蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能措施分析

范亞偉

(中國聯(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有著如下優(yōu)點:1)生產(chǎn)、使用成本低:蒸汽來源于水，價格低廉，且可循環(huán)使用;2)載熱能力強，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，換熱過程效率高，可減少換熱面積，減少換熱器成本，且蒸汽壓力、流量調節(jié)方便，加熱工藝的溫度控制簡單［1］。由于存在以上優(yōu)點，蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)在工廠中有著廣泛的應用。蒸汽應用包含蒸汽產(chǎn)生、輸送、使用及冷凝水回收各個環(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)用汽設備，如換熱器及各類工藝用汽設備等;4)冷凝水回收系統(tǒng)，含冷凝水管道、疏水閥組、閃蒸汽罐、自動疏水加壓器等。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，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。實際工程中，通過對蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)進行適當改造，節(jié)能效率可達到30%以上。下文筆者從設計及使用的角度出發(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

隨著技術的發(fā)展及政策、標準對節(jié)能要求的愈發(fā)嚴格，鍋爐、蒸汽發(fā)生器本身的熱效率越來越高，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)在設備的合理配置及運行管理上。鍋爐選型應根據(jù)用汽的負荷選擇容量匹配的型號，使得大部分運行期間內(nèi)鍋爐處于高效運行載荷部分，如避免出現(xiàn)鍋爐選型過大，長時間鍋爐低負荷運行;在滿足負荷調節(jié)的情況下，避免鍋爐房型號和臺數(shù)過多;在負荷較小，且用汽啟停較頻繁情況下，采用無鍋筒的蒸汽發(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。在蒸汽負荷確定的情況下，如果管徑設計過大，將導致管道投資增加，同時熱損失也增加，形成的冷凝水也增加;如果管徑設計過小，管道壓力損失增大，用汽點壓力會下降，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，且管徑過小還存在供汽不足、流速過高而產(chǎn)生的水錘和沖蝕［2］。因此，應根據(jù)實際需要的流量、壓力和經(jīng)濟流速確定合理的管徑，管徑的選擇可參照《動力管道設計手冊》。

3 熱補償措施

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

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。工程設計中常用的保溫材料有巖棉、玻璃棉及超細玻璃棉等。保溫材料厚度的選擇應通過熱力計算或通過查取工程表格來確定，除有特殊要求外，保溫層厚度應為經(jīng)濟保溫層厚度，即投資年折舊費和年散熱損失費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，保溫層的施工應按照設計說明和標準圖集《管道與設備絕熱——保溫》的相關要求進行。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)，保溫效果將嚴重降低。

5 疏水閥選擇及設置

在蒸汽輸送過程中，由于管道的散熱和阻力損失，蒸汽溫度的壓力都會降低，當蒸汽溫度低于該壓力所對應的飽和溫度時，就會有凝結水析出，凝結水的存在會對蒸汽管道造成如下影響:1)水擊，凝結水積在管道底部，隨蒸汽一起流動，當凝結水量較多時會呈團狀高速流動，通過閥門、彎頭等附件時產(chǎn)生撞擊，產(chǎn)生破壞效應;2)磨損，細小的凝結水滴隨蒸汽一起流動，通過閥門等管件時，會在其表面產(chǎn)生線性蝕痕，造成閥門關閉不嚴而漏氣;3)腐蝕，當管道內(nèi)排空能力不好，少量的二氧化碳和氧氣會融入凝結水中，造成管道腐蝕［1］。因此，為及時排除蒸汽管道內(nèi)的冷凝水和不凝氣體，應設置疏水器。

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、熱動力式疏水閥和機械式疏水閥，每個大類下面又包含多種產(chǎn)品。不同的疏水閥用于的場合和安裝方式都不同，如:液體膨脹式疏水閥屬熱靜力式，可在低溫下調節(jié)排放溫度，適用于低溫排放，若用于低壓過熱蒸汽管的主管疏水，則需設置較長的過冷段，且不適用于需及時排除冷凝水的場合;熱動力疏水閥可用于高壓和過熱蒸汽，抗水錘和振動，但不能在低壓差下工作，工作時有噪聲，不能用于要求安靜的場所，且選型也不能過大，否則動作過頻，容易磨損;浮球式疏水閥屬于機械式，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、要求快速加熱的場合，但暴露在外部環(huán)境中，會被嚴重冰凍損壞等。因此，在蒸汽管網(wǎng)設計時，要根據(jù)疏水的要求，在合適的位置設置合適的疏水閥。疏水閥種類確定后，選型要根據(jù)冷凝水量計算進行，不能簡單根據(jù)管徑來選擇。另外，根據(jù)工程經(jīng)驗，疏水閥應選擇質量好、耐用的品牌，否則，在運行一段時間后，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。當熱的冷凝水壓力降低，且溫度高于低壓對應的飽和溫度時，就會釋放出閃蒸汽。閃蒸汽可用于低壓加熱，從而節(jié)省熱源處的蒸汽供應。工程設計中，要想充分利用閃蒸汽，應滿足以下條件:1)有持續(xù)的冷凝水供應，且冷凝水的壓力較高，以保證有足夠的閃蒸汽;2)疏水閥和設備必須能夠滿足閃蒸汽的背壓;3)確保閃蒸汽的應用和閃蒸汽的產(chǎn)生相匹配;4)使用閃蒸汽的設備盡可能地接近高壓冷凝水源，因為閃蒸汽的壓力較低需要較大的管道以降低流速、減少壓降，否則如果用汽點較遠的話，管道的成本會較高。

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

閃蒸汽及冷凝水回收特別適用于蒸汽階梯利用的場合。如筆者設計的浙江某電池廠項目中，車間工藝設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。通過設置閃蒸罐，閃蒸汽用于恒溫恒濕空調系統(tǒng)的換熱，并采用疏水加壓器將冷凝水回收至鍋爐房進行循環(huán)利用，取得了良好的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

7 結語

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環(huán)節(jié)綜合考慮，并在設計和應用中給予足夠的重視。

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

［2］劉曉剛.分析蒸汽管道設計中應注意的要點［J］.科技風，2012(5):164.