蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能措施分析

范亞偉

(中國(guó)聯(lián)合工程公司，浙江杭州 310022)

0 引言

蒸汽作為熱量輸送的介質(zhì)有著如下優(yōu)點(diǎn):1)生產(chǎn)、使用成本低:蒸汽來(lái)源于水，價(jià)格低廉，且可循環(huán)使用;2)載熱能力強(qiáng)，可降低管網(wǎng)投資:蒸汽單位容積熱容量大，使得傳輸管道尺寸小;3)換熱高效、容易控制:蒸汽作為熱源時(shí)，換熱過(guò)程效率高，可減少換熱面積，減少換熱器成本，且蒸汽壓力、流量調(diào)節(jié)方便，加熱工藝的溫度控制簡(jiǎn)單［1］。由于存在以上優(yōu)點(diǎn)，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)在工廠中有著廣泛的應(yīng)用。蒸汽應(yīng)用包含蒸汽產(chǎn)生、輸送、使用及冷凝水回收各個(gè)環(huán)節(jié)，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)一般包含:1)汽源部分，如蒸汽鍋爐、蒸汽發(fā)生器;2)輸送管道系統(tǒng)，含輸送蒸汽的管道、閥門、儀表等附件;3)用汽設(shè)備，如換熱器及各類工藝用汽設(shè)備等;4)冷凝水回收系統(tǒng)，含冷凝水管道、疏水閥組、閃蒸汽罐、自動(dòng)疏水加壓器等。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在工廠中，蒸汽系統(tǒng)的能源效率普遍較低，蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能降耗潛力巨大。實(shí)際工程中，通過(guò)對(duì)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造，節(jié)能效率可達(dá)到30%以上。下文筆者從設(shè)計(jì)及使用的角度出發(fā)，分析蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的措施。

1 汽源節(jié)能

隨著技術(shù)的發(fā)展及政策、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)節(jié)能要求的愈發(fā)嚴(yán)格，鍋爐、蒸汽發(fā)生器本身的熱效率越來(lái)越高，本身效率提升的空間已很小。因此，熱源的節(jié)能主要體現(xiàn)在設(shè)備的合理配置及運(yùn)行管理上。鍋爐選型應(yīng)根據(jù)用汽的負(fù)荷選擇容量匹配的型號(hào)，使得大部分運(yùn)行期間內(nèi)鍋爐處于高效運(yùn)行載荷部分，如避免出現(xiàn)鍋爐選型過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行;在滿足負(fù)荷調(diào)節(jié)的情況下，避免鍋爐房型號(hào)和臺(tái)數(shù)過(guò)多;在負(fù)荷較小，且用汽啟停較頻繁情況下，采用無(wú)鍋筒的蒸汽發(fā)生器有著明顯的節(jié)能效果。

2 蒸汽管道管徑的確定

蒸汽在管道流動(dòng)中由于摩擦阻力而產(chǎn)生壓力損失，壓力損失和管徑的選擇密切相關(guān)。在蒸汽負(fù)荷確定的情況下，如果管徑設(shè)計(jì)過(guò)大，將導(dǎo)致管道投資增加，同時(shí)熱損失也增加，形成的冷凝水也增加;如果管徑設(shè)計(jì)過(guò)小，管道壓力損失增大，用汽點(diǎn)壓力會(huì)下降，為保證用汽壓力，將不得不提高熱源的供氣壓力，從而增加熱源處的能源消耗，且管徑過(guò)小還存在供汽不足、流速過(guò)高而產(chǎn)生的水錘和沖蝕［2］。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要的流量、壓力和經(jīng)濟(jì)流速確定合理的管徑，管徑的選擇可參照《動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

3 熱補(bǔ)償措施

由于熱脹冷縮的原因，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)需設(shè)置熱補(bǔ)償措施來(lái)吸收熱伸縮和降低管道的推力。市場(chǎng)上蒸汽補(bǔ)償器種類繁多，如選擇不合適，容易造成管道漏氣，因此，補(bǔ)償器的選擇應(yīng)根據(jù)管道的布置情況、計(jì)算熱伸縮量來(lái)確定。補(bǔ)償器應(yīng)選擇使用壽命長(zhǎng)，不易泄露的類型，如在方便布置的前提下，盡量采用U形彎管補(bǔ)償器;膨脹節(jié)不得作為蒸汽管道補(bǔ)償器使用等。

4 管道保溫措施

管道內(nèi)蒸汽溫度高于環(huán)境溫度導(dǎo)致熱量的散失，從而引起冷凝水的形成，因此，蒸汽管道必須采取必要的保溫措施。工程設(shè)計(jì)中常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉及超細(xì)玻璃棉等。保溫材料厚度的選擇應(yīng)通過(guò)熱力計(jì)算或通過(guò)查取工程表格來(lái)確定，除有特殊要求外，保溫層厚度應(yīng)為經(jīng)濟(jì)保溫層厚度，即投資年折舊費(fèi)和年散熱損失費(fèi)兩者之和為最小的條件下保溫層厚度。保溫層的施工效果直接影響到保溫效果，保溫層的施工應(yīng)按照設(shè)計(jì)說(shuō)明和標(biāo)準(zhǔn)圖集《管道與設(shè)備絕熱——保溫》的相關(guān)要求進(jìn)行。室外架空蒸汽管道的保溫尤其要注意防水，否則，雨水一旦滲透到保溫層內(nèi)，保溫效果將嚴(yán)重降低。

5 疏水閥選擇及設(shè)置

在蒸汽輸送過(guò)程中，由于管道的散熱和阻力損失，蒸汽溫度的壓力都會(huì)降低，當(dāng)蒸汽溫度低于該壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，就會(huì)有凝結(jié)水析出，凝結(jié)水的存在會(huì)對(duì)蒸汽管道造成如下影響:1)水擊，凝結(jié)水積在管道底部，隨蒸汽一起流動(dòng)，當(dāng)凝結(jié)水量較多時(shí)會(huì)呈團(tuán)狀高速流動(dòng)，通過(guò)閥門、彎頭等附件時(shí)產(chǎn)生撞擊，產(chǎn)生破壞效應(yīng);2)磨損，細(xì)小的凝結(jié)水滴隨蒸汽一起流動(dòng)，通過(guò)閥門等管件時(shí)，會(huì)在其表面產(chǎn)生線性蝕痕，造成閥門關(guān)閉不嚴(yán)而漏氣;3)腐蝕，當(dāng)管道內(nèi)排空能力不好，少量的二氧化碳和氧氣會(huì)融入凝結(jié)水中，造成管道腐蝕［1］。因此，為及時(shí)排除蒸汽管道內(nèi)的冷凝水和不凝氣體，應(yīng)設(shè)置疏水器。

蒸汽疏水閥的種類繁多，按工作原理可分為三大類:熱靜力式疏水閥、熱動(dòng)力式疏水閥和機(jī)械式疏水閥，每個(gè)大類下面又包含多種產(chǎn)品。不同的疏水閥用于的場(chǎng)合和安裝方式都不同，如:液體膨脹式疏水閥屬熱靜力式，可在低溫下調(diào)節(jié)排放溫度，適用于低溫排放，若用于低壓過(guò)熱蒸汽管的主管疏水，則需設(shè)置較長(zhǎng)的過(guò)冷段，且不適用于需及時(shí)排除冷凝水的場(chǎng)合;熱動(dòng)力疏水閥可用于高壓和過(guò)熱蒸汽，抗水錘和振動(dòng)，但不能在低壓差下工作，工作時(shí)有噪聲，不能用于要求安靜的場(chǎng)所，且選型也不能過(guò)大，否則動(dòng)作過(guò)頻，容易磨損;浮球式疏水閥屬于機(jī)械式，可在飽和蒸汽溫度下持續(xù)排放冷凝水，特別適用于傳熱率高、要求快速加熱的場(chǎng)合，但暴露在外部環(huán)境中，會(huì)被嚴(yán)重冰凍損壞等。因此，在蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)疏水的要求，在合適的位置設(shè)置合適的疏水閥。疏水閥種類確定后，選型要根據(jù)冷凝水量計(jì)算進(jìn)行，不能簡(jiǎn)單根據(jù)管徑來(lái)選擇。另外，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，疏水閥應(yīng)選擇質(zhì)量好、耐用的品牌，否則，在運(yùn)行一段時(shí)間后，很容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而造成能源的損失。

6 閃蒸汽及冷凝水回收

蒸汽經(jīng)熱用戶換熱后形成的冷凝水，尤其是高溫高壓的冷凝水仍具有一定的熱量。當(dāng)熱的冷凝水壓力降低，且溫度高于低壓對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，就會(huì)釋放出閃蒸汽。閃蒸汽可用于低壓加熱，從而節(jié)省熱源處的蒸汽供應(yīng)。工程設(shè)計(jì)中，要想充分利用閃蒸汽，應(yīng)滿足以下條件:1)有持續(xù)的冷凝水供應(yīng)，且冷凝水的壓力較高，以保證有足夠的閃蒸汽;2)疏水閥和設(shè)備必須能夠滿足閃蒸汽的背壓;3)確保閃蒸汽的應(yīng)用和閃蒸汽的產(chǎn)生相匹配;4)使用閃蒸汽的設(shè)備盡可能地接近高壓冷凝水源，因?yàn)殚W蒸汽的壓力較低需要較大的管道以降低流速、減少壓降，否則如果用汽點(diǎn)較遠(yuǎn)的話，管道的成本會(huì)較高。

冷凝水不僅含有一定的熱量，而且是軟化水，很適合用作鍋爐補(bǔ)水，因此蒸汽系統(tǒng)的冷凝水應(yīng)予以回收，冷凝水回收有著如下優(yōu)點(diǎn):1)減少了水費(fèi)、水排放費(fèi)用和可能存在的冷凝水的冷卻費(fèi)用;2)可降低鍋爐燃料的消耗、減少鍋爐排污，降低熱量損失;3)減少水處理費(fèi)用和增加鍋爐的出力。冷凝水的回收必須結(jié)合疏水閥進(jìn)行，且冷凝水管一般采用滿管流，冷凝水回收匯合后經(jīng)管道輸送回?zé)嵩刺帯．?dāng)熱用戶高于熱源，冷凝水可利用高差自動(dòng)回流，當(dāng)不能滿足自動(dòng)回流時(shí)，推薦采用疏水自動(dòng)加壓器進(jìn)行輸送，此時(shí)輸送冷凝式水的動(dòng)力為蒸汽，無(wú)需配置水泵;當(dāng)冷凝水量特別大時(shí)，可考慮采用成套冷凝水回收設(shè)備，此時(shí)采用水泵作為輸送動(dòng)力。

閃蒸汽及冷凝水回收特別適用于蒸汽階梯利用的場(chǎng)合。如筆者設(shè)計(jì)的浙江某電池廠項(xiàng)目中，車間工藝設(shè)備加熱用蒸汽壓力為1.2 MPa，并要求在飽和溫度下持續(xù)排放冷凝水。通過(guò)設(shè)置閃蒸罐，閃蒸汽用于恒溫恒濕空調(diào)系統(tǒng)的換熱，并采用疏水加壓器將冷凝水回收至鍋爐房進(jìn)行循環(huán)利用，取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能潛力巨大，必須從蒸汽的產(chǎn)生、輸送、使用、閃蒸汽利用和冷凝水回收各個(gè)環(huán)節(jié)綜合考慮，并在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中給予足夠的重視。

［1］劉大山.不容忽視的節(jié)能領(lǐng)域——蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2002，13(19):1634.

［2］劉曉剛.分析蒸汽管道設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)［J］.科技風(fēng)，2012(5):164.