工業蒸汽系統改造方案探討

楊 凱

(中國五冶集團機電分公司, 四川成都 610000)

工業蒸汽系統改造方案探討

楊 凱

(中國五冶集團機電分公司, 四川成都 610000)

文章結合工程實例，論述工業蒸汽系統在使用過程中一些常見問題的創新性解決方案。例如蒸汽系統疏水閥組的改造、車間集中用氣點配管和通過選擇閥門來達到不同使用要求、車間利用蒸汽和給水的結合來增加熱水使用點等問題。

工業蒸汽系統； 疏水閥組改造； 集中用氣管配管和閥門選擇； 增加熱水使用點

隨著工業的發展，作為主要熱能之一的蒸汽被廣泛應用。蒸汽系統因設計、施工過程的遺留缺陷在長期運行過程中，對系統的穩定運行造成影響，需要對系統設施進行改造。蒸汽從生產到有效利用是一個系統工程,根據蒸汽管道材質、壓力和用氣設備的不同，影響蒸汽使用效率的因素有許多，確定解決方案時要根據實際情況，采取不同的方法。本文結合工程實例探討了工業蒸汽系統運行問題的改造方案。

1 蒸汽主管疏水閥組漏氣問題

1.1 工程實例

某廠區各車間的工業蒸汽是通過蒸汽管道由蒸汽鍋爐集中輸送的，蒸汽管道的介質為過熱蒸汽，操作參數：0.8 MPa、300℃，設計參數：1.0 MPa、320℃。根據維保合同要求，需對原已安裝的管道進行檢修和重新保溫，通過與業主的溝通了解發現存在的問題是，蒸汽管溝中原已安裝的4根工業蒸汽管道在使用過程中，除去存在保溫層嚴重脫離的問題外，最主要的問題是蒸汽泄漏問題。

1.2 改造方案

經過進一步的考察發現，泄漏的主要原因是工業蒸汽管道采用國產蒸汽疏水閥組，在經過長時間的使用之后，在疏水的同時也會有大量蒸汽溢出，導致蒸汽管溝上方長期白霧繚繞，不僅造成了蒸汽管道泄漏嚴重的假象，而且成為了一個很大的安全隱患。

經過分析和方案比對，同時以一小段蒸汽管道來多次做通氣試驗之后，采用通過設置落水袋來解決這個問題，不僅成本最低，同時也能保證在疏水閥組不起作用時，手動疏水的安全性。

落水袋設置見圖1所示。

圖1 落水袋設置

2 主管與用氣點管徑壓力不匹配

車間蒸汽流量滿足條件下，主管管徑壓力與用氣點管徑壓力不匹配問題。

2.1 工程實例

某廠區改造工程，需更換鋼結構平臺上的反應釜設備，鋼結構平臺上的7臺反應釜由廠區工業蒸汽管道進行供氣，其中反應釜為新采購設備，每臺反應釜的進氣管為DN45的無縫鋼管，工作壓力0.4 MPa，由于反應釜的供氣主管為原車間蒸汽主管，其中蒸汽主管的管徑是DN50，工作壓力1.0 MPa，經過計算流量滿足要求。

2.2 改造方案

根據當時現場情況，建議第一步在反應釜蒸汽接口前端加減壓閥組來降低壓力(為保證用氣點的壓力，減壓后的壓力為0.6 MPa，再通過閥門對用氣點壓力進行微調)，同時為保證用氣點的流量，采取簡易分氣缸的原理來保證用氣點的流量分配，并在施工前再進一步相應設計計算。

簡易分汽缸具體結構詳見圖2所示。

1-氣缸本體2-主氣管3-截止閥4-螺旋突起5-法蘭盤6-支氣管7-柱塞閥

如圖2所示，本裝置包括水平設置的氣缸本體1以及與氣缸本體1下部連接的主氣管2、多個與氣缸本體1上部連接的支氣管6，沿氣缸本體1軸線方向在其內壁上安裝有兩個螺旋突起4(進一步降低蒸汽流速的作用)，兩個螺旋突起4對向設置且分別位于主氣管2出氣口的兩側；氣缸本體1的兩端均設置有法蘭盤5；支氣管6的個數為奇數，主氣管2設置在氣缸本體1的中部，位于氣缸本體1上且所屬排序號為中位數的支氣管6正對主氣管2；螺旋突起4的內徑沿氣缸本體1中心指向其兩端的方向遞減。

進氣主管上的閥門3采用截止閥，截止閥在蒸汽上的采用最為普遍，因為截止閥閥門非常適合作為切斷或調節以及節流用。同時該類閥門的閥桿開啟或關閉行程相對較短，在出現問題時，能夠以最快的速度切斷蒸汽。出氣管道上的閥門7采用柱塞閥，柱塞閥是由閥體、閥蓋、閥桿、柱塞、孔架、密封環、手輪等零件組成。當手輪旋轉，通過閥桿帶動柱塞在孔架中間上下往復運動來完成閥門的開啟與關閉功能。柱塞閥的關閉由一個不銹鋼柱塞、上下兩只富彈性密封圈及一個金屬隔框組成，密封效果由柱塞與密封圈緊密配合來達到，柱塞插在兩只密封圈中，密封面積遠大于普通截止閥；開關柱塞閥時，柱塞在密封圈中緩慢移動，接觸面幾乎不磨損，關閉時，柱塞插入下密封圈，截斷流道；開啟時，柱塞雖然脫離下密封圈，但仍藏在上密封圈內，保持與外界隔離，不致發生泄漏。柱塞閥相比截止閥，壽命長，操作省力。但調節行程比截止閥要長，所以節流控制比截止閥要難。

在蒸汽閥門的長期使用過程中發現，柱塞閥相比截止閥還有一個明顯的優點，由于柱塞閥的調節行程長，可以通過柱塞閥的開閉程度來手動控制出氣管道的壓力，在設備壓力要求不精確的情況下，可以通過一邊緩慢手動開閉柱塞閥，一邊觀察壓力表變化的方式來來手動調節反應釜進氣蒸汽的壓力，達到滿足不同生產負荷下的需求。

3 車間熱水使用點不足的問題

3.1 工程實例

某廠區安裝工程施工完成后，車間內設計熱水點位不足，需增加熱水點位。

3.2 改造方案

經過方案比選，利用車間內已經布施好的供水管路以及供汽管路，在需要增設熱水點位的工位上安裝一個能夠快速實現汽水混合的裝置來達到增加熱水點位的目的。

自制汽水混合器及進氣孔見圖3、圖4所示。本裝置包括內套管3，在內套管3的兩端分別與進液管1、出液管6連通，在內套管3外壁上安裝有外套管2，且外套管2與內套管3之間設置有環空，在內套管3管壁上開有多個進氣孔4，環空通過進氣孔4與內套管3內部連通，外套管2側壁上連接有進氣管7。

工作時，蒸汽由進氣管7進入到環空部分中，環空是指外套管2與內套管3之間的環形間隙，然后液體由進水管道流入至內套管3內，蒸汽再通過多個進氣孔4進入到內套管3后與液體混合，即發生熱交換，被加熱的液體直接由出液管6排出，即形成一個新增的熱水點位；大量的蒸汽利用環空部分對內套管3外壁進行預熱，同時部分蒸汽透過進氣孔4直接進入到內套管3中，在液體進入內套管3后，內套管3自身因預熱而吸收的熱量會被部分沿內套管3內壁流動的液體所吸收，而位于內套管3中部的液體則開始吸收部分蒸汽所攜帶的熱量，通過環空與透氣孔，對進入內套管3中的液體進行內外層分層加熱，使得最后由出液管6排出的液體受熱均勻。并且，本裝置利用車間內已經布施好的供水管路以及供汽管路，在需要增設熱水點位的工位上能夠快速實現汽水混合器的安裝布置，無須單獨進行熱水管道的鋪設或是進行定制單獨的汽水混合器，大大降低了車間內的建設施工成本。多個進氣孔4沿內套管3軸線方向分布，且進氣孔4設置在內套管3的周向上。多個進氣孔4沿內套管3的軸線方向平行設置，即使得蒸汽在進入內套管3時實現分層進入，在進液管1中進行通液時，分層的蒸汽流會對液體進行逐層加熱，保證流出內套管3的液體受熱充分。

1-進液管2-外套管3-內套管4-進氣孔5-保溫層6-出液管7-進氣管

41-縮小段42-平直段3-內套管43-擴大段

本裝置中，進氣孔4包括沿其軸線依次設置的縮小段41、平直段42以及擴大段43，縮小段41與環空連通，擴大段43與內套管3內部連通，縮小段41的孔徑沿其軸線朝靠近平直段42的方向上遞減，擴大段43的孔徑沿其軸線朝遠離平直段42的方向上遞增。高速移動的蒸汽通過進氣孔4才能進入到內套管3，而自身攜帶初始速度的蒸汽容易將進液管1內的液體截層，即將液體截斷成多個不相連的斷層，嚴重滯緩內套管3內的液體流動；而本實用新型中的進氣孔4包括縮小段41、平直段42以及擴大段43，且縮小段41的孔徑沿其軸線朝靠近平直段42的方向上遞減，擴大段43的孔徑沿其軸線朝遠離平直段42的方向上遞增，使得蒸汽流的流速在進入進氣孔4后實現三級變化，即蒸汽進入縮小段41后，其運動區域由原來的環空變為錐形空間，沿環空不斷旋轉移動的蒸汽經過縮小段41的逐步穩定轉換成沿進氣孔4的軸線進行直線移動，而進入平直段42后，蒸汽的流速相對平穩，而當蒸汽移動至擴大段43后，其流通區域驟然增加，進而使得蒸汽的流速驟然降低，使得蒸汽的運動趨勢緩慢下來，在保證蒸汽與液體能夠發生混合的前提下，避免內套管3內的液體發生截流現象。

在實際使用過程中，蒸汽進氣閥門應采用柱塞閥，通過調節閥門來控制蒸汽量的變化，達到控制熱水溫度的目的。

4 結束語

由于工業蒸汽系統在設計、施工或運行操作過程中的缺陷或失誤，為了保證系統的長期穩定運行，都需要不斷結合運行經驗、新工藝、新的思路來對系統進行改造、完善，因此應不斷總結，不斷學習、研究工業蒸汽系統施工技術，在解決問題中總結經驗，提煉方法，形成各種形式的成果，并將其推廣，使之在城市建設中發揮更大的作用。

TU833+.12

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[定稿日期]2017-06-17

楊凱(1990～)，男，本科，助理工程師。