我们在进行化工厂设计时,有一个必须完成的项目,那就是公用工程系统的设计,公用工程从字面意思上就是不是单独使用的,而是全厂共同使用的工程,根据刘承先编写的《化工生产公用工程》一书,将化工生产必须的公用工程分为了主要的供水、供冷、供热、供气、供电五项,这是根据物质或者能量的形式进行的划分。根据上述归类方法继续细化其实功能差距还是很大的,比如供水包括工艺用水和生活用水,供气也包括蒸汽管网系统和压缩空气、氮气系统等等,功能是不一样的。如果说上述公用工程的定义将整个工厂公用工程都涵盖在内,那么其实还有一种狭义的公用工程概念,也就是为工艺系统设计的一套的电力系统、制冷系统以及供热系统。这其实也是我们在进行工艺能耗优化上所关注的公用工程。
化工厂的管廊其中也包括输送一部分公用工程那么,化工厂工艺系统公用工程(我暂且就这么叫了)具体有哪些呢?电力系统,因为电力的使用与工艺温度没什么关系,因此也不需要进行梯度的细分,主要是为泵、压缩机等模块提供电力供应。制冷系统,常用的,也是最为便宜的工质是循环冷却水,不过这里我需要提一下循环冷却水的温度区间,循环冷却水的温度区间其实是与工厂当地气温以及季节有关系的,一般设计时上水和回水温度区间30~40℃左右,回水温度不超过42℃以免结垢。但是在Aspen Plus软件当中默认的循环冷却水上水和回水温度分别为20℃和25℃,这个其实需要自己根据实际情况进行修改的,不能直接就使用。
根据循环冷却水的温度,加上换热温差,一般只能将物料冷却到40℃左右,如果需要冷却到更低的温度呢?就需要使用到冷冻系统,冷冻系统一般分为两类,无相变的和有相变的,无相变的例如冷冻盐水,包括氯化钙冷冻盐水、丙二醇水溶液和乙二醇水溶液,冷冻温度不能低于-35℃,一般有-10℃和-25℃两个梯度。如果需要冷却到更低温度,那么就需要用到更昂贵的冷剂了,也就是有相变的冷剂,包括氨、乙烯、丙烯、甲烷等。液氨制冷一般单级制冷为-30℃左右,双级制冷可达到-50℃左右。丙烯制冷温度一般可达到-40℃左右。乙烯制冷温度可达-100℃左右,当然一般想要达到这么低的温度通常使用的是复叠制冷系统,例如乙烯/丙烯复叠制冷。以上所描述的冷冻公用工程已经涵盖了0~-100℃下各个梯度所需要的制冷剂,大家需要根据自己的冷冻温度选择相应的制冷剂。
复叠式制冷技术说完制冷系统,再来说供热系统,供热系统,根据不同的温度,使用不同的供热介质,在温度较低的情况下,使用蒸汽管网系统进行供热,当温度更高时,通常还会增加燃料气或者燃料油系统通过燃烧供热。蒸汽系统按照蒸汽压力分为低压蒸汽、中压蒸汽和高压蒸汽,不过具体压力等级之间的区分界线根据不同的领域有不同的划分,并没有统一标准,这里仅给一个大致参考:低压蒸汽<1.0MPa,中压蒸汽1.0MPa-4.0MPa,高压蒸汽4.0MPa-12.0MPa。化工厂通常使用的是中低压蒸汽,各个蒸汽压力等级所能提供的温度就是该压力下水的饱和温度了,大家可以直接百度查询数据。不同的装置和工厂会根据需求设置不同压力等级的公用工程蒸汽,比如0.6、0.8、1.0、1.3、2.5、3.8、4.5MPa。
饱和蒸汽温度压力对照表如上所述,查询数据4.5MPa的高压饱和蒸汽温度也仅为257℃左右,所以为了能够将物料加热到更高的温度,比如400℃,也有企业会使用过热蒸汽作为公用工程,所以大家看到这样的公用工程数据也不要一巴掌拍死,是有可能的,当然工业上常用的一般还是将饱和蒸汽作为公用工程。如果温度更高呢?那就需要考虑更高温度的热公用工程,比如电加热、燃料气加热、燃料油加热,加热炉就属于这一类。这个加热的范围就比较宽了,从300℃到800℃以上都可以使用。
炼厂加热炉以上就是对工艺系统公用工程的较为整体的介绍了,如何选择公用工程根据不同的装置不同的工艺是有所区别的,需要根据工艺的温度区间,不同设备的温度需求,结合换热温差进行有目的的选择。以上数据是小编根据书籍以及网上资料查询所得,如有错误或者纰漏还请指正!
参考资料:
《化工工艺设计手册》第四版
《化工生产公用工程》刘承先
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