淺析利用管道模擬軟件對低壓蒸汽（1.37MPa）管網現狀的模擬及優化

趙強，趙剛，呂徑春

（天津渤化永利化工有限公司，天津300271）

淺析利用管道模擬軟件對低壓蒸汽（1.37MPa）管網現狀的模擬及優化

趙強，趙剛，呂徑春

（天津渤化永利化工有限公司，天津300271）

某公司蒸汽管網系統錯綜復雜，分為高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽及低低壓蒸汽管網，同時存在高壓、中壓、低壓蒸汽減溫減壓系統及部分生產裝置副產中壓、低壓蒸汽，為了更好的了解該公司蒸汽管網實際運行情況，查找在運行過程中蒸汽的溫度、壓力、流量的分布，利用管道模擬軟件對該公司低壓蒸汽（1.37MPa）系統進行模擬，通過模擬查找低壓蒸汽管網在實際運行過程中存在瓶頸，并提出針對性改造措施，達到節能降耗目的。

模擬軟件；蒸汽；流速

某公司各壓力等級蒸汽年消耗量約為300萬t，對蒸汽的生產、輸送、使用等過程進行用能合理性分析，對節能非常有意義。

1　1.37MPa低壓蒸汽管網現狀

該公司1.37MPa低壓蒸汽管網全長3.82km，主管直徑DN500，供汽源分別為熱電低壓雙減、4.2MPa減溫減壓站、2.7MPa減壓站、蒸汽噴射器等裝置。用汽裝置主要為丁辛醇、聯堿、空分及公司外用戶。目前熱電低壓雙減出口壓力最高達到1.48MPa，而丁辛醇裝置入口壓力達不到1.37MPa，只通過4.2MPa減溫減壓站來保持壓力，降低了蒸汽品位，損失了能量，增加了能源消耗。

2　1.37MPa低壓蒸汽管網分析及優化

蒸汽管網的模擬分析及評價，所需要的基礎數據主要有兩類：結構參數和操作參數。

2.1結構參數

1.37MPa壓力等級蒸汽管網按圖1建立數學模型。該圖根據實際的管網工藝流程圖及管廊布置圖抽象而來，與實際的低壓蒸汽管網結構相吻合。

2.2操作參數

模型的工況參數選取的是2014年10月13日12時間點的工藝參數（如表1），其中二期丁辛醇、混合醇醛兩裝置的蒸汽用量分別約為50與5t/h。

3　模擬結果

圖1　1.37MPa蒸汽管網模型圖

表1　模型對應的操作參數

根據上述操作數據，進行模擬計算與實測值進行比較。計算結果與實際值比較如表2所示。大部分計算結果與實測值的偏差基本在±1%以內，但存在部分常數據，判斷為儀表異常（因汽源溫度為199.14℃，用戶溫度不可能達到243.2℃，也不可能低至7.8℃。同樣，氣源壓力為1.43MPa，用戶壓力不可能達到1.44及1.46MPa）。因此，調整后的管網模型與實際情況吻合較好，可用于進行管網的分析與評估。

表2　模擬誤差分析表

4　現狀分析

4.1各管線供汽狀態

1.37MPa蒸汽管網中各管線的供汽量可知，在現行供汽狀態下，2.7MPa變1.37MPa蒸汽雙減器要向旭東道方向供汽12t/h左右，環線輸汽量約為49t/ h，經空分道分支點后向空分裝置方向供汽約6t/h，向丁辛醇裝置方向供汽約43t/h左右。

4.2管網壓降梯度分析

1.37MPa壓力等級蒸汽管網的壓力梯度分布如圖2所示。由圖可知，各管線的壓降梯度均在0.5kPa/m以下，但壓降分別不均，其中2.7MPa減壓出口、至丁辛醇1、2套蒸汽管線壓降相對較大，仍有改善空間。

圖2　低壓蒸汽管網壓降梯度分布如圖

4.3最優流速分析及流速分布

眾所周知，壓損可折算為相應的熱和功。在某個流速下的熱損、壓損之和最小，即總的能量消耗最小，即為最佳流速。據此DN500及DN350蒸汽管道，最佳流速約為21、23m/s。

低壓蒸汽管網的流率分布如圖3所示。從管段流率的分布來看，至丁辛醇1、2套裝置蒸汽流速值最大，約為32m/s，其能量損失較大。

4.4管網分析結論

圖3　低壓蒸汽管網流速分布圖

綜上所述，現行管網供汽狀態大部分良好，但從模擬結果來看，丁辛醇等處管線壓降及能量損失較大，需對部分管線進行優化以降低外供蒸汽壓力，提高能源利用率。

5　優化及改造方案

為降低1.37MPa低壓蒸汽供汽壓力及至丁辛醇裝置管線壓力降，通過模擬計算制定優化及改造方案，為了降低編號為23的管段壓降，對部分管線進行了優化，低壓蒸汽管網優化后流程如圖4。

由分析結果可知，在環線供汽的基礎上進行改造，要滿足一期丁辛醇對蒸汽壓力的要求，那么熱電的最低供汽壓力數值應為1.435MPa，此方案在4.2變1.37MPa蒸汽雙減器一定負荷下即可保證丁辛醇用汽壓力，也可降低熱電外供蒸汽壓力，能到達降低能量損失的效果。

6　1.37MPa蒸汽管網改造后效果

圖4　優化后管網

圖5　蒸汽流向示意圖

圖6　各管段流速分布情況

圖7　各管段壓降分布情況

6.1管網改造后運行現狀及分析

管網改造后的蒸汽流向如圖5所示。可見，管網改造后熱電供1.37MPa低壓蒸汽和2.7MPa雙減所供部分蒸汽合并后，經復線供至丁辛醇一、二期裝置。

管網各管段的蒸汽流速分布如圖6所示，可見管網改造后編號為23的瓶頸管段蒸汽流速明顯降低，編號為13、14的管段蒸汽流速略偏高（2.7MPa雙減出口及相連管段），管網整體流速基本維持在合理的運行范圍內。

管網各管段的壓降分布如圖7所示，可見除編號為13、14的管段壓降略偏高外，其余管段的壓降均較低。改造后編號為23的管段壓降明顯降低，管網整體壓降均維持在合理的范圍內。

6.2改造后結論

通過改造后實際運行數據看，熱電供汽壓力最大為1.41MPa，較改造前降低0.07MPa，提高熱電運行效率，同時丁辛醇通過適當調節4.2變1.37MPa蒸汽雙減器保證了用氣壓力，并降低了蒸汽管線壓降及能量損失。

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.04.011

TP391.9

B

1008-1267（2016）04-0033-05

2016-03-02