隋秀云 马玉新 鲁明

摘 要 能量梯級在天然气化工一体化系统中的合理应用可提高天然气能源利用率，对天然气化工一体化系统升级具备重要意义。本文分析天然气化工一体化系统能量梯级的利用，介绍能量梯级的利用原则，研究一体化蒸汽系统中能量梯级的利用方式，供相关人员参考借鉴。

关键词 天然气;化工一体化;能量梯级

引言

天然气化工一体化系统具备规模大、工艺复杂、生产链长等特点，在系统运行过程中存在巨大的节能潜能。循环经济背景下，行业将能量梯级的概念融入化工一体化系统当中，对蒸汽进行分品位梯度利用，以促进化工行业朝向低碳化、可循环化发展。

1天然气化工一体化系统的能量梯级利用原则

能量的最大限度利用需尽可能避免利用过程中发生能源浪费后损失，能量梯级即依照能量的品位不同，分层次将其应用于不同的领域，直到无法再利用为止。总结来说，天然气化工一体化系统的能量梯级利用包括两项原则。第一，能量的合理利用。在确保能量利用经济效益的情况下，尽可能降低能量供需之间的级差，避免利用过程中不可逆?损。第二，能量的有效利用。借助一定的先进工艺技术，确保能量得到最大限度的应用，获取最高的综合效益。一般依照如下规律安排能量利用方案：先动力后工艺、先高温后低温、先工业后生活，按照不同用途对能量质量及数量要求进行分析，确保每一部分能量均得到有效利用[1]。

天然气化工一体化系统能量以蒸汽的状态存在，蒸汽被利用之后，可降级循环使用，提升循环次数即可显著提高能量利用效率。在使用依靠蒸汽进行加热的设备时，需根据设备耗能特点，对应蒸汽品位，高品位蒸汽应尽量提高其利用次数，充分挖掘能量资源。

2天然气化工一体化系统的能量梯级利用方案

2.1 蒸汽能级及品位分析

（1）能级分析

蒸汽能量分析目的是对能量损耗的属性、规律、大小等进行明确，为能量利用率的提高提供理论参考。蒸汽能量分析方法包括以下三种：一是能分析，以热力学第一定律为核心原理，通过分析表明能量发生转换、传递、利用、损耗时的具体情况，最终确定某一系统的能量利用率。二是?分析，以热力学第一定律及第二定律为核心原理，通过分析表明能量?发生转换、传递、利用及损耗时的具体情况，最终确定某一系统?的利用率。三是能级分析，以热力学第一定律与第二定律为核心原理，明确能量利用过程中，质量及数量的变化情况，判断是否处于合理范围。对比以上三种能量分析方法，?的分析可实现质量与数量分析的协调统一，由此得出的分析结果较焓分析更为全面、深入。

（2）品位分析

天然气化工一体化系统中，蒸汽是最主要的能源介质，长期以来受重视程度较低，存在较高的能量浪费。能量梯度利用概念被提出后，系统中的蒸汽能源被充分开发，提高该部分能源的利用率及使用效率，随之而来的经济效益非常可观。

蒸汽品位可通过公式λ=热力系统有效能/热力系统能获得。其中有效能即为?，该参数既表示能量的数量，又可反映能量的可利用率。蒸汽参数与其品位之间正相关，即参数越高、品位越大，有效能也越大。例如，低压液态水的品位一般为0;随温度及压力的上升，饱和蒸汽的品位逐渐上升。在蒸汽能量梯度利用过程中，除数量损失外，还需关注其品位损失，避免引发能量浪费。

2.2 传统蒸汽调压

传统蒸汽调压方式包括节流减压和引射减压两种。其中，节流减压借助减压阀对蒸汽流量进行调控，在节流阀闭紧的过程中，通过缩小截面引发压力降调节蒸汽压力大小。在以上过程中，减压导致的摩擦及涡流改变分子运动秩序，熵值增加，引发能量损失。经节流减压方式处理后的蒸汽为过热蒸汽，其温度不稳，加热难以控制，为满足化工生产所需，需要对蒸汽进行降温处理，形成饱和蒸汽。引射减压核心设备为蒸汽喷射器，借助高品位蒸汽对低品位蒸汽或水加压，使其参数达到所需标准。该加压过程高品位蒸汽的熵值上升，低品位蒸汽?值上升。

综合以上两种蒸汽减压方式，考虑减压过程中蒸汽?值会发生较大损失，因此决定以蒸汽差压发电的方式，提高蒸汽减压过程中能量的利用率。

2.3 化工一体化热电联产蒸汽减压

热电联产系统节能降耗优势明显，供热质量高，当蒸汽减压需求较高时，即可利用蒸汽差压发电技术对蒸汽进行分级处理，实现蒸汽分品位梯度利用，提升能源使用效率。

天然气化工一体化系统中甲醇、甲醛、硝酸、PVC等装置能够满足电热联产条件，选用背压式汽轮机组进行发电。对比汽轮机组电热联产过程与节流减压及引射减压过程的能量利用情况，在天然气化工一体化系统中，蒸汽节流减压过程导致蒸汽品位降低，由此产生的能量损耗非常高;引射减压过程蒸汽能量的效果虽然低于节流减压过程，控温及控压效果更突出，但在节能降耗方面依然不够理想[2]。当使用被压实汽轮机组电热联产方式进行蒸汽减压时，过程中总能量损失要明显低于节流减压及引射减压，能量损耗降幅在25%～30%，能量利用率大幅度上升。因此在天然气化工一体化能量梯级利用中，应优先选取背压式汽轮机组进行蒸汽减压的方案。

3结束语

天然气化工一体化系统中能量梯级利用优化过程非常复杂，需要配合大量的研究和计算。目前有关能量梯级利用的研究成果还不完善，但随着可持续发展理念、循环经济的深入，能量梯级利用将成为化工一体化系统优化的必然趋势。充分开发天然气化工一体化中的蒸汽资源，提升整个一体化系统能源利用效率。

参考文献

[1] 张彬.石油化学工业炼油化工一体化技术发展探析[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（20）：235-236.

[2] 彭达，肖富森，冉崎，等.基于倾角导向梯度能量熵的断层检测方法[J].石油地球物理勘探，2019，54（1）：191-197，12.