setm0002 石油化工厂蒸汽系统设计技术规定

设计标准

SETM 0002-2002

实施日期2002年4月11日中国石化工程建设公司

石油化工厂蒸汽系统

设计技术规定

第 1 页共 9 页

目次

1 总则

2 蒸汽系统的类型、组成和蒸汽负荷的统计

3 蒸汽系统的拟定

4 蒸汽系统的控制

5 冷凝水的回收

4 全厂蒸汽平衡图（或表）的绘制

5 冷凝水的回收

6 全厂蒸汽平衡图/表的绘制

1 总则

1.1 目的

蒸汽系石油化工厂的重要二次能源，主要供工艺生产加热及动力用。其系统是否合理、可靠，是直接影响生产的一个重要环节，因此合理地拟定全厂蒸汽及冷凝水回收系统，是热工专业设计的一项重要内容，也是编制本规定的目的。

1.2 范围

适用于大、中型石油化工厂全厂蒸汽系统的设计，小型石化厂可参考执行。1.3 相关文件、引用标准

GB 12241 《安全阀一般要求》

HG/T20521 《化工系统蒸汽设计规定》

SHJ3 《石油化工厂合理利用能源设计导则》

2 蒸汽系统的类型、组成和蒸汽负荷的统计

2.1 蒸汽系统的类型

蒸汽系统一般可分三种类型。

1）纯供热系统或称集中供热系统

本系统的特点是各装置无副产蒸汽，也无其它汽源，均由工厂集中的锅炉房或热电站供汽，所供蒸汽主要供蒸汽加热用，或者只有少数蒸汽供驱动用。

2）热功（电）合产系统

此时工厂中有一个主要装置生产过程中产生大量副产蒸汽，因此该装置采取热功合产方式，除供应本装置用汽外，同时可供周围装置或全厂生产用汽，如大、中型乙烯化工厂的蒸汽系统。

3）介于1）、2）两者之间的系统

有全厂集中供热系统，又有热功合产系统（在装置内部）相结合的蒸汽系统。2.2 由于石油化工厂的蒸汽系统已从纯供热系统发展到热功合产系统或联合系统。因此全厂性蒸汽系统的拟定已不单单是一项装置外部系统的工作，而是一项装置内外相结合的工作，因此本规定同时阐述了装置内部和全厂两部分蒸汽系统的拟定原则。

2.3 蒸汽负荷按使用分类

1）动力用户

指驱动机、泵用的蒸汽负荷，由于选用的原动机类型不同，其乏汽可以再利用（如背压式汽轮机），或成为冷凝水回收（如凝汽式汽轮机）或无法利用而排空（如往复式汽泵及锻锤用汽）。

2）工艺加热用户

指供工艺间接加热用的蒸汽，一般其蒸汽冷凝水均能回收。

3）工艺耗汽户

指工艺使用后，冷凝水不能回收的用户，如化学反应过程用汽、直接加热用汽、蒸汽喷射器及物料雾化用汽等。

4）采暖通风及生活用汽户

其中部分间接加热的用汽冷凝水可以回收，直接加热的则无法回收。

5）其它用汽户

这些用汽户本身不用汽，仅仅改变蒸汽参数，供其它等级的蒸汽用户使用，如蒸汽蓄热器、蒸汽减温减压器等。严格地说，背压机以及抽汽机的抽汽部分也属于此类，因其取自系统的蒸汽使用后仅改变了参数，仍能以较低参数的蒸汽形态返回系统。2.4 全厂蒸汽负荷的统计和蒸汽平衡

全厂蒸汽负荷的统计和蒸汽平衡应按不同参数列出，并按下列要求进行。

2.4.1 所有用户均应列入输入（即用汽量）、输出（即排汽量）和冷凝水回收量三栏数据，但前述2.3-2）～2.3-4）类负荷无输出，仅第2.3-1）、2.3-5）类负荷有部分

或全部输出。

2.4.2 各级蒸汽负荷应达到输入和输出相平衡。

2.4.3 正常用汽量及最大用汽量的定义

1）对装置而言，所谓正常用汽量为达到装置额定生产能力时的用汽。对一个装置而言，所谓正常用汽量为达到装置额定生产能力时的用汽；所谓最大用汽量为该装置在某特定状态（例如，开车或部分开车、间断负荷同时使用）时的用汽量。

2）对于驱动用汽轮机，正常用汽量即为达到其被驱动设备额定出力时的用汽量，而最大用汽量为达到汽轮机额定出力（汽轮机功率一般比其驱动设备大10%）时的用汽量。对于一般换热设备，所谓正常用汽量为该设备达到额定热负荷时稳定运行的用汽量，所谓最大用汽量为该设备起动时的用汽量（一般比正常大10～20%）。

3）对于全厂而言，正常用汽量为全厂各装置正常用汽量的总和，最大用汽量为各装置正常用汽量之和加上可能同时使用的各装置间断用汽量之和，此间断用汽量应通过分析确定。

2.4.4 对于装置副产蒸汽，也应掌握其正常、最大和最小产汽量。

2.4.5 正常情况的蒸汽平衡一般均应按各用户的正常用汽量和正常产汽量进行平衡。对于开车或部分停产时需增加用汽的装置，应按正常情况和最不利情况（开车或部分停产时）分别做出蒸汽平衡。

2.4.6 在初步规划阶段未取得汽轮机厂的可靠汽耗资料时，可按常规理论计算方法确定其汽耗，此时应增加10～15%的安全系数以确定其汽耗。

2.4.7 全厂热负荷的统计应包括正常用汽量及最大用汽量两部分，全厂热负荷同时应按夏季、冬季进行统计，并结合主要热功合产系统开车等不同工况作出平衡。

3 蒸汽系统的拟定

3.1 系统拟定的总原则

3.1.1 拟定全厂蒸汽系统的基础是正确统计全厂蒸汽负荷并与各装置共同探讨和确定装置内部的蒸汽系统，使内外蒸汽系统达到协调统一的目的。蒸汽系统的拟定由工艺系统专业与热工专业按公司分工规定协同完成。

3.1.2 系统中宜配置参数及容量相同的锅炉，余热锅炉参数应与系统相匹配。

3.1.3 对年运行时数在6000小时以上的连续生产的工艺装置供汽时，汽源不宜设置单台燃煤锅炉，可通过技术经济比较，设置两台较小锅炉，增设一台检修用炉或留有发展余地。

3.1.4 全厂的蒸汽冷凝水应充分回收。对利用蒸汽间接加热的生产设备，冷凝水的

回收率不应低于60%，对可能被污染的冷凝水，有回收价值的应设置水质监测及净

化装置予以回收，确实不能回收的也应设法利用余热。

3.1.5 对定期检修的化工厂，燃用重油的锅炉及煤粉锅炉均应考虑停炉后继续起动

的措施。例如，设置点火用轻油罐或小型燃烧轻油的开工锅炉等。

3.1.6 拟定系统时应考虑充分利用工厂的中、低温位余热，例如用其加热进除氧器

前的补给水等。

3.1.7 全厂蒸汽、给水及冷凝水系统一般均宜采用单母管系统。对突然停汽会造成

一定危害的生产装置，例如PTA及聚酯装置，可考虑双母管或其它保安措施。

3.1.8 系统蒸汽等级不宜过多，一般以二、三级为宜。新蒸汽为超高压的系统，不

宜超过四级。

3.1.9 对全年达5000小时以上的稳定低压用户，宜采用背压式汽轮机供汽。对负荷

有波动或要求稳定发电的，可选用抽汽凝汽式汽轮机供汽。对较大型自备热电站，较

理想的是两者的合理结合。

3.1.10 根据化工厂的蒸汽负荷发展特点，正常情况下汽源的锅炉负荷系数，一般不

宜超过90～95%，煤粉锅炉的最低负荷系数不宜小于60～70%。

3.1.11 自备热电站及锅炉房的主机备用系数确定原则

1）一般企业自备热电站的汽轮发电机组均不考虑备用，在汽轮机检修时，可

通过外来电补充用电需要，锅炉主蒸汽经减温减压后满足各用户的蒸汽需要。

2）为确保工厂安全连续运行，宜设置备用锅炉。当锅炉全部运行时，可满足

最大用汽量的要求；正常时，留有一台作备用。

3.2 纯供热系统的拟定原则

3.2.1 应根据全厂最高用汽参数确定最高一级的蒸汽参数，如由集中锅炉房供汽时，此参数也即锅炉的额定运行参数。当最高用汽参数不高（例如￡1.0MPaG）或此最高

级用汽参数虽较高，但用汽量不大，而大量用汽参数均较低时，均可考虑建设自备热

电站供汽。此时应通过技术经济比较，论证建设热电站的合理性。

3.2.2 必须了解各装置开、停车过程及生产中对供热的特殊要求，对于间断生产的

用户，必须研究其间断生产可能对全厂蒸汽系统的影响，对可能产生蒸汽压力波动的，应采取特殊措施解决，例如，在用户处设置蒸汽蓄热器、单独管道或单独锅炉供应等。

3.2.3 系统中设置的锅炉参数虽由最高一级用汽参数确定，但对其它较低参数用户

如何合理供应，应在确定装置内部蒸汽系统时认真研究确定，可能提供的方案有：1）当锅炉房供应的为饱和蒸汽时，对一般低压用户可直接减压供应。

2）当热源供应的为过热蒸汽时，一般应经减温减压后供应；当用量较大且进

出口参数差也较大时（例如超过2倍及以上时）可考虑设置小型背压汽轮发电机回收

能量，也可通过蒸汽喷射泵回收乏汽以降低能耗如图1（a）、（b）所示。

3.3 热功（电）合产蒸汽系统的拟定

3.3.1 热功合产蒸汽系统应根据装置内部及外部条件来确定。

所谓装置内部条件即是根据装置内部最高蒸汽参数来确定最高级的参数，再根据其它用汽户参数确定次级参数。例如30万吨/年乙烯装置及30万吨/年合成氨装置均根据其废热锅炉所能达到的蒸汽参数确定其最高一级蒸汽参数，然后再根据工艺加热及动力用户要求，确定其它各级参数。例如：燕山乙烯装置是根据其工艺加热用汽为1.57MPaG（16kgf/cm2G）和0.34MPaG（3.5kgf/cm2G），即做为其第二、三级的蒸汽参数，而功率较小的驱动用汽轮机也采用1.57MPaG一级，以减少蒸汽等级；而扬子、齐鲁乙烯装置则由于要考虑供芳烃抽提用汽，增加了4.17MPaG（42kgf/cm2G），390℃一级的高压（HP）蒸汽，此级同时做为主要传动用汽轮机的进汽参数。其它等级则和燕山相仿；由于扬子、齐鲁乙烯设计中将小型汽轮机进汽均采用 1.57MPaG 的中压（MP）蒸汽，使排汽温度较低，一般均不必减温，即可排入0.34MPaG的低压（LP）系统。由于热功合产蒸汽系统不但供应本身用汽，并需供应全厂其它装置用汽，因此对外部条件（即全厂用汽情况）必须完全掌握，才能制定出合理、协调的蒸汽系统。

图 3.3.1 回收低压用户能量的蒸汽系统

3.3.2 在逐级利用的蒸汽系统中，特别要注意各级蒸汽参数要符合汽轮机实际膨胀规律，例如：

1）抽汽式汽轮机一般经过第一级调节级后压降几达一半，故其最高抽汽压力一般为其进汽压力的0.5～0.6倍。具有二级以上的抽汽式汽轮机，其上一级最低抽汽和下一级最高抽汽压力之差，一般不小于0.5MPa。

2）汽机的抽汽温度要符合其实际可能达到的温度，一般较大型的抽汽机或背压机其抽汽或排汽温度可定为内效率为70～75%时的汽温（最好应取得制造厂资料后确定），如定得过低则抽汽或排汽出口均需降温，但又不能定得过高，特别是用作化工加热用的蒸汽，一般希望过热度不超过40℃，否则由于传热系数降低而必须加大换热器的加热面积。

3）最低一级蒸汽参数一般可定为0.34～0.5MPaG，并需有10~15℃以上的过热度，此级蒸汽既可作工艺加热用汽，又可用于锅炉的除氧加热用。一般给水温度低的燃油锅炉均采用0.25～0.5MPaG的中压除氧器，其出水水质完全可以满足高压锅炉的要求。

4）燃煤锅炉给水温度一般较高（国内锅炉一般为150～215℃），此时应与汽轮机厂共同拟定汽机回热级数及热力系统，并使其与全厂蒸汽系统取得协调。

3.3.3 装置蒸汽等级确定后，要据此拟定优化的蒸汽系统，做出蒸汽平衡。在蒸汽系统优化过程中，主要的原则是：

1）驱动用汽轮机尽量采用背压式汽轮机，对少数抽汽式汽轮机则尽量减少冷凝量，使冷凝量达到最少。

2）各级蒸汽均能做到基本平衡，使通过减温减压器的汽量为最小。

3）低压汽（最末一级蒸汽）基本能平衡，使通过余汽冷凝器的冷凝量或余汽放空量为最小。

4）高压蒸汽用户的冷凝水均通过闪蒸罐（扩容器）回收二次汽后再排入低压冷凝水管道或除氧器，以回收余热。

5）在有备用泵的情况下，应以汽动为主，电动作为备用，以提高蒸汽系统的经济性。

3.3.4 大型石化装置蒸汽平衡要根据不同运行工况做出各种方案。例如，根据不同产品方案、不同原料、不同负荷率做出蒸汽平衡方案，特别是要做出最不利也即蒸汽负荷最大的方案，例如开车时（此时副产蒸汽很少或没有）、部分工段停车时等的蒸汽平衡。

3.3.5 装置不同工况的蒸汽平衡和蒸汽负荷应连同蒸汽负荷表提交给热工专业全厂蒸汽系统设计人员，作为确定全厂蒸汽系统和全厂蒸汽平衡设计的依据。

3.4 联合蒸汽系统的拟定

3.4.1 在联合蒸汽系统中，也有热功（电）结合的生产装置，但其规模较小，正常生产时仅能满足其本身蒸汽需求，也可能还需外部供一部分蒸汽，而在开车时，还可

能需外部汽源供应其开工用汽。为了解决此开工用汽及满足其它装置的用汽，外部仍需设置一热源（锅炉房或热电站）。因此在此系统中，必须采取内外结合的办法，达到内外蒸汽系统的协调一致。

3.4.2 联合蒸汽系统拟定的原则是：

1）对该小型热功合产系统拟定合理的蒸汽系统，并使其内部蒸汽等级能与外部蒸汽系统相协调，并在此基础上拟定合理的全厂蒸汽系统。

2）在拟定全厂蒸汽系统中，必须考虑该具有热功合产系统的装置的用汽特点，达到既满足该装置开车及正常生产要求，又不致造成热源设计的过大备用系数。

3）在由热源提供该装置开工用汽时，特别是供动力用户（驱动汽轮机），要仔细计算到达用户的蒸汽参数，以保证汽轮机的起动要求。

4）该小型热功合产系统装置的付产汽原则上应首先用于本装置，供工艺加热及动力用，如仍有富余时可外供，但其参数应调整到与外管网某一等级蒸汽参数相适应。例如通过压力调节阀外供，以保证阀前压力的稳定。

4 蒸汽系统的控制

4.1 蒸汽系统的参数（压力、温度）是否稳定，直接关系到用汽设备的安全运行。对于一般用汽设备，蒸汽参数都不容许超过其设计最高运行压力和最高运行温度。特别是汽轮机，其最大进汽压力和进汽温度均有严格要求。因此汽源的蒸汽参数首先必须严格控制，为了考虑管道压降，汽源额定运行压力一般都较汽机额定进口压力（也即该级蒸汽额定压力）高3～5%。汽源额定运行温度则较汽机额定进口温度高5～10℃（我国电站设备制造标准规定高中压力锅炉额定压力较汽轮机进口额定压力高10%，额定温度较汽轮机进口额定温度高10～15℃）为了维持管网蒸汽参数（主要是压力）不致超过用汽设备最高容许工作压力，一般均需设置维持压力稳定的安全装置和安全阀，维持压力稳定的安全装置一般是在主要用汽设备入口前设置超压放空阀（PC）或超压自动减压减温泄入下一等级蒸汽管网。此安全装置定压较低，一般较额定压力高3～5%，安全阀定压则稍高，一般较额定压力高6～10%。蒸汽温度则依靠控制汽源（锅炉）出口蒸汽温度来保证。超压放空阀的设置并有保护系统压力稳定（特别是装置突然跳车停止用汽时），避免锅炉安全阀起跳影响全厂供汽的作用。4.2 对于最高级以外的其它等级蒸汽参数，也应按上述原则确定其额定压力和温度，对于供应该级蒸汽的汽源（如高压汽轮机抽汽或排汽、上级蒸汽减温减压后供汽等）也均应确定其额定运行参数，而各级蒸汽总管上均应设置维持压力稳定的安全装置和安全阀。

4.3 蒸汽母管上采用的安全阀，必须选用启闭压差（其定义参见GB 12241 《安全阀一般要求》）最大值为整定压力的7%的安全阀，对系统不容许安全阀开启时压降大于此值的，应设置超压放空阀保护或采取其它措施保护。

5 冷凝水的回收

5.1 蒸汽冷凝水的回收应作为装置蒸汽系统设计的重要内容来考虑。所有可能回收的蒸汽冷凝水均应尽可能回收。只有少量零星的冷凝水，例如局部地区的伴热用汽冷凝水或间断用汽冷凝水可考虑就地排放不再回收，其余冷凝水均应考虑回收。为收集冷凝水应设置冷凝水罐。冷凝水罐一般采用卧式罐，其贮水量应等于或大于30分钟回收冷凝水量，其上部可设置一台余汽冷凝器回收放空乏汽的冷凝水。容量较大时可设置一台立式罐，但冷凝水进罐前应先冷却至80℃以下温度。

5.2 冷凝水管道应按不同蒸汽压力等级分别设立，当两级蒸汽压力差不大时（例如，不大于0.3～0.4MPa），可以将高压蒸汽冷凝水直接接入低压冷凝水管道。否则应通过闪蒸罐回收二次汽后再接入低压冷凝水管道，或者直接接入低压冷凝水罐（此时冷凝水罐应有余汽冷凝器）。中压冷凝水可直接接入除氧器水箱。

5.3 可能受污染的冷凝水应单独回收，并经过检验、处理合格后再回收利用。常用的处理方法有除油、过滤（除铁）、高速混床除盐等，一般应由化学水处理专业根据冷凝水的使用要求确定。特别是对用做超高压锅炉补给水的冷凝水，其处理方式应周密考虑。

5.4 冷凝水回收后送往全厂性热力装置（热电站或锅炉房）回收利用的，其输送泵扬程应与热工专业共同确定（因各回收点回收的冷凝水均用泵送回热力装置，此时各冷凝水泵为并列运行，故必须协调各泵的扬程、扬量，以保证并列运行的可能）。

6 全厂蒸汽平衡图/表的绘制

6.1 可行性研究及方案设计阶段

应列出简要的蒸汽平衡表或图，以表示全厂蒸汽分级情况及各级蒸汽的平衡。如表6.1、图6.1所示。

表6.1 ××厂（装置）蒸汽平衡

序号名称供应（t/h）消耗（t/h）高压（P=60barg，t=330℃）蒸汽

废热锅炉产汽33.0

1．

GT—117.7

GT—1225.3

小计33.033.0 2．中压（P=20barg）蒸汽

GT—12抽汽7.5

工艺加热7.5

小计7.57.5

低压（P=6barg）蒸汽

GT—12背压17.8

工艺加热 4.2 3．

外供13.6

小计17.817.8

6.2 基础设计阶段

基础设计阶段应给出能反映全厂蒸汽系统情况的蒸汽平衡图，并绘出全厂蒸汽及冷凝水管道系统图（PID），提供外管专业开展外管设计。

图 6.1 ××装置蒸汽/能量（电能）平衡图