呼和浩特石化公司蒸汽管网优化分析

摘 要：本文介绍了利用现有计算机技术针对蒸汽管网开发的HSH-PROSS蒸汽管网模拟优化系统技术原理，分析了呼石化500万吨/年炼油扩能改造项目建设中蒸汽管网设计中存在的问题和原因并提出优化方案，为蒸汽的节能优化工作提供依据。

关键词：模拟优化；HSH-PROSS；蒸汽管网；节能

中图分类号：X74 文献标识码：A

能源是制约我国经济可持续发展的重要因素，大力推进节能降耗，提高能源利用率是我国目前的首要任务。由于炼化企业在我国的综合能耗较高，蒸汽又是炼化企业用能的主要形式之一，其在产生、输送、应用和回收等各环节都存在不同程度的能量浪费，尤其是在输送环节，由于管线瓶颈带来的蒸汽降阶使用、放空等造成的能量浪费非常惊人，有时甚至影响到装置的正常生产，所以做好炼化企业的蒸汽输送环节的优化节能，对我国的节能降耗起到非常重要的作用。

由于蒸汽用途多样化与不同生产单元对其要求存在差异，为了同时满足各单元的生产要求，生产管理部门对管网输送蒸汽的调度要求非常高。呼石化500万吨/年改扩建项目重新规划了蒸汽管网系统，该系统的运行状况直接影响装置的开工进程，同时也关乎装置投产后蒸汽管网运行的安全经济与否。

为了实现500万吨/年改扩建项目的顺利开工和装置投产后蒸汽管网系统优化运行，利用现有计算机技术结合蒸汽管网现状，呼石化开发了HSH-PROSS（Hohhot Pipenetwork Rigorous Online Simulation System）蒸汽管网模拟优化系统。该系统通过建立蒸汽管网数学模型，用于计算管网中任意部分的蒸汽压力、流量、温度、流速、散热损失等参数；通过这些参数来判断、分析管网的热损状况和压损状况，基于蒸汽管网模型模拟计算提出解决问题的方案，并在施工阶段加以整改，从而减少热损和消除压力瓶颈，以此达到节能降耗的目的。

1 系统模拟原理与方法

蒸汽管网模拟优化系统集成了基尔霍夫[3]定律、流体力学、热力学、拓扑学和计算数学等基础理论科学，根据蒸汽管网模型建立蒸汽管网非线性方程组，采用牛顿-拉夫森法进行求解。

2 系统的应用

基于以上原理与方法，开发了HSH-PROSS系统，找出了改扩建项目蒸汽管网设计方案中热损大和部分管线存在压力瓶颈等问题，并提出解决方案。

2.1 蒸汽管网热损偏大影响节能

2.2 中压管网存在压力瓶颈

2.2.1 中压管网压降太大做功能力损失严重

中压管网从催化过热汽出口到动力站2#汽轮机入口仅600米，压降达到0.41MPa，到重整循环氢压缩机透平入口约500米，压降也有0.33MPa。中压管网主要用户是汽机，压降太大造成做功能力损失严重。

2.2.2 催化和重整透平入口压差大不能同时最佳运行

如图1所示，催化富气压缩机透平和循环氢压缩机透平设计值一致，正常运行值3.5MPa，最大值3.82MPa，最小值3.3MPa；加热炉过热出口压力3.82MPa，富气压缩机透平入口压力3.71MPa，重整的循环氢压缩机透平入口压力3.49MPa；富气压缩机透平入口压力偏高，循环氢压缩机透平正常值运行。

富气压缩机透平入口压力长期高位运行对设备不利，运行时需要降低系统压力。如果把汽源压力降0.1MPa，即加热炉过热出口降低到3.72MPa，则催化富气压缩机透平入口压力降低到3.61MPa，循环氢压缩机透平入口压力降低到3.37MPa。前者压力接近正常值运行，后者压力趋近透平压力的最低值。这样运行问题就凸显出来，全厂最重要的两台蒸汽透平，不能同时在压力设计最佳值运行。

2.2.3 原因及优化方案

结语

借助HSH-PROSS模拟优化系统的模拟方法和模拟原理，依据基尔霍夫定律、流体力学、热力学和拓扑学建立了HSH-PROSS蒸汽管网数学模型，该模型符合蒸汽管网的运行工况，为分析研究蒸汽管网系统并进行优化创造了条件。

呼石化改扩建项目蒸汽管网设计方案的主要问题是热损大和局部中压管网有压力瓶颈，及时在施工中提高保温厚度和增大问题管线管径有效解决了上述问题。利用上述信息化系统对设计方案进行校核，及时在施工过程中整改，有力地促进了蒸汽管网系统的优化运行，给企业带来相当大的经济效益。

参考文献

[1]崔国峰，王培超.蒸汽管网模拟优化技术应用[J].中外能源，2009，14（9）：84-87.

[2]张伯嗣，钟国晶，王亮.炼油化工企业蒸汽管网的数值模拟及分析[J].石油炼制与化工，2003，34（7）：56-60.

[3]王纪林，周钢.求解线形方程组的初参数方法[J].上海交通大学学报，1994，28（3）：100-105.

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