循环水泵电机改饱和蒸汽透平驱动的技术改造过程分析

夏辉

关键字：循环水泵、电机、改造、饱和蒸汽、透平驱动

一、项目建设背景及必要性

大唐呼伦贝尔化肥有限公司18万吨/年合成氨、30万吨/年尿素装置（以下简称“呼伦贝尔化肥公司”），充分利用呼伦贝尔地区丰富的褐煤资源，采用国内先进可靠的工艺技术，生产合成氨、尿素产品。投产以来，装置通过近几年的技术改造，基本解决了影响装置的瓶颈问题，实现了装置稳定运行。呼伦贝尔化肥公司循环水系统原设计4台电动循环水泵，循环水泵设计流量9500m3/h，扬程55m，电机额定功率1800kW。

由于蒸汽系统不平衡，装置存在一定量的过剩低压饱和蒸汽（0.5Mpa），特别是夏季，均直接放空，是对能源的浪费，为有效利用好过剩的低饱和压蒸汽，为解决低压饱和蒸汽的放空问题，呼伦贝尔化肥公司通过论证后决定对其中一台循环水泵实施电机改饱和蒸汽透平驱动的技术改造。

二、循环水泵饱和蒸汽透平技术改造项目情况

目前在煤化工行业中，过热蒸汽透平被广泛应用，大部分关键的离心压缩机一般都采用蒸汽透平驱动，大型泵和风机也有采用蒸汽透平驱动的应用案例，但是出于技术成熟性和可靠性考虑，低压饱和蒸汽透平并不常见，呼伦贝尔化肥公司技术人员通过与湖南湘化机汽轮机有限公司进行交流合作，将湘化机设计研发的低参数蒸汽透平应用至本次改造中，该透平可以将低参数蒸汽最大程度的合理利用，尤其是饱和蒸汽直接利用，透平具有变工况范围大、高可靠性、使用寿命长，防水蚀等诸多特点。

为有效利用工厂过剩的低压蒸汽，解决低压蒸汽的放空，呼伦贝尔化肥公司采用国内先进的低压饱和蒸汽汽轮机驱动技术，采用工业拖动冷凝式汽轮机替代原有1800KW驱动电机，并配套真空冷凝系统回收冷凝液，从而起到回收利用蒸汽热能、节约循环水装置电耗、蒸汽凝液回用至全厂蒸汽凝结水系统的目的。将循环水泵由电机驱动改造为饱和蒸汽透平驱动，拆除循环水泵电机及底座部分，重新制作驱动透平基础及底座，配套设置透平油站、高位油箱及其它辅助设施，增设低压蒸汽管线及凝结水管线、循环水管线。0.5MPa等级低压饱和蒸汽自循环水厂房西侧的主管廊接出，并沿厂房外侧架空敷设至需改造循环水泵附近穿墙进入循环水泵房，蒸汽管道规格为DN250。做完功的蒸汽冷凝水经凝结水泵加压后，沿着低压蒸汽敷设的路径送至厂房西侧主管廊上的蒸汽凝液母管，管道规格DN80。

三、改造方案目的

呼伦贝尔化肥公司目前装置存在一定量的过剩低压饱和蒸汽（0.5Mpa），特别是夏季，均直接放空，是对能源的浪费，为有效利用工厂过剩的低压蒸汽，解决低压饱和蒸汽的放空，能源存在较大的浪费，为有效利用全装置过剩的低压饱和蒸汽，解决低压饱和蒸汽浪费情况。为合理利用过剩蒸汽实现节能降耗，降本增效，预计改造完成后年可节约电费700万元左右。同时改造后解决了过剩的低压蒸汽直接放空造成的能源浪费及噪音等环境影响，实现节能环保。

四、主要工艺技术方案

依托现有条件将公用工程3700#循环水站原4号循环水泵由电机驱动改造为蒸汽透平驱动。拆除原4#循环水泵电机及底座，重新制作基础安装配套汽轮机，动力汽原取就近全厂低压蒸汽管廊接入，低压蒸汽经透平做功后，乏汽经凝汽器冷却后，凝结水通过凝结水泵加压后送入全厂透平蒸汽冷凝液管网。循环水取自循环水泵出口母管进凝汽器后回循环水回水母管。新增凝结水泵及润滑油泵电源取自循环水变电站低压系统相同容量备用回路。设备改造结构及性能要求如下。

（1）改造循环水泵P3700-4为凝汽式工业饱和蒸汽透平驱动

改造循环水泵P3700-4为凝汽式工业饱和蒸汽透平驱动，即利用0.5MPa（G）、160℃左右低低压蒸汽驱动凝汽式汽轮机并拖动循环水泵运转，蒸汽在汽轮机内膨胀做功以后,除小部分轴封漏气之外,全部进入凝汽器凝结。冷凝液经泵加压送入全厂透平凝液管网。改造方案如下图：

（2）公用工程及管路

根据循环水泵节能改造项目凝汽式汽轮机运行要求，自管网及循环水装置分别接引蒸汽、透平冷凝液、循环冷却水、仪表空气管线，配置电气、自控系统等。施工方负责主蒸汽管、蒸汽凝液管线、仪表气源管线接至拟改造循环水泵处。该项目涉及的汽轮机电气设备的380V电源电缆敷设，由业主方负责提供380V电源点（3800#配电室），施工方负责全部电气及仪控电缆的改造过程，从配电室电源点下侧引至现场的设备电源箱总电源开关上口,其余涉及本项目全部公用工程及管路均由施工方负责。改造后的热力系统图如下：

1）蒸汽管路

汽轮机驱动用低压饱和蒸汽取自全厂管廊低压蒸汽总管，位于西管廊第三层，接口位置位于循环水泵房西侧南北管廊附近，并加装手动闸阀，蒸汽管道沿循环水界区边缘敷设至循环水泵房（循环水装置界区内管廊根据需要新建），汽轮机进汽口处设手动闸阀。

2）冷凝液

蒸汽冷凝液送至全厂管廊透平冷凝液总管，位于管廊第二层（共三层），接口位置位于循环水泵房西侧南北管廊附近，并加装手动闸阀，蒸汽凝液管道出循环水泵房后沿循环水界区边缘敷设至管廊接口处。

3）冷却水

本项目用循环冷却水上水、回水管线分别接自循环水泵房循环水泵（3#和4#循环水泵）出口上水总管、循环水泵房东侧循环回水总管（或旁滤回水总管），并加装手动闸阀，管线采取地上敷，从循环水上水接口至汽轮机辅机设备进口、从汽轮机辅机设备出口至循环水回水总管接口所有管道的改造设计、安装、土方开挖、地面恢复等均按现场实际情况进行改造。

4）仪表空气

循环水泵房内有仪表空气管道，汽轮机所需仪表空气从厂房内接引，自循环水厂房仪表空气碰头接口处接引。

5）电源

380V电源取自循环水系统配电室。由配电室电源点至本项目用电设备的所有动力电缆、以及控制电缆（包括至DCS的电缆），及需要增设的部分电缆桥架及保护管等、电源箱、接线并进行调试。确实做到与循环水变电所的无缝对接，确保此项目供电系统的完整性。

6）自控系统

与汽轮机组相关的主机与辅机基础、管道（进汽管路、排汽管路、水管路、油管路）及支吊架、电气、仪表、电缆及桥架布置和汽拖机组控制系统设计、施工安装、采购以及DCS控制系统所需的硬件设备和软件设备等一并进行改造。汽机设置单独控制系统和控制操作站，汽机调节控制操作系统进入DCS系统操作站，控制机柜布置循环水机柜间内，操作员站布置在循环水控制室。仪表设备联锁系统全部做成三取二或二取二联锁，不允许系统单点联锁停机。

五、计划实现的改造目标和主要技术经济指标

(1)目标：

一是实现节能降耗，二是实现生产装置处于安全可靠、环保运行状态.

(2)经济指标：

1)原1800KWh电机停用，循环水泵正常运行。扣除新增凝结水泵22KWh及润滑油泵15KWh，每小时可节约电量1763KWh。小时节约电费830.373元（电费按0.471元/KWh计算），

2)回收凝液约16吨/小时，按取水价格3.5元/吨，小时节约水费56元/小时。

3)没有产生新的废水废气废渣。

4)汽轮机运行噪音与原电机运行噪音相当，不新增噪音。

六、项目投用运行情况评价

本改造项目已于2018年3月通过现场竣工验收，验收后改造项目已连续稳定运行一年以上，符合技改项目后评价规定时限要求，同时通过装置运行72小时工艺技术标定，主要指标符合改造设计指标，确认技改项目能够达到改造预期效果。

七、实施效果评价

呼伦贝尔化肥公司循环水原4循环水泵由电驱动改为汽驱动，从2018年3月31日试运转正常4月5日投运，4月6日8:00-9日8:00完成72小时标定，整个标定过程中系统平稳运行，设备运行稳定，运行工况满足生产条件，控制转速可调。现已转为正式运行。运行效果稳定，满足生产，实现节能降耗，降本增效的目的。

循环水泵汽驱动自2018年4月6日投入运行至今实现连续稳定运行。扣新增凝结水泵22KWh及润滑油泵15KWh，每小时可节约电量1763KWh。小时节约电费830.373元（电费按0.471元/KWh计算）；回收凝液约16吨/小时，按取水价格3.5元/吨，小时节约水费56元/小时。运行一小时可节约费用886.373元，按年运行330天计算可实现节约费用702万元。

根据实际运行状况完全可以实现设计节能、运行可靠、环保的要求。该项技术改造项目荣获了大唐集团有限公司和中新能化科技有限公司“我为改革发展献一策”征集活动优秀意见建议奖”

八、结论

利用低压饱和蒸汽驱动透平进行循环水泵电改汽改造项目，技术上是完全成熟可行的，通过改造可以实现工厂目前富裕低压蒸汽的综合利用，解决蒸汽排空造成的能源浪费及对周围环境的不利影响，提高全厂的经济效益。