石化企业蒸汽管线的优化设计

华南理工大学学报(自然科学版)

第25卷第12期Journal of South China University of Technology Vol.25 No.12 1997年12月(Natural Science)December 1997石化企业蒸汽管线的优化设计3

刘金平 华 贲 陈志勤

(华南理工大学电力学院 广州 510641)

摘 要 本文在火用经济分析的基础上,得出了产汽设备和汽轮机之间的蒸汽管线优化设计的目标

函数即管线系统的年度总费用方程。算出了在目前的经济条件下,中压蒸汽(3.5MPa,435℃)的

最优流速是12m/s左右,且随着材料价格与电价的比值的增大而增大。分析了管线长度对管网中

蒸汽最优流速的影响,得出了管线短的,蒸汽流速要适当加大,管径减小;管线长的,蒸汽流速要适

当减小,管径加大;随着不同管线长度差距加大。对蒸汽管网系统进行优化设计得到的经济效益

更加显著的结论。

关键词 蒸汽管线;火用经济分析;优化设计;流速

中图资料分类号 T K284.1

在石油化工企业中,随着生产装置设计制造水平的提高和对能量合理利用所产生的经济效益和社会效益的认识不断深入,已将生产装置中取热产生蒸汽的压力等级由1.0MPa提高至3.5MPa,为使其创造出更大的价值提供了条件。如一套年加工能力为50×104t/a的重油催化裂化装置可产3.5MPa、450℃的蒸汽55t/h,若采用背压1.0MPa的背压汽轮机发电,可产电功率3800kW,以年开工8000h/a计,年发电3040×104kW・h,按电价0.5元/kW・h 计,与产生1.0MPa蒸汽相比,可多创效益1520万元/a。但是由于石化企业与热力发电厂的不同之处在于产生蒸汽的设备和用蒸汽的汽轮机之间有相当的距离,有的甚至达3km~4 km,而目前由于对蒸汽管线及管网管径的优化设计认识不够,以及对石化企业内蒸汽管网的设计缺乏全局优化的概念,不是根据综合的经济技术分析来进行优化设计,而是简单地按照设计手册或《火力发电厂汽水管道设计技术规定》[1]推荐的蒸汽速度来确定管径,上述推荐的蒸汽速度往往偏大,如锅炉至汽轮机的主蒸汽流速为40m/s~60m/s,若按此推荐值进行设计,则往往是管径过小,流动阻力过大,或者是蒸汽到达母管时的压力偏低,无法并入3.5MPa的蒸汽母管去汽轮机发电,而只能被迫通过减温减压器降为1.0MPa的低压蒸汽;或者是为了使其能够并入蒸汽母管,而迫使其它的产汽设备及主产汽锅炉降压运行,从而降低了汽轮机的进汽压力,使得汽轮机的发电功率和效益减少。因此石化企业的蒸汽管线及管网管径的优化设计不论是对企业自身的经济效益还是对社会效益都具有重要意义。

对于流体输送管线的优化设计,前人已作了大量的工作,文献[2]针对高温流体湍流的情况,通过火用经济分析,提出确定最优管径和保温厚度的目标函数即热流体输送的年度总费用方程由摩擦损失造成的操作费用CΔw、管线的年折旧和维修费用C eq1、散热火用损失造成的操作费用C c、保温材料的年折旧和维修费用C eq2四部分组成及其具体的计算式。但上述工作均是针

来稿日期:1996-06-30  修改稿收到日期:1997-07-10

3本课题得到国家自然科学基金资助

刘金平,男,1962年生,讲师,在职博士;主要研究方向:动力系统的优化设计与控制。

石化企业蒸汽管线的优化设计

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