段指令将转速控制在额定转速80%以上，超过额定转速80%时阀门不动作，历时10 min自动发出III段指令；III段指令将转速控制到额定转速。无论在哪个指令段，转速控制均以步进方式进行。

4 停机流程

该设备的停机过程操作流程见图2。

图2 停机操作流程

5 结束语

从实际应用结果看，采用螺杆膨胀动力机完全或部分替代原减压阀完成减温减压任务的项目路线是可行的，能够在保持原工艺要求的蒸汽压力、温度及流量都不变的前提下，将原工艺的压差能量有效提取并转换为做功动力，在节约能量的同时，利用发电机发电，进而衍生可观的节能效益，具备在石化行业广泛应用的可能。

［1］杨金焕.两相螺杆膨胀机的发展及其在制冷系统中的应用［J］.制冷，2003，22（1）：23-27.

［2］曹武.螺杆膨胀动力机技术的探讨［J］.煤气与热力，2005，25（8）：69-71.

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［6］赵必刚.低压蒸汽系统优化改造思路［J］.节能，2001（9）：28-29.

［7］张潇哲.低压蒸汽系统优化改造工程可行性研究［D］.上海：华东理工大学，2006.

［8］王喻飞.化工厂蒸汽及凝液系统的优化改造［D］.西安：西安石油大学，2016.

［9］李艳娟，朱虹，吴丽美.蒸汽凝液系统问题分析及改造［J］.山东化工，2017，46（9）：119-120.

［10］刘玉东，王红源.蒸汽及凝液系统优化［J］.乙烯工业，2006，18（4）：40-43.

［11］许相波.低压蒸汽系统优化研究与实践［J］.梅山科技，2016（6）：11-12.

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［13］陈小东.优化低压蒸汽系统探讨［J］.冶金动力，2014（1）：45-46.

Optimization and energy conservation transformation of low pressure vapour system

Zhao Nan
（Project Management Center of PetroChina Daqing Petrochemical Company,Daqing 163714,China）

The low pressure vapour of a chemical plant was prepared by the conventional method of using high pressure vapour temperature and through temperature and pressure reducer.Now the screw expander is used to replace the existing temperature and pressure reducer.Energy can be generated as byproduct while expansion joint decompression.This paper expounded the structural feature of the screw expander and the protection operation program of grid connection of electric energy byproduct.

vapour system;screw expander;generated power grid connection

TM617

B

1671-4962（2017）06-0063-03

2017-11-16

赵男，女，工程师，2005年毕业于辽宁石油化工大学应用化学专业，现从事乙烯工程项目管理工作。