蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失的影響因素分析

王旭

山東華魯恒升化工股份有限公司 山東 德州 253000

引言

蒸汽是化工生產(chǎn)中鍋爐運行的重要副產(chǎn)物，為了保證鍋爐生產(chǎn)的節(jié)能降耗，很多化工企業(yè)都在積極探索蒸汽的熱能利用，蒸汽供熱就是其中之一，蒸汽在自身壓力的作用下，通過供熱管網(wǎng)直達(dá)各個供熱環(huán)節(jié)，但是蒸汽在流通過程中，不可避免地會出現(xiàn)壓降、散熱等變化，從而形成一定的蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失問題，嚴(yán)重情況下，會致使蒸汽壓力或是熱量等無法滿足用戶需要，以至于對供熱質(zhì)量造成負(fù)面影響，同時也無法實現(xiàn)對能源和資源的充分利用，不符合企業(yè)的降本增效原則，所以迫切需要全面調(diào)查研究造成蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失的主要原因和解決方法。

1 凝結(jié)水回收節(jié)能的意義

蒸汽供熱管網(wǎng)中蒸汽起主要作用的介質(zhì)，使用后的蒸汽會冷卻為冷凝結(jié)水，冷凝結(jié)水不單是蒸汽的液體存在狀態(tài)，它仍然具備以下幾個方面的使用價值：①冷凝水仍然含有熱能，能占到焓值的大約20%，如果任由這些熱能白白流失而不加以回收利用，無疑是一種嚴(yán)重的能源浪費行為，尤其對于等級較高的冷凝結(jié)水來說，如果利用氣液分離罐進(jìn)行分離，得到凝結(jié)水和乏氣，可直接回收凝結(jié)水，乏氣由高等級降為低等級蒸汽，但是還可以投入使用，以某公司化工生產(chǎn)過程中的蒸汽供熱管網(wǎng)為例，乏汽上升至蒸汽閃蒸罐的罐頂向供熱管網(wǎng)輸送，凝結(jié)水則下沉至罐底回收至蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)，實現(xiàn)對蒸汽熱能的最大限度挖掘；②節(jié)約鍋爐燃料，通常情況下，鍋爐內(nèi)部的給水水溫以每6℃為一個節(jié)點單位，每抬高一個單位就帶來燃料1%的節(jié)省力度，假設(shè)現(xiàn)有回收凝結(jié)水40t，作為補水回到鍋爐，能帶來燃料1.25%的節(jié)省力度，以小時燃煤量36噸，噸煤1900元價位計算，可實現(xiàn)68萬元的燃煤成本節(jié)支；③減少環(huán)境熱污染，如果冷凝水直接由用氣設(shè)備向大氣排放，會帶來壓力的瞬時驟降，二次閃蒸汽就會大量產(chǎn)生，此時的冷凝水依然具有很高的溫度[1]，再加上閃蒸汽的夾帶，會給現(xiàn)場工作人員造成極大的燙傷危險，而北方極低的冬季氣溫環(huán)境下會導(dǎo)致霧幕產(chǎn)生，拉低局部能見度，影響交通出行，如果是高溫炎熱的夏季，則直接推高環(huán)境氣溫。

2 蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水回收系統(tǒng)分析

2.1 凝結(jié)水回收系統(tǒng)分類

凝結(jié)水回收系統(tǒng)通常閉式和開式兩種形式分類。

2.1.1 開式回收系統(tǒng)。開式回收系統(tǒng)是以集水箱的存在形式命名的，顧名思義，集水箱中的凝結(jié)水向大氣敞開，技術(shù)優(yōu)勢在于簡單的設(shè)備結(jié)構(gòu)非常便于操作，不需要大量的起步資金投入，缺陷是不能帶來可觀的經(jīng)濟效益，同時其敞開式的凝結(jié)水易形成高溶氧濃度而腐蝕設(shè)備，因此只在供熱小型蒸汽系統(tǒng)應(yīng)用。

2.1.2 閉式回收系統(tǒng)。閉式回收系統(tǒng)相對開式回收系統(tǒng)而言，它是一個封閉系統(tǒng)，全部管路和集水箱都具備恒定正壓，由回收機械直接回收它的凝結(jié)水?dāng)y帶能量輸送至鍋爐，即使有能量損失，也只是管網(wǎng)降溫才會有，封閉系統(tǒng)保證水質(zhì)無污染，無須再進(jìn)行水處理，可帶來較高經(jīng)濟效益，設(shè)備也可延長使用壽命，缺陷是需要很多起步資金投入，操作過程比較復(fù)雜[2]。

2.2 回收方式和設(shè)備的確定

對凝結(jié)水進(jìn)行項目改造，由于情況各異，從達(dá)到預(yù)期投資效益的目的出發(fā)，需要對項目改造所選擇的回收設(shè)備以及技術(shù)方式進(jìn)行科學(xué)合理的確定，第一，為凝結(jié)水選擇正確的回收系統(tǒng)，要做到對回收系統(tǒng)凝結(jié)水排水量與凝結(jié)量的準(zhǔn)確計算，運算數(shù)據(jù)錯誤，就會導(dǎo)致系統(tǒng)水管選擇管徑出現(xiàn)不準(zhǔn)問題；第二，要掌握凝結(jié)水準(zhǔn)確的溫度和壓力數(shù)據(jù)，這是回收系統(tǒng)選擇的最重要因素，它直接決定回收系統(tǒng)應(yīng)選擇的回收方式，設(shè)備和管網(wǎng)最終布置方案的制定；第三，關(guān)注如何選擇疏水閥，疏水閥有多種類型，準(zhǔn)確的疏水閥選型可在投入使用后給凝結(jié)水的再利用帶去溫度和壓力方面的積極影響，回收系統(tǒng)是否漏氣也取決于疏水閥的選擇。

凝結(jié)水回收當(dāng)前已經(jīng)在技術(shù)方面日臻完善，新型回收設(shè)備的研制也取得了性能方面的高質(zhì)量突破，有望全力提高凝結(jié)水的回收再利用，凝結(jié)水的傳統(tǒng)回收系統(tǒng)設(shè)備主要包括集水箱，疏水閥以及普通水泵，整個系統(tǒng)管路水擊，汽蝕或漏氣等問題頻現(xiàn)，無法做到凝結(jié)水的高效再利用，新技術(shù)研發(fā)和高性能回收設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，這些問題終會找到合理的解決辦法，舉例來說，為達(dá)到對凝結(jié)水的高效利用，為凝結(jié)水系統(tǒng)加設(shè)擴容箱，促使凝結(jié)水發(fā)生閃蒸，從而催發(fā)二次蒸汽的產(chǎn)生，對這些蒸汽進(jìn)行回收利用，既最大限度地利用了熱能，又規(guī)避了管路水擊問題，再如，為當(dāng)凝結(jié)水達(dá)到高溫飽和時，普通水泵就會出現(xiàn)汽蝕，可積極引入先進(jìn)技術(shù)，為系統(tǒng)加裝密閉回收設(shè)備，用于回收處于高溫飽和狀態(tài)的凝結(jié)水，這種對噴射增壓的原理合理運用，讓汽蝕問題得到圓滿解決，讓閉式凝結(jié)水回收系統(tǒng)做到最大限度地回收凝結(jié)水，能源得到充分利用，還實現(xiàn)了燃料與軟化水的成本節(jié)約，讓凝結(jié)水回收系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟實用性[3]。

完善的凝結(jié)水回收設(shè)備可促進(jìn)提高回收效率，在選擇回收設(shè)備時，一定要結(jié)合系統(tǒng)的實際情況，對包括蒸汽溫度和壓力，疏水閥規(guī)格型號以及閃蒸汽回收方式在內(nèi)的用汽條件進(jìn)行綜合考量，需要注意的是選擇何種回收系統(tǒng)，回收效率不是唯一的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，越高越好的原則并不通用，既要考慮回收目的，還須對系統(tǒng)能創(chuàng)造的經(jīng)濟效益進(jìn)行考量，不但要回收利用剩余熱能，還要盡量控制起步資金的投入不能過多，把技術(shù)應(yīng)用與系統(tǒng)經(jīng)濟實用性進(jìn)行綜合比對，力求得到合理的投入產(chǎn)出比數(shù)值以此為據(jù)制定適配方案[4]。

2.3 凝結(jié)水回收項目的熱經(jīng)濟性

凝結(jié)水的閉式回收系統(tǒng)，項目包括更換或者增設(shè)疏水閥，新置回收設(shè)備和管網(wǎng)材料與保溫材料，外加為工程施工提供的技術(shù)服務(wù)和工程費用，這些投資的總和就是項目投資總額，對投資總額的確定須依據(jù)工程具體情況與可行性方案的合理預(yù)算造價得出，主要包括以下3點。

2.3.1 回收系統(tǒng)選擇閉式封閉營運模式，提高背壓，盡量規(guī)避出現(xiàn)漏氣，從而產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

2.3.2 回收凝結(jié)水實現(xiàn)了節(jié)省軟化水也產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

2.3.3 提高了回收凝結(jié)水的溫度，鍋爐進(jìn)水溫度也隨之提高，能源能量減少了浪費也產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

當(dāng)然，還有一定的社會效益，凝結(jié)水回收可要考量凝結(jié)水回收系統(tǒng)投資和效益問題，主要因素包括系統(tǒng)出現(xiàn)的跑水，漏水，冒水，滴水以及排放廢水帶來的環(huán)境污染，以找到投資與效益的優(yōu)化點，以及構(gòu)成凝結(jié)水回收系統(tǒng)運行的熱經(jīng)濟問題的關(guān)鍵因素，在評估項目的可行性與合理性時，通行的衡量標(biāo)準(zhǔn)就是前期投資需要多少年會有多少收入回報[5]。

3 蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水損失的影響因素及改進(jìn)對策

3.1 蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水損失的影響因素

蒸汽供熱管網(wǎng)因損失凝結(jié)水帶來的熱能損失已經(jīng)達(dá)到很嚴(yán)重的程度，須認(rèn)真總結(jié)這種問題的出現(xiàn)成因，把運行管網(wǎng)所需的成本費用控制在最低，確保管網(wǎng)任何負(fù)荷條件下都能高質(zhì)量運行。通常有以下幾個因素導(dǎo)致管網(wǎng)凝結(jié)水損失。

3.1.1 經(jīng)過熱能利用（即對凝液的余熱進(jìn)行二次利用）的凝液回收系統(tǒng)，一般不設(shè)置常壓閃蒸裝置，回收凝液直接用于加熱供水，這樣在密閉系統(tǒng)中凝液在釋放熱量的同時溫度降低，導(dǎo)致不凝氣溶解度升高，會將這些溶解氣體直接帶入離子交換系統(tǒng)，進(jìn)而影響混床周期制水量。

3.1.2 供熱管網(wǎng)敷設(shè)的蒸汽管線絕大多數(shù)是架空形式的，外部環(huán)境的影響非常嚴(yán)重，架空管道對太陽輻射，氣溫波動等環(huán)境因素非常敏感，帶來的熱損失率也多兩成。供熱管網(wǎng)運行中蒸汽管線的凝結(jié)水系統(tǒng)受到多重因素影響，外接溫度變化、管線老化及滲漏等情況都會影響凝結(jié)效果，進(jìn)而會導(dǎo)致熱能回收效率下降，影響供熱系統(tǒng)運行中節(jié)能降耗的整體效果[6]。

3.2 供熱管網(wǎng)凝結(jié)水控制優(yōu)化建議

3.2.1 供熱管網(wǎng)優(yōu)化策略。

3.2.1.1 化工生產(chǎn)中在不凝氣較多的凝液系統(tǒng)，如已影響到離子交換系統(tǒng)的正常運行，應(yīng)盡快查找不凝氣泄漏源，消除泄漏。凝液管線可通過打開高點放空閥進(jìn)行檢查，如含氣量較多，則應(yīng)考慮是否存在泄漏，還可進(jìn)一步通過氣體取樣并進(jìn)行色譜分析，獲取更精確的結(jié)果。進(jìn)行氣體取樣時，不可用常規(guī)方法直接取樣，應(yīng)將高點排氣引入小型氣水分離裝置，再通入小型換熱裝置降低溫度，最后通入氣體收集袋，將不凝氣收集，進(jìn)行分析。

3.2.1.2 蒸汽分配站及疏水站設(shè)計安裝應(yīng)以方便檢修和操作為原則，對于腐蝕性氣體泄漏區(qū)域，應(yīng)定期對閥門進(jìn)行潤滑處理，防止閥門長期不操作導(dǎo)致銹死，蒸汽分配站及疏水站備用口應(yīng)盡量設(shè)置在主管處，防止備用口在極端氣溫天氣出現(xiàn)凍裂的情況。

3.2.1.3 伴熱管線安裝應(yīng)盡量避免或減少采用U型彎，必要時可沿主管線增加環(huán)型應(yīng)力補償或沿閥門法蘭增加U形補償，防止U型彎在寒冷天氣因保溫不全導(dǎo)致伴熱管凍堵，同時伴熱管應(yīng)位于主管線下方或側(cè)下方，采用綁扎固定，而不宜采用與主管焊接的固定方式。

3.2.2 蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水利用途徑。蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水也能達(dá)到80~100℃的水溫，熱能含量不可小覷，研究結(jié)果表明，一般工業(yè)凝結(jié)水能達(dá)到接近80%的回收率，凝結(jié)水的回收利用大有可為，提高凝結(jié)水回收率，能讓居高不下的蒸汽供熱管網(wǎng)熱損失率降低到合理區(qū)間，達(dá)到梯級利用熱能資源，可從以下2個方面入手。

3.2.2.1 利用蒸汽凝結(jié)水為二次網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行補水，熱能的回收利用率比較高，把二次網(wǎng)制造軟化水的成本控制下來。

3.2.2.2 蒸汽管網(wǎng)產(chǎn)生的凝結(jié)水具有較之水網(wǎng)更高的水質(zhì)，剩余大量熱能，把它們向一次水網(wǎng)輸送，水網(wǎng)能實現(xiàn)全部利用凝結(jié)水熱能，一次水網(wǎng)也可借此把熱單耗降下來，還可壓縮運行成本。

4 結(jié)束語

在市場經(jīng)濟的大環(huán)境中，各家企業(yè)都面對著越來越大的競爭壓力，再加上當(dāng)前的能源與資源緊張問題越來越突出，能源價格的提高無形中進(jìn)一步提高了各家企業(yè)的運營成本，因此，很多企業(yè)都通過節(jié)能降耗、降本增效的手段來提高運營效益，對于熱電廠來說，蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失和熱量損失問題，不但會致使蒸汽熱能得不到充分利用，不符合企業(yè)節(jié)能要求，還有可能會影響供熱質(zhì)量，因此，必須通過對蒸汽供熱管網(wǎng)運行狀態(tài)的分析研究，合理探尋蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失的影響因素和解決方法。