蒸汽系統(tǒng)節(jié)能改造分析

莊可

摘 要： 介紹了泰山石化公司原蒸汽系統(tǒng)的弊端，改造的目的，影響蒸汽準(zhǔn)確計量的因素，流量計選型的依據(jù)，實現(xiàn)精確計量的方法，保障了公司用氣及港區(qū)供暖，降低運營成本。

關(guān)鍵詞： 蒸汽；精確計量；流量；節(jié)能降耗；減溫減壓裝置

蒸汽是一種重要能源，如何更好的利用蒸汽，對于降低企業(yè)生產(chǎn)成本至關(guān)重要。煙臺泰山石化港口發(fā)展有限公司是一家以油品倉儲為主營業(yè)務(wù)的公司，一直以來利用煙臺港西港區(qū)的鍋爐所提供的蒸汽為儲罐及管道提供保溫?zé)嵩础３鲇诒Ｗo(hù)環(huán)境的考慮，鍋爐停用，公司新建管道將附近的萬華公司的蒸汽引入泰山石化公司，由于使用條件大不相同，以節(jié)能降耗為目的，我公司對原蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了大范圍的改造。

一、蒸汽系統(tǒng)原狀

泰山石化現(xiàn)有DN400蒸汽管道一條，DN100冷凝水管道一條，原工藝條件下，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過DN400蒸汽管道輸送至公司罐區(qū)及換熱站，管道中的蒸汽冷凝液就近進(jìn)行直接排放，DN100冷凝水管道處于閑置狀態(tài)，造成了不小的水量和熱量的浪費（附圖1）。另外由于公司的2#換熱站僅冬季供暖使用，所消耗蒸汽較少，選用DN100蒸汽管道即可，現(xiàn)選用DN400管道供氣，且輸送距離長達(dá)約1500米，造成了大量熱量損耗，導(dǎo)致冬季港區(qū)室內(nèi)暖氣效果不佳。另外，由于原流量計老舊，安裝不規(guī)范，計量不準(zhǔn)確且經(jīng)常出現(xiàn)故障，導(dǎo)致我公司與供氣公司關(guān)于蒸汽用量經(jīng)常出現(xiàn)糾紛。

二、新建減溫減壓裝置

我們通過長期經(jīng)驗積累得出儲罐及管道保溫需求的飽和蒸汽壓力為0.35Mpa，此狀態(tài)下的蒸汽使用效果最為經(jīng)濟(jì)，而萬華公司提供蒸汽額定壓力為1.4Mpa，溫度280℃，為過飽和蒸汽，公司罐區(qū)蒸汽管道設(shè)計壓力1.2MPa，萬華公司蒸汽超過了罐區(qū)管道設(shè)計參數(shù)，會對蒸汽管道造成損壞，也超過了實際使用的蒸汽壓力，因此萬華公司提供蒸汽無法直接使用，鑒于我們配置了蒸汽減溫減壓裝置一臺，可將1.4Mpa，280℃的過熱蒸汽降低為0.35Mpa飽和蒸汽。減溫減壓裝置可檢測裝置前蒸汽的溫度和壓力，通過自動調(diào)節(jié)閥門開度以及添加常溫水，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)裝置后的蒸汽溫度和壓力的功能。

三、精確計量

如何實現(xiàn)精確計量，是節(jié)能降耗的關(guān)鍵問題，提高能耗管理水平，必須做到精確計量。蒸汽流量計量難度大，因為蒸汽屬于比較特殊的介質(zhì)，在輸送過程中，隨著溫度、壓力的降低，單相性質(zhì)的過飽和蒸汽會轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽，飽和蒸汽也會進(jìn)而轉(zhuǎn)化為冷凝水，形成氣液兩相流狀態(tài)。而世界上還未有能夠準(zhǔn)確計量氣液兩相流狀態(tài)蒸汽的儀表。當(dāng)前蒸汽流量測量儀表一般為測量體積流量，然后通過計算得出蒸汽質(zhì)量。

隨著儀表技術(shù)的提高，儀表的精度、可靠性和穩(wěn)定性得到很大的提高。在實際中，不僅要正確選型，而且需要進(jìn)行規(guī)范的安裝，才能保證計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

影響蒸汽流量準(zhǔn)確計量的因素主要有以下幾方面：

1.流量計上下游安裝的直管段不足，存在流動擾動。

正確安裝流量計，對確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性具有十分重要的意義。在安裝時流量計前后安裝直管段分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會導(dǎo)致流體未充分發(fā)展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。

2.量程比不足。

量程比是指一個流量計能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時必須小心，因為量程比是基于實際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的最大允許速度為35m/s，更高的流動速度會引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計允許的最低流速是不同的。

3.蒸汽的密度補償不正確，測量溫度和壓力不準(zhǔn)確。

為了正確計量蒸汽的質(zhì)量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補償。實際使用的蒸氣與理想氣體相比性質(zhì)有較大差別，蒸汽在輸送過程中會產(chǎn)生物態(tài)變化，導(dǎo)致密度也發(fā)生變化，同時不同類型的流量計受密度變化影響的方式不同，密度補償要通過積算儀的功能來實現(xiàn)。

4.蒸汽干度的影響。

為解決這個問題，一方面應(yīng)當(dāng)在流量計之前的蒸汽主管線上，設(shè)置多處疏水器，將冷凝水及時排出蒸汽管線；另一方面應(yīng)當(dāng)選用具備干度補償計算功能的積算儀，通過計算，消除誤差，保障蒸汽計算的準(zhǔn)確性。

4.管道振動的影響。

蒸汽流量計等對機(jī)械振動比較敏感，計量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對流量計前后管道作可靠的支撐設(shè)計。

我公司蒸汽使用量不穩(wěn)定，冬季由于氣溫較低，蒸汽需求量比較大，夏季需求量則比較小，因此對流量計的量程提出了較大范圍要求。鑒于流量計量程的局限性，為保障計量的準(zhǔn)確性，在減溫減壓裝置之前并聯(lián)安裝了兩臺流量計分別用于大流量及小流量時的計量，并設(shè)置了足夠的直管段保證不出現(xiàn)流量擾動，并對管線增加了可靠的支撐，避免出現(xiàn)管道振動。渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件，安裝簡單，維護(hù)費用低，適用于小流量的工況下，當(dāng)蒸汽流量不高于25t/h時，我們選用了DN150渦街流量計計量，測量準(zhǔn)確度為±1%。但是在大流量、大管徑工況下，渦街流量計準(zhǔn)確性較差，因此當(dāng)流量高于25t/h時，我們選用了DN300阿牛巴流量計，并與測量差壓的儀表一起配套使用，測量精度為±1%（如圖1）。

由于蒸汽計量是按照噸結(jié)算，因此蒸汽密度的變化嚴(yán)重影響了計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，蒸汽密度隨著工況溫度、壓力變化而變化，所以要求配套使用的積算儀一定具有對流量信號進(jìn)行溫度、壓力、干度補償功能，并且應(yīng)當(dāng)具備數(shù)據(jù)通信功能，使得流量數(shù)據(jù)可以在DCS系統(tǒng)中顯示。綜上所述，我們選用了RMC621型流量積算儀，一機(jī)適用多種介質(zhì)，多種流量計，并通過設(shè)置兩路計量的方式，很好的保障了測量的精度，很好的滿足的使用需求。

四、補水系統(tǒng)的設(shè)置

減溫減壓裝置的原理是利用調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)閥門開度，起到調(diào)節(jié)蒸汽壓力的作用；利用水泵及調(diào)節(jié)閥門自動添加水，起到降低蒸汽溫度的作用。設(shè)置自來水及冷凝水兩套供水系統(tǒng)，并設(shè)置單向閥防止兩條管路混流，設(shè)置過濾器用于過濾管道中的雜質(zhì)，設(shè)置水表用于計量增加的水量。日常情況下啟用冷凝水系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)故障時可以使用自來水供水系統(tǒng)（如圖2）。

五、冷凝水的循環(huán)利用

原蒸汽系統(tǒng)的冷凝水直接就進(jìn)排放，造成了不小的浪費，為解決此問題，利用原有的DN100冷凝水管道將公司罐組和管道的蒸汽冷凝水經(jīng)收集罐輸送至減溫減壓裝置水罐，為避免冷凝水?dāng)U散，管線兩端進(jìn)行了斷開處理。減溫減壓水罐液位降低到1.4米時，水泵自動啟動將冷凝水補充至減溫減壓水罐，當(dāng)減溫減壓水罐液位達(dá)到1.6米時，補水自動停止，實現(xiàn)了智能化控制。

六、換熱站供氣管道的改造

為保障冬季供暖需對公司1#換熱站提供蒸汽，原有的DN400蒸汽管道管徑大，熱損耗高，因此為我們另辟蹊徑，將冷凝水管線改為蒸汽管線，將DN400，DN100管線斷開，避免蒸汽擴(kuò)散至其他區(qū)域。兩根管道之間的跨接采用上挑設(shè)計，避免冷凝水進(jìn)入DN100管線。對公司2#換熱站供蒸汽的管道改造采取了類似的方法。由于DN100冷凝水管道未與2#換熱站連接，管道末端的將冷凝水管道再次與蒸汽管道進(jìn)行跨接，并將蒸汽管道斷開避免蒸汽擴(kuò)散。改造后的換熱站運行平穩(wěn)，冬季為港區(qū)供暖，室內(nèi)溫度最高可達(dá)25℃，保障了職工的工作條件。

綜上所述改造后的蒸汽系統(tǒng)（附圖2），盡可能的降低了蒸汽在管道中的熱損失，降低熱損失量達(dá)50%；避免了冷凝水的浪費，每日冷凝水回收量可達(dá)100立方。通過對過熱蒸汽的補水，經(jīng)使用測算，添加的水量占供氣量的70%，此項措施每日可節(jié)省蒸汽費用可達(dá)兩萬元。新設(shè)置的兩臺流量計，運行穩(wěn)定，計量精準(zhǔn)，減少了與供氣單位的糾紛。改造后的蒸汽系統(tǒng)實現(xiàn)了非常好的使用效果，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，實現(xiàn)了精確計量，降低了公司運營成本，保障了主營業(yè)務(wù)的順序有序進(jìn)行。

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