Паровая система
Группа изобретений относится к паровой системе для использования в установках для производства олефинов. Паровая система включает дегазатор (16) низкого давления для дегазации питательной воды, рабочее давление которого находится на первом уровне (Р1) давления выше атмосферного давления Р1>1 бар, паропровод (22) низкого давления, рабочее давление которого находится на втором уровне (Р2) давления, причем второй уровень давления выше первого уровня давления Р2>Р1, и паропровод (38) высокого давления, рабочее давление которого находится на третьем уровне (Р3) давления, причем третий уровень давления выше второго уровня давления Р3>Р2. Между паропроводом (38) высокого давления и дегазатором (16) низкого давления паровая система содержит по меньшей мере одну паровую турбину (40), расширяющую пар из паропровода (38) высокого давления с третьего уровня (Р3) давления до первого уровня (Р1) давления. Обеспечивается повышение эффективности использования энергии паровой системы в зависимости от величины перепада давления, а также снижение потребления энергии паровой турбиной. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к паровой системе, в частности к паровой системе для использования в установках для производства олефинов.
В установке для производства олефинов последние (или алкены, в частности этилен или пропилен) получают в реакционной печи из насыщенных углеводородов. В таких установках для нагрева/накаливания/испарения или охлаждения технологических потоков предусмотрено множество теплообменников. Паровые системы хорошо зарекомендовали себя как благоприятная сеть для использования остаточного тепла, выделяющегося в процессе.
Фрагмент обычной паровой системы в сильно упрощенном виде изображен на фиг.2. По питательному трубопроводу 10 деминерализованная и конденсационная вода паровой системы подается и нагревается в двух подогревателях 12 и 14, прежде чем эта питательная вода попадет в дегазатор 16. В этом дегазаторе 16 питательная вода продолжает нагреваться до температуры кипения и отгоняется с паром для удаления газов, растворенных в этой воде, например, в частности, кислорода. Питательная вода, дегазированная таким образом, с помощью насоса 18 подается по трубопроводу 20 из дегазатора 16 в парогенератор (не показан).
Кроме того, паровая система содержит паропровод 22 низкого давления с рабочим давлением, например, 6,5 бар и рабочей температурой, например, 240°С, подсоединяемый к вышеупомянутому парогенератору через регулировочные клапаны и/или турбины. Водяной пар в этом паропроводе 22 низкого давления подается к одному или нескольким технологическим потребителям 24. Конденсационная вода, образующаяся у технологических потребителей 24, подается в сборник 26 конденсата, из которого она посредством насоса 28 отводится по трубопроводу 30. Конденсационная вода, образующаяся в первом подогревателе 12, также подается в этот сборник 26 конденсата.
Второй подогреватель 14, дегазатор 16 и сборник 26 конденсата нуждаются в теплоносителе, в качестве которого используется также водяной пар паровой системы. Поскольку эти компоненты 14, 16, 26 эксплуатируются с помощью пара с рабочим давлением лишь около 1,5 бар, уровень давления водяного пара в паропроводе 22 низкого давления приходится снижать примерно с 6,5 бар до уровня давления около 1,5 бар. С этой целью в соответствующих соединительных трубопроводах между паропроводом 22 низкого давления и компонентами 14, 16, 26 обычно предусмотрены несколько клапанов 32, 34, 36, в которых водяной пар стравливается до желательного более низкого уровня давления.
Кроме того, паровая система содержит паропровод высокого давления (на фиг.2 не показан) с рабочим давлением, например, около 45 бар. Между этим паропроводом высокого давления и паропроводом низкого давления обычно включены несколько турбин для получения приводной энергии, например, для насосов, расширяющих пар с уровня давления около 45 бар до уровня давления около 6,5 бар. Затем пар, расширенный до уровня давления около 6,5 бар, обычно подается к технологическим потребителям или продолжает стравливаться посредством клапанов 32-36. Кроме того, пар паропровода низкого давления обычно сообщается с внешними источниками/приемниками.
Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованной паровой системы.
Эта задача решается с помощью паровой системы с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные и усовершенствованные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Паровая система согласно изобретению содержит дегазатор низкого давления для дегазации питательной воды, причем рабочее давление дегазатора низкого давления на первом уровне давления выше атмосферного давления; паропровод низкого давления, рабочее давление которого находится на втором уровне давления, причем второй уровень давления выше первого уровня давления, и паропровод высокого давления, рабочее давление которого находится на третьем уровне давления, причем третий уровень давления выше второго уровня давления. Кроме того, между паропроводом высокого давления и дегазатором низкого давления предусмотрена по меньшей мере одна паровая турбина, стравливающая пар из паропровода высокого давления с третьего уровня давления до первого уровня давления.
В то время как в обычной паровой системе по фиг.2 предусмотрено несколько паровых турбин, осуществляющих стравливание пара с третьего уровня давления в паропроводе высокого давления до второго уровня давления в паропроводе низкого давления, в паровой системе согласно изобретению установлена и выполнена по меньшей мере одна паровая турбина для непосредственного расширения пара с третьего уровня давления в паропроводе высокого давления до первого уровня давления. В результате большего перепада давления между третьим и первым уровнями давления по сравнению с перепадом между третьим и вторым уровнями давления и, соответственно, в результате меньшего противодавления паровой турбины (паровых турбин) пар, находящийся в паровой системе, может быть использован более эффективно, а количество пара, тем самым, может быть сэкономлено и/или может быть высвобождено больше энергии в паровых турбинах, которая может быть использована для других целей. Таким образом, эффективность использования энергии паровой системы в зависимости от величины перепада давления может быть повышена более или менее явно.
Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что паровые турбины, и так уже имеющиеся в паровой системе и использующиеся для привода агрегатов или машин, в паровой системе согласно изобретению устанавливаются на меньшее противодавление, а именно на первый уровень давления вместо более высокого второго уровня, благодаря чему паровые турбины потребляют меньше энергии.
Под «дегазатором» понимается любое устройство, которое пригодно для удаления из питательной воды растворенных в ней газов. К удаляемым газам относятся, в частности, кислород и азот. Для дегазации жидкостей известны различные технические средства, процесс дегазации осуществляется предпочтительно посредством подачи газа для нагрева и испарения питательной воды. Эта подача пара в паровой системе согласно изобретению происходит за счет водяного пара, стравленного до первого уровня давления, который при этом конденсируется.
Понятие «питательная вода» включает в этой связи любой вид жидкости, которая может найти применение в установке в качестве технологического потока. Предпочтительно в качестве питательной воды используется деминерализованная вода, дегазированная в дегазаторе перед производством пара.
«Технологическим потребителем» в смысле изобретения является любое устройство или приспособление, на которое водяной пар из паровой системы подается в качестве энергоносителя. Предпочтительно в технологическом потребителе может происходить взаимодействие с другой средой в форме теплообмена между водяным паром и другой средой. Предпочтительно взаимодействие между водяным паром и средой в зависимости от вида установки, в которой используется паровая система, может быть также непосредственным, когда водяной пар, например, смешивается или перемешивается с другим технологическим потоком. Предпочтительно в технологическом потребителе может происходить преобразование энергии, содержащейся в потоке пара, в другой вид энергии, как, например, в турбинах.
Под понятием «паропровод высокого давления» в этой связи в общем случае следует понимать проводящую систему для водяного пара на третьем уровне давления. По паропроводу высокого давления водяной пар, находящийся на третьем уровне давления, может распределяться по разным компонентам (здесь, в частности, по технологическим потребителям и паровым турбинам). Аналогичным образом под понятием «паропровод низкого давления» в этой связи в общем случае следует понимать проводящую систему для водяного пара на втором уровне давления для распределения по разным компонентам водяного пара, находящегося на втором уровне давления. Как паропровод высокого давления, так и паропровод низкого давления обычно сообщаются с внешними источниками/приемниками. В этом случае уровни давления паропроводов по существу задаются этими внешними соединениями.
«Паровой турбиной» в этой связи является любой вид устройства, которое пригодно для преобразования разности энтальпий пара между двумя уровнями давления в кинетическую энергию, например, в энергию вращения. Этой кинетической энергией в данном случае может приводиться в действие, например, какой-либо агрегат, подсоединенный к паровой турбине. При преобразовании энергии водяной пар расширяется, например, с более высокого третьего уровня давления на более низкий второй уровень давления. «По меньшей мере одна» паровая турбина означает как одну, так и две или более турбин. В случае двух или более турбин они предпочтительно включены параллельно, однако они могут быть также включены последовательно.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения изобретения предусмотрен по меньшей мере один технологический потребитель, эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня давления. В этом случае этот по меньшей мере один технологический потребитель соединен также по меньшей мере с одной паровой турбиной. Однако при этом варианте выполнения технологические потребители, которые при обычных паровых системах снабжаются из паропровода высокого или низкого давления, могут обходиться также паром с более низким рабочим давлением, получать водяной пар из паровой турбины. Таким образом, могут быть еще более повышены пропускная способность и производительность паровой турбины, что ведет к дальнейшему повышению эффективности использования энергии паровой системы.
Предпочтительно по меньшей мере один технологический потребитель, эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня давления, соединен также с паровой турбиной низкого давления предпочтительно через вентильное устройство, стравливающее пар со второго уровня давления на первый уровень давления. Таким образом, можно добиться того, чтобы технологическим потребителям независимо от количества пара, поставляемого паровыми турбинами, всегда подавалось достаточно водяного пара. Другими словами, потребность технологических потребителей в водяном паре, которая по какой-то причине не может быть обеспечена паровыми турбинами достаточным количеством водяного пара на первом уровне давления, покрывается за счет водяного пара из паропровода низкого давления. При этом паровая система предпочтительно выполнена таким образом, чтобы количество пара, стравливаемого вентильным устройством со второго уровня давления на первый уровень давления, минимизировалось в нормальном режиме.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения по меньшей мере одной паровой турбиной приводится в действие агрегат, выбранный из генераторов тока, насосов, компрессоров и воздуходувок. Таким образом, явно удается снизить потребность в энергии всей установки, в частности потребность установки в токе для обеспечения установки приводной энергией, поступающей извне. В принципе с помощью по меньшей мере одной паровой турбины паровой системы согласно изобретению можно также полностью покрыть потребность установки в приводной энергии. Предпочтительно с помощью используемой турбины (используемых турбин) может быть приведен в действие генератор тока, снабжающий электроэнергией разные компоненты, например установки для производства олефинов.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрен по меньшей мере один теплообменник для предварительного нагрева питательной воды, эксплуатируемый с помощью пара с рабочим давлением первого уровня давления. В этом случае по меньшей мере один теплообменник предпочтительно соединен также по меньшей мере с одной паровой турбиной.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрен по меньшей мере один сборник конденсата, эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня давления. В этом случае по меньшей мере один сборник конденсата для нагрева с помощью паровой турбины пара, расширенного до первого уровня давления, предпочтительно соединен также по меньшей мере с одной паровой турбиной. Тем самым сборник конденсата также является «технологическим потребителем» паровой системы. Сборник конденсата служит предпочтительно для сбора конденсата пара ниже по течению по меньшей мере от одного технологического потребителя и/или других технологических потребителей.
В одном предпочтительном варианте выполнения изобретения предусмотрена по меньшей мере одна паровая турбина, стравливающая пар из паропровода высокого давления с третьего уровня давления до уровня давления еще ниже, чем первый уровень давления, предпочтительно до уровня окружающего давления или ниже. Затем этот еще более расширенный пар может использоваться по меньшей мере для одного теплообменника для предварительного нагрева питательной воды и/или по меньшей мере для одного сборника конденсата для сбора конденсата пара и/или для нагрева других потребителей. Тем самым водяной пар, находящийся в паровой системе, или содержащаяся в ней энергия могут использоваться еще более эффективно.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения изобретения дегазатор низкого давления, по меньшей мере один технологический потребитель, по меньшей мере один теплообменник и/или по меньшей мере один сборник конденсата соединены через паропровод низкого давления, рабочее давление которого находится на первом уровне давления, по меньшей мере с одной паровой турбиной.
Предпочтительно первый уровень давления составляет около 1,2 бар, более предпочтительно около 1,3 бар, а максимум около 2,0 бар, более предпочтительно максимум около 1,75 бар. В другом предпочтительном варианте выполнения первый уровень давления равен примерно 1,5 бар.
Предпочтительно второй уровень давления составляет около 2,0 бар, более предпочтительно около 4,0 бар, еще более предпочтительно около 5,0 бар. Предпочтительно второй уровень давления составляет максимум около 12 бар, более предпочтительно максимум около 10 бар, еще более предпочтительно максимум около 8,0 бар. В еще одном предпочтительном варианте выполнения второй уровень давления равен примерно 6,5 бар.
Предпочтительно третий уровень давления составляет около 15 бар, более предпочтительно около 25 бар, еще более предпочтительно около 35 бар. Предпочтительно второй уровень давления составляет максимум около 100 бар, более предпочтительно максимум около 75 бар, еще более предпочтительно максимум около 60 бар. В одном предпочтительном варианте выполнения второй уровень давления составляет примерно 45 бар.
Само собой разумеется, паровая система согласно изобретению может содержать другие компоненты, а также другие паропроводы с другими уровнями давления.
Вышеописанная паровая система согласно настоящему изобретению особенно предпочтительным образом может быть использована в установке для производства олефинов. Другие предпочтительные возможности применения паровой системы согласно изобретению имеются в нефтехимии, нефтяной и химической отраслях.
Вышеприведенные, а также другие признаки, преимущества и возможности применения изобретения станут более понятными из последующего описания одного из предпочтительных примеров выполнения паровой системы со ссылкой на прилагаемые чертежи, из которых
фиг.1 изображает схематично частичный разрез паровой системы согласно примеру выполнения настоящего изобретения, а
фиг.2 - схематично частичный разрез обычной паровой системы.
На фиг.1 изображен частичный разрез паровой системы, какая может использоваться в установке для производства олефинов. При этом одинаковые или соответствующие компоненты обозначаются одинаковыми позициями, как в обычной паровой системе по фиг.2.
Деминерализованная и конденсационная вода из паровой системы (совместно именуемые питательной водой) при температуре около 70°С подаются в паровую систему по питательному трубопроводу 10 производительностью, например, до 1000 т/час. После предварительного нагрева в подогревателях 12 и 14 питательная вода продолжает нагреваться в дегазаторе 16 низкого давления до температуры кипения и отгоняется с паром из паровой системы для ее дегазации, т.е. освобождения от растворенных в ней газов, как, например, кислорода и азота. Использование деминерализованной и дегазированной воды, в частности, служит для защиты компонентов, в частности, от коррозии.
На второй подогреватель 14 и на дегазатор 16 низкого давления в качестве теплоносителя для нагревания питательной воды подается водяной пар из паровой системы, причем рабочее давление пара в обоих устройствах находится на первом уровне Р1 давления порядка, например, 1,5 бар, незначительно превышающем атмосферное давление.
Дегазированная питательная вода с дегазатора 16 посредством насоса 18 по трубопроводу 20 подается на непоказанный парогенератор. В этом парогенераторе деминерализованная и дегазированная питательная вода преобразуется в перегретый пар.
Перегретый водяной пар с рабочим давлением второго уровня Р2 давления около 6,5 бар и с рабочей температурой около 240°С поступает в паровую турбину 22 низкого давления. Эта паровая турбина 22 низкого давления распределяет водяной пар, в числе прочего, между технологическими потребителями 24, эксплуатируемыми с помощью пара с рабочим давлением максимум около 6,5 бар. В случае этих технологических потребителей 24 речь идет главным образом о теплообменниках. В примере по фиг.1 водяной пар с уровнем Р2 давления технологическим потребителям 24 поставляется порядка 25 т/час.
Конденсационная вода, образующаяся в технологических потребителях/у технологических потребителей 24, подается в сборник 26 конденсата. В этот сборник 26 конденсата подается также конденсационная вода, образующаяся у первого подогревателя 12. Наконец, из сборника 26 конденсата конденсационная вода посредством насоса 28 по трубопроводу 30 снова подается обратно в систему, например, по трубопроводу 10 для питательной воды.
В сборник 26 конденсата в качестве теплоносителя также подается водяной пар из паровой системы, причем рабочее давление пара находится на первом уровне Р1 давления порядка 1,5 бар. Водяной пар из сборника 26 конденсата подается дальше к первому подогревателю 12, чтобы нагреть там питательную воду в трубопроводе 10 для питательной воды.
Кроме того, пар, перегретый в парогенераторе, с рабочим давлением на третьем уровне Р3 давления порядка 45 бар и при рабочей температуре около 400°С поступает в паровую турбину 38 высокого давления. Эта паровая турбина 38 высокого давления снабжает перегретым водяным паром несколько параллельно включенных паровых турбин 40. В этих паровых турбинах 40 водяной пар расширяется с третьего уровня Р3 давления порядка 45 бар до первого уровня Р1 давления порядка 1,5 бар.
При этом разность энтальпий пара, соответствующая этой разности давлений около 43,5 бар, преобразуется в кинетическую энергию, предпочтительно в энергию вращения. Затем с помощью этой кинетической энергии приводятся в действие один/одна или несколько (непоказанных) агрегатов или машин, например насосов, компрессоров, воздуходувок и т.п., подсоединенных к паровым турбинам 40. Возможен даже привод генератора тока, который может, по меньшей мере, частично покрывать потребность установки в электроэнергии, так что потребность установки в приводной энергии извне может быть существенно сокращена.
Паровые турбины 40 ниже по потоку соединены с паровой турбиной 42 низкого давления, рабочее давление которой находится на первом уровне давления порядка 1,5 бар. Эта паровая турбина 42 низкого давления распределяет водяной пар среди вышеописанных компонентов, рабочее давление которых по пару находится на первом уровне давления. При этом речь идет, в частности, о дегазаторе 16 низкого давления, а также о втором подогревателе 14 и сборнике 26 конденсата.
Если в установке для производства олефинов имеются также технологические потребители 24, эксплуатируемые с помощью пара с рабочим давлением порядка максимум 1,5 бар, то и эти технологические потребители 24 могут снабжаться водяным паром из паропровода 42 низкого давления. В этом примере по фиг.1 примерно до 25 т/час водяного пара первого уровня Р1 давления поставляются технологическим потребителям 24 по паропроводу 42 самого низкого давления.
Поскольку потребность в водяном паре первого уровня Р1 давления не всегда может покрываться за счет паровых турбин 40, то паровая турбина 42 самого низкого давления, кроме того, соединена с паровой турбиной 22 низкого давления, рабочее давление которой находится на втором уровне Р2 давления, причем Р3>Р2>Р1. При этом балансирование потребности в паре предпочтительно осуществляется посредством регулирующего клапана между паропроводом 22 низкого давления и паропроводом 42 самого низкого давления. При этом количество пара, стравливаемого регулирующим клапаном 44 со второго уровня Р2 давления до первого уровня Р1 давления, в нормальном режиме предпочтительно минимизируется.
Кроме того, балансирование всей паровой системы осуществляется путем регулирования производства пара.
За счет использования паровыми турбинами 40 значительного перепада давления между третьим и первым уровнями давления необходимое количество пара в паровой системе может сокращаться или в паровых турбинах 40 может преобразовываться больше энергии. Таким образом, эффективность использования энергии паровой системы и, тем самым, всей установки для производства олефинов может значительно увеличиваться.
В примере по фиг.1 с помощью паровых турбин 40 86 т/час водяного пара стравливаются, например, с третьего уровня давления порядка 45 бар не до второго уровня Р2 давления порядка 6,5 бар, а до первого уровня Р1 давления порядка 1,5 бар. Если для паровых турбин 40 предположить ту же степень эффективности, например 60%, то им потребуется водяного пара примерно на 48 т/час меньше.
Кроме того, в примере выполнения по фиг.1 технологическим потребителям 24 в качестве примера в общей сложности подаются примерно 50 т/час водяного пара, в то время как другим компонентам, т.е. в дегазатор 16, подогреватель 14 и в сборник 26 конденсата, из паропровода 42 самого низкого давления поставляются в общей сложности 61 т/час водяного пара.
В вышеописанном примере выполнения в дегазатор 16 низкого давления, во второй подогреватель 14 и в сборник 26 конденсата поставляется соответственно водяной пар первого уровня Р1 давления порядка 1,5 бар. Если пойти на увеличение сложности паровой системы, то водяной пар можно использовать еще эффективнее, для чего водяной пар для предварительного нагрева деминерализованной питательной воды расширяется до еще более низкого уровня давления, а избыточное давление Р1 используется только для дегазатора 16 низкого давления, который нуждается в нем.
1. Паровая система, включающая дегазатор (16) низкого давления для дегазации питательной воды, рабочее давление которого находится на первом уровне (Р1) давления выше атмосферного давления Р1>1 бар, паропровод (22) низкого давления, рабочее давление которого находится на втором уровне (Р2) давления, причем второй уровень давления выше первого уровня давления Р2>Р1, и паропровод (38) высокого давления, рабочее давление которого находится на третьем уровне (Р3) давления, причем третий уровень давления выше второго уровня давления Р3>Р2, отличающаяся тем, что между паропроводом (38) высокого давления и дегазатором (16) низкого давления установлена по меньшей мере одна паровая турбина (40) для расширения пара из паропровода (38) высокого давления с третьего уровня (Р3) давления до первого уровня (Р1) давления.
2. Паровая система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один технологический потребитель (24), эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня (Р1) давления и соединенный по меньшей мере с одной паровой турбиной (40).
3. Паровая система по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один технологический потребитель (24), эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня (Р1) давления, соединен с паропроводом (22) низкого давления.
4. Паровая система по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один технологический потребитель (24), эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня (Р1) давления, соединен с паропроводом (22) низкого давления посредством вентильного устройства (44).
5. Паровая система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна паровая турбина (40) предназначена для приведения в действие агрегата, выбранного из группы, включающей генератор тока, насос, компрессор и воздуходувку.
6. Паровая система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере одну паровую турбину, расширяющую пар из паропровода (38) высокого давления с третьего уровня (Р3) давления до уровня окружающего давления или ниже.
7. Паровая система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один теплообменник (12, 14) для предварительного нагрева питательной воды, эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня (Р1) давления и соединенный по меньшей мере с одной паровой турбиной (40).
8. Паровая система по п.1 или 7, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один сборник (26) конденсата, эксплуатируемый с рабочим давлением первого уровня (Р1) давления и соединенный по меньшей мере с одной паровой турбиной (40).
9. Паровая система по любому из пп.1-3, 7, отличающаяся тем, что дегазатор (16) низкого давления, по меньшей мере один технологический потребитель (24), по меньшей мере один теплообменник (12, 14) и/или по меньшей мере один сборник (26) конденсата с помощью паропровода (42) самого низкого давления, рабочее давление которого находится на первом уровне (Р1) давления, соединены по меньшей мере с одной паровой турбиной (40).
10. Паровая система по п.8, отличающаяся тем, что дегазатор (16) низкого давления, по меньшей мере один технологический потребитель (24), по меньшей мере один теплообменник (12, 14) и/или по меньшей мере один сборник (26) конденсата с помощью паропровода (42) самого низкого давления, рабочее давление которого находится на первом уровне (Р1) давления, соединены по меньшей мере с одной паровой турбиной (40).
11. Установка для производства олефинов, содержащая паровую систему по любому из пп.1-10.
