蒸汽系统 |
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| 申请号 | CN201110383288.1 | 申请日 | 2011-10-26 | 公开(公告)号 | CN102536340A | 公开(公告)日 | 2012-07-04 |
| 申请人 | 林德股份公司; | 发明人 | J·孔克尔; | ||||
| 摘要 | 蒸汽 系统，例如作为烯 烃 获取设备的部件，其具有用于为给 水 除气的低压除气器(16)，其中低压除气器的工作压 力 处于高于 大气压 力(P1＞1巴)的第一压力水平(P1)；低压蒸汽管道(22)，其工作压力处于第二压力水平(P2)，第二压力水平高于第一压力水平(P2＞P1)；和高压蒸汽管道(38)，其工作压力处于第三压力水平(P3)，第三压力水平高于第二压力水平(P3＞P2)。为了改善蒸汽系统或整个设备的 能量 效率，在高压蒸汽管道(38)与低压除气器(16)之间设置至少一个蒸汽透平(40)，其使来自高压蒸汽管道(38)的蒸汽从第三压力水平(P3)降压至第一压力水平(P1)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.蒸汽系统，其具有用于为给水除气的低压除气器(16)，其中低压除气器的工作压力处于高于大气压力(P1＞1巴)的第一压力水平(P1)；低压蒸汽管道(22)，其工作压力处于第二压力水平(P2)，第二压力水平高于第一压力水平(P2＞P1)；和高压蒸汽管道(38)，其工作压力处于第三压力水平(P3)，第三压力水平高于第二压力水平(P3＞P2)，其特征在于，在高压蒸汽管道(38)与低压除气器(16)之间设置至少一个蒸汽透平(40)，其使来自高压蒸汽管道(38)的蒸汽从第三压力水平(P3)降压至第一压力水平(P1)。 |
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| 说明书全文 | 蒸汽系统技术领域背景技术[0002] 在烯烃获取设备中，在裂化炉中从饱和烃获取烯烃(或链烯烃，尤其是乙烯或丙烯)。在此类设备中设置有多个热交换器，以加温/加热/蒸发或冷却/冷凝工艺流。蒸汽系统被证明是用于获取在过程中产生的余热的有利的网络。 [0003] 在图2中大幅简化地描述了传统蒸汽系统的剖面图。将软化水和蒸汽系统的冷凝水经给水管10送入并在两个预热器12和14中加热，然后将该给水送入除气器16。给水在该除气器16中继续加热至沸点并用蒸汽进行汽提，以清除溶解在给水中的气体，例如尤其是氧气。借助泵18将如此除气的给水从除气器16经管道20送入蒸汽发生器(未显示)。 [0004] 此外，蒸汽系统还包含工作压力例如为6.5巴且工作温度例如为240℃的低压蒸汽管道22，该低压蒸汽管道通过调节阀和/或透平与上述蒸汽发生器连接。将在该低压蒸汽管道22中的水蒸汽送入一个或多个工艺负载装置24。将在工艺负载装置24中产生的冷凝水送入冷凝物收集器26，利用泵28由此经管道30排出。将在第一预热器12中产生的冷凝水也送入该冷凝物收集器26。 [0005] 第二预热器14、除气器16和冷凝物收集器26需要加热介质，同样将蒸汽系统的水蒸汽用于该加热介质。因为这些组件14、16、26在蒸汽侧以仅约为1.5巴的工作压力工作，所以低压蒸汽管道22中的水蒸汽的压力水平必须从约6.5巴降至约1.5巴的压力水平。为此目的，按照传统的方法在低压蒸汽管道22与组件14、16、26之间的各个连接管中设置多个阀门32、34、36，水蒸汽在其中降压至所期望的较低的压力水平。 [0006] 此外，蒸汽系统还包含工作压力例如为大约45巴的高压蒸汽管道(未显示在图2中)。在该高压蒸汽管道与低压蒸汽管道之间通常联结多个透平，其使蒸汽从大约45巴的压力水平降至大约6.5巴的压力水平，从而例如为泵获得驱动能量。然后，通常将降压至大约6.5巴的压力水平的蒸汽送入工艺负载装置或者借助阀门32至36继续降压。此外，低压蒸汽管道的蒸汽通常与外部的源/散热器进行交换。 发明内容[0007] 本发明的目的是改进蒸汽系统。 [0009] 本发明的蒸汽系统具有：用于为给水除气的低压除气器，其中低压除气器的工作压力处于高于大气压力的第一压力水平；低压蒸汽管道，其工作压力处于第二压力水平，其中第二压力水平高于第一压力水平；和高压蒸汽管道，其工作压力处于第三压力水平，其中第三压力水平高于第二压力水平。此外，在高压蒸汽管道和低压除气器之间设置有至少一个蒸汽透平，其使来自高压蒸汽管道的蒸汽从第三压力水平降压至第一压力水平。 [0010] 在图2的传统蒸汽系统中，设置有多个蒸汽透平，其使高压蒸汽管道中的第三压力水平的蒸汽降压至低压蒸汽管道中的第二压力水平，而在根据本发明的蒸汽系统中设置和形成了至少一个蒸汽透平以使高压蒸汽管道中的第三压力水平的蒸汽直接降压至第一压力水平。由于第三压力水平与第一压力水平之间的压降大于第三压力水平与第二压力水平之间的压降，或者由于一个或多个蒸汽透平的反压的更低，可以更有效地利用存在于蒸汽系统中的蒸汽，并由此节省蒸汽量和/或在蒸汽透平中释放更多的可用于其他方面的能量。可以此方式取决于两个压力水平之间的压降的量或多或少地明显地改善蒸汽系统的能量效率。 [0011] 本发明的一个优点是，蒸汽系统中本来就存在的用于驱动机组或机器的蒸汽透平在根据本发明的蒸汽系统中被设定到更低的反压，即设定到第一压力水平而不是更高的第二压力水平，从而使该蒸汽透平消耗较少的能量。 [0012] “除气器”应当理解为各种适合将溶解在给水中的气体由此除去的装置。待除去的气体尤其是包括氧气和氮气。已知各种不同的用于给液体除气的技术方案，除气过程优选通过输送蒸汽实施以加热和汽提给水。在根据本发明的蒸汽系统中，该输送蒸汽的过程是通过降压至第一压力水平的水蒸汽来提供的，水蒸汽在此冷凝。 [0013] 术语“给水”在此包括各种可以作为工艺流应用于设备中的液体。优选使用在蒸汽生成之前就在除气器中除气的软化水作为给水。 [0014] “工艺负载装置(Prozessverbraucher)”在本发明的意义上是指各种将来自蒸汽系统的水蒸汽作为能量载体送入其中的装置或设备，优选可以水蒸汽与其他介质的热交换的形式在工艺负载装置内实施与其他介质的相互作用。通过将水蒸汽例如与另一工艺流进行混合或掺混，根据其中使用蒸汽系统的设备的类型，水蒸汽与介质之间的相互作用优选可以直接进行。在该工艺负载装置中，在蒸汽流中含有的能量优选可以转化为另一种能量形式，例如透平。 [0015] 术语“高压蒸汽管道”在此通常应当理解为处于第三压力水平的水蒸汽的管道系统。处于第三压力水平的水蒸汽可以经过高压蒸汽管道分配到不同的组件(在此，尤其是工艺负载装置和蒸汽透平)。以同样的方式，术语“低压蒸汽管道”在此通常应当理解为处于第二压力水平的水蒸汽的管道系统，以将处于第二压力水平的水蒸汽分配到不同的组件。高压蒸汽管道和低压蒸汽管道通常与外部的源/散热器进行交换。在此情况下，蒸汽管道的压力水平基本上通过这些外部的连接预先确定。 [0016] “蒸汽透平”在此是指各种适合将两个压力水平之间的蒸汽的焓差转换为动能、优选转动能的装置。于是利用该动能例如可以驱动与蒸汽透平相连的机组。在能量转换过程中，水蒸汽例如从较高的第三压力水平降压至较低的第一压力水平。“至少一个”蒸汽透平既包括一个蒸汽透平，也包括两个或更多个蒸汽透平。在两个或更多个蒸汽透平的情况下，它们优选并联连接，但是也可以串联连接。 [0017] 在本发明的一个优选的实施方案中，设置有至少一个可以第一压力水平的工作压力工作的工艺负载装置。在此情况下，所述至少一个工艺负载装置同样与至少一个蒸汽透平连接。在传统的蒸汽系统的情况下由高压蒸汽管道或低压蒸汽管道提供能量的工艺负载装置在该实施方案中于蒸汽侧即使以更低的工作压力也可以运转，从蒸汽透平获得水蒸汽。以此方式可以进一步提高蒸汽透平的通过量和功率，从而进一步改善蒸汽系统的能量效率。 [0018] 优选将至少一个可以第一压力水平的工作压力工作的工艺负载装置也与低压蒸汽管道相连接，优选经过使蒸汽从第二压力水平降压至第一压力水平的阀门进行连接。以此方式可以确保与由蒸汽透平提供的蒸汽量无关地总是供应足够的水蒸汽至工艺负载装置。换而言之，在需要时无法由蒸汽透平足量供应处于第一压力水平的水蒸汽的工艺负载装置的水蒸汽需求量通过来自低压蒸汽管道的水蒸汽加以平衡。在此优选设置蒸汽系统，从而使得在正常运转时通过阀门从第二压力水平降压至第一压力水平的蒸汽量最小化。 [0019] 在本发明的另一个优选的实施方案中，可以通过至少一个蒸汽透平来驱动选自发电机、泵、压缩机和鼓风机的机组。以此方式可以使整个设备从外部输入的能量需求量，尤其是设备驱动能量的电力需求量明显减少。原则上还可以借助根据本发明的蒸汽系统的至少一个蒸汽透平满足设备的全部驱动能量需求。优选可以借助一个或多个使用的蒸汽透平驱动为例如烯烃获取设备的不同组件提供电能的发电机。 [0020] 在本发明的另一个优选的实施方案中，设置至少一个在蒸汽侧可以第一压力水平的工作压力工作的热交换器以预先加热给水。在此情况下，至少一个热交换器优选同样与至少一个蒸汽透平连接。 [0021] 在本发明的另一个优选的实施方案中，设置至少一个可以第一压力水平的工作压力工作的冷凝物收集器。在此情况下，至少一个冷凝物收集器优选同样与至少一个蒸汽透平连接，从而通过在蒸汽系统中降压至第一压力水平的蒸汽进行加热。因此，冷凝物收集器同样是蒸汽系统的“工艺负载装置”。该冷凝物收集器优选用于收集在至少一个工艺负载装置和/或其他工艺负载装置下游的蒸汽冷凝物。 [0022] 在本发明的另一个优选的实施方案中，设置至少一个蒸汽透平，其使来自高压蒸汽管道的蒸汽从第三压力水平降压至低于第一压力水平的压力水平，优选直至环境压力的压力水平或者更低。该进一步降压的水蒸汽可以用于至少一个热交换器以预先加热给水和/或用于至少一个冷凝物收集器以收集蒸汽冷凝物和/或加热其他负载装置。以此方式可以更高效地使用在蒸汽系统中存在的水蒸汽或在其中存在的能量。 [0023] 在本发明的另一个优选的实施方案中，低压除气器、至少一个工艺负载装置、至少一个热交换器和/或至少一个冷凝物收集器经过其工作压力处于第一压力水平的最低压力蒸汽管道与至少一个蒸汽透平连接。 [0024] 第一压力水平优选至少为大约1.2巴，更优选至少为大约1.3巴，且最高为大约2.0巴，更优选最高为大约1.75巴。在一个优选的实施方案中，第一压力水平为大约1.5巴。 [0025] 第二压力水平优选至少为大约2.0巴，更优选至少为大约4.0巴，特别优选至少为大约5.0巴。第二压力水平优选最高为大约12巴，更优选最高为大约10巴，特别优选最高为大约8.0巴。在一个优选的实施方案中，第二压力水平为大约6.5巴。 [0026] 第三压力水平优选至少为大约15巴，更优选至少为大约25巴，特别优选至少为大约35巴。第三压力水平优选最高为大约100巴，更优选最高为大约75巴，特别优选最高为大约60巴。在一个优选的实施方案中，第三压力水平为大约45巴。 [0027] 根据本发明的蒸汽系统当然还可以包含其他的组件和其他压力水平的蒸汽管道。 [0028] 特别优选地，上述根据本发明的蒸汽系统可以用于烯烃获取设备中。根据本发明的蒸汽系统的其他优选的应用可能性在于石化、石油和化工。 附图说明[0030] 图1为根据本发明的一个实施例的蒸汽系统的剖面图；及 [0031] 图2为传统蒸汽系统的剖面图。 具体实施方式[0032] 图1所示为蒸汽系统的剖面图，其例如是如何用于烯烃获取设备中。在此，与图2的传统蒸汽系统相同或相对应的组件采用相同的附图标记。 [0033] 将来自蒸汽系统的温度为大约70℃的软化水和冷凝水(统一称作给水)经过输送量例如为最高达1000吨/小时的给水管道10送入蒸汽系统。在预热器12和14中预先加热之后，给水在低压除气器16中继续加热至沸点，并利用来自蒸汽系统的蒸汽进行汽提，以进行除气处理，换而言之，去除溶解在其中的气体，如氧气和氮气。使用软化水和经除气的水尤其是用于保护设备组件和管道尤其是不受到腐蚀。 [0034] 将来自蒸汽系统的水蒸汽作为用于加热给水的热交换介质送入第二预热器14和低压除气器16，其中工作压力在蒸汽侧均处于稍微高于大气压力的第一压力水平P1，例如大约为1.5巴。 [0036] 该过热的水蒸汽以处于大约为6.5巴的第二压力水平P2的工作压力和大约为240℃的工作温度进入低压蒸汽管道22中。该低压蒸汽管道22将水蒸汽分配给在蒸汽侧以最高为大约6.5巴的工作压力工作的工艺负载装置24。该工艺负载装置24主要是热交换器。在图1的实施例中，向工艺负载装置24提供大约为25吨/小时的第二压力水平P2的水蒸汽。 [0037] 将在工艺负载装置24中/处产生的冷凝水送入冷凝物收集器26。将在第一预热器12处产生的冷凝水也送入该冷凝物收集器26。最终利用泵28将冷凝水从冷凝物收集器26经管道30例如经给水管道10又送回该系统。 [0038] 来自蒸汽系统的水蒸汽也作为热交换介质送入冷凝物收集器26，其中工作压力在蒸汽侧处于大约为1.5巴的第一压力水平P1。将水蒸汽从冷凝物收集器26继续引导至第一预热器12，从而在此对给水管道10中的给水进行加热。 [0039] 此外，在蒸汽发生器中过热的水蒸汽以处于大约为45巴的第三压力水平P3的工作压力和大约为400℃的工作温度进入高压蒸汽管道38中。该高压蒸汽管道38向多个并联连接的蒸汽透平40供应过热的水蒸汽。在这些蒸汽透平40中，水蒸汽从大约为45巴的第三压力水平P3降压至大约为1.5巴的第一压力水平P1。 [0040] 对应于该约为43.5巴的压降的蒸汽焓差在此转化成动能，优选转动能。于是通过该动能可以驱动一个或多个与蒸汽透平40连接的机组或机器(未示出)，例如泵、压缩机、鼓风机等。还可以驱动能够满足所述设备的至少一部分电力需求的发电机，从而可以明显减少所述设备的外部驱动能量需求量。 [0041] 蒸汽透平40在下游与其工作压力处于大约为1.5巴的第一压力水平的最低压力蒸汽管道42相连接。该最低压力蒸汽管道42将水蒸汽分配给其工作压力在蒸汽侧处于第一压力水平的上述组件。其尤其是低压除气器16，但也可以是第二预热器14和冷凝物收集器26。 [0042] 若在烯烃获取设备中还存在于蒸汽侧以最高为大约1.5巴的工作压力工作的工艺负载装置24，则也可以从最低压力蒸汽管道42为该工艺负载装置24供应水蒸汽。在图1的实施例中，将最高达大约25吨/小时的第一压力水平P1的水蒸汽经过最低压力蒸汽管道42供应给工艺负载装置24。 [0043] 因为蒸汽透平40不能一直满足对于第一压力水平P1的水蒸汽的需求，所以最低压力蒸汽管道42此外还与其工作压力处于大约为6.5巴的第二压力水平P2的低压蒸汽管道22相连接，其中P3＞P2＞P1。在此，优选通过在低压蒸汽管道22与最低压力蒸汽管道42之间的压力调节阀44来平衡蒸汽需求量。在此，在正常运行时优选使通过压力调节阀44从第二压力水平P2降压至第一压力水平P1的蒸汽量最小化。 [0044] 此外，通过调节蒸汽生成来平衡整个蒸汽系统。 [0045] 通过蒸汽透平40充分利用在第三压力水平与第一压力水平之间的较大的压降，从而可以使蒸汽系统中所需的蒸汽量降低或者在蒸汽透平40中转化更多的能量。以此方式可以明显提高蒸汽系统及因此整个烯烃获取设备的能量效率。 [0046] 在图1的实施例中，例如使86吨/小时的水蒸汽通过蒸汽透平40从大约为45巴的第三压力水平不是降压至大约为6.5巴的第二压力水平P2，而是降压至大约为1.5巴的第一压力水平P1。若假定蒸汽透平40的相等效率例如约为60％，则其少需要大约48吨/小时的水蒸汽。 [0047] 此外，在图1的实施例中，例如向工艺负载装置24送入共计大约50吨/小时的水蒸汽，同时由最低压力蒸汽管道42向其他组件即除气器16、第二预热器14和冷凝物收集器26供应共计61吨/小时的水蒸汽。 [0048] 在上述的实施例中，向低压除气器16、第二预热器14和冷凝物收集器26均供应处于大约为1.5巴的第一压力水平P1的水蒸汽。若容忍蒸汽系统复杂性的增加，则通过使用于预热软化的给水的水蒸汽降压至更低的压力水平并将在此所需的超压P1仅用于低压除气器16可以更加有效地利用水蒸汽。 |
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