調研分析外供蒸汽在鐵路裝備主機廠運行及優化方案

李致平 劉通賀 李圓 郭麗君

中圖分類號：F53 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2019）2-179-02

摘 要 本文在充分分析中車唐山機車車輛有限公司蒸汽用途和原熱源供應形勢的基礎上，對階段性蒸汽改造運行情況進行了闡述和評價，并結合現狀及問題提出了外供蒸汽優化方案建議，為其他制造行業尤其是鐵路裝備主機

關鍵詞 蒸汽 供應 優化方案

一、外供蒸汽投運背景分析

中車唐山機車車輛有限公司為滿足廠區生產辦公對蒸汽等熱源的需要，建設運行了多臺燃煤鍋爐，持續運行供汽30余年，隨著環保形勢的逐漸嚴峻，蒸汽供應形式調整勢在必行，結合原供應形式調研熱源改造可行性，提出外供蒸汽的實施投運。

（一）原供應形式

2018年5月底前豐潤廠區主要由中車唐山機車車輛有限公司鍋爐房內多臺燃煤蒸汽爐和熱水爐提供生產、采暖蒸汽和采暖熱水。熱源采用鍋爐+管網系統供應形式，以鍋爐房為蒸汽供應中心通過各傳輸管道送至各用戶。

鍋爐燃煤蒸汽主要用于換熱站采暖（采暖季4個月）、涂裝漆房加熱（生產）、除濕機組加熱（調節廠房環境）、噴漆線加熱（生產）和浴池加熱（生活），其中采暖和漆房加熱用量最大。在其運行的30來年里，為公司的發展經營提供了可靠充足的能源保證。

（二）中車唐山機車車輛有限公司熱源改造需求分析

隨隨著京津冀地區環保形勢異常嚴峻，唐山地區環保形勢更甚，各項檢查、限產、停產管控愈發嚴格，當地政府明確提出了限期停用拆除燃煤鍋爐、清潔能源改造和替代的要求，公司環保社會責任艱巨，要實現重點區域的“無煤化”，因此清潔、低排熱源改造勢在必行。

（三）中車唐山機車車輛有限公司熱源改造方案調研分析

在熱源改造方面，中車唐山機車車輛有限公司做了系統全面的供熱（汽）系統的調研分析。一方面做鍋爐改造采用清潔能源：如進行鍋爐改造可供考慮的清潔燃料有生物質、天然氣和地熱能、分布式能源等，但按照年40萬噸蒸汽需求量，生物質用量巨大貨源不可靠，也存在排煙除塵脫硝等環保問題；目前地源熱泵已禁止使用，干熱巖技術處于研發階段，技術不成熟；天然氣燃料同樣存在用量巨大貨源不可靠和脫硝等環保的問題，并且運行安全隱患較大；分布式能源改造工程量大、周期較長，并且無法承擔全部蒸汽用量需求，綜上鍋爐改造、地熱能和分布式能源投建經濟性、可行性及可靠性較低。另一方面，做了市政熱力供應線路和能力調研，當地熱電廠有富余蒸汽供應能力400 t/h（參數指標大于公司蒸汽指標），已與多家企業簽訂了蒸汽供應意向協議并立項敷設中車唐山機車車輛有限公司所在沿途供汽管路，得到了當地政府的大力支持，設計供應過熱蒸汽壓力能夠滿足公司使用需求，綜合考量外供蒸汽引入優勢較大。

（四）外供蒸汽試運行使用

在設備維修、原材料投入、人工成本等方面考慮，外供蒸汽廠內設備設施相對簡單，維修量和配件使用量較小，沒有原材料投入，人工成本與燃煤鍋爐相比大幅縮減，經濟性和安全可靠性較高。

為盡快完成限期“無煤化”任務，中車唐山機車車輛有限公司2018年5-8月開始采用臨時減溫減壓站試運行外供蒸汽系統，包括計量站（一級減壓）、減溫減壓站（二級減壓），經試運及調整，2018年9月開始持續使用外供蒸汽進行廠內供汽。

二、外供蒸汽投運半年余的綜合評價

（一）環保污染零排放

引入外供蒸汽后，除不再采購、存儲大宗燃煤外，同樣不再產生煙塵、二氧化硫、氮氧化物等一系列大氣污染物，公司生產生活用汽真正做到使用清潔能源。同時脫硫、脫硝過程使用的工業堿、生石灰、尿素等原材料不再使用，更加避免了為了控制環保排放可能造成的二次環境污染，可以說外供蒸汽從企業角度講可以做到環保污染零排放，從社會角度講，使用熱電廠汽源，不僅利于能源充分利用，對環保整體管控更加有益。

（二）供應能力可靠性

實際運行研究設定經公司計量控制站減壓裝置減至0.6-0.8MPa，送至減溫減壓設施，再經減溫減壓至0.4MPa的飽和蒸汽以后，送至原蒸汽分配缸，再分送至各用汽點。

非采暖期公司生產用汽流量在10-40噸/小時，用量較小，為保證安全，試運期間整體輸送壓力調小，熱電廠供應蒸汽出口壓力在1.5Mpa左右，260℃，流量大致在10-40噸/小時，到公司后蒸汽壓力在0.9-1.1MPa，180-200℃，沿途壓降約0.6MPa，溫降約70℃，都在正常的設計范圍內，至少一臺機組長期在網運行，從運行角度就不會出現汽源停供問題，外供蒸汽能夠滿足生產用汽需求；進入采暖期生產用汽量明顯增加，加上采暖用汽，平均用汽流量可達100噸/小時，熱電廠在不限產的情況下供應能力能夠滿足需要，但在限產、企業或居民用汽負荷較大時，汽源供應穩定性略差，汽壓變化較大，對公司內部用汽穩定性造成一定影響，公司需保低溫運行。

（三）傳輸設備穩定性

管網管路所有閥門、疏水裝置均采用兩道閥門控制，焊口100%探傷，大部分故障隱患都可通過定期的檢查、檢修等進行排除和處理，突發故障的機率很低。中車唐山機車車輛有限公司外供蒸汽試運行期間出現兩次外部供應中斷，原因是電網調負荷導致熱電廠停爐和設備試運故障，運行過程中公司使用的蒸汽參數會遠傳至熱電廠控制中心，根據我公司使用情況，對供應蒸汽參數進行調節，在供應能力達標的情況下設備傳輸穩定性較好；內部停供兩次主要是因為設備配件故障需維修更換處理，均為計劃內停供，維修及時。

目前廠內運行中，對蒸汽傳輸壓力穩定性造成影響的主要是外部管網入戶計量站內減壓裝置。系統運行初期，減壓設備選型上缺乏經驗，選擇的是手動減壓閥門，由于該減壓閥與臨時蒸汽分配中心之間管線較長，進行壓力設定時不太靈敏，且后期要調整設定壓力時，操作不便，限壓穩定效果還需進一步提高。

（四）運行操作安全性

從安全和消防角度，外供蒸汽引入后停用燃煤鍋爐并逐步拆除，無燃煤、燃油等易燃物，無鍋爐正壓噴火風險，運行消防安全風險極大降低；操作燃爆、灼傷、墜物、高空跌落等安全危險源不存在或降低，同時新系統增加管道壓力為1.0Mpa，和公司原有管道系統（0.6Mpa，）同屬工業管道低壓級別（小于等于1.0Mpa），沒有增加壓力密閉容器和管道運行風險，運行安全系數增加。

新增計量和減溫減壓設備配件種類較少，降低了管理幅度，雖然停送汽和供汽調節依然需要規范高效銜接，但單就運行操作過程來講，復雜系數大大降低。總體分析，外供蒸汽內部轉換供應過程的運行操作安全性顯著提高。

（五）外供蒸汽受制性

實施外供蒸汽供應形式后，由于汽源單一完全依靠熱電廠供應，公司生產、生活用汽完全受制于熱電廠供應能力和管網運行狀態，一旦熱電廠限產、與居民生活供應矛盾或設備故障，公司生產高峰期和采暖期用汽量大沒有補充措施，會對生產生活造成一定的影響。

三、外供蒸汽優化方案建議

（一）新建正式系統集控式蒸汽分配中心

考慮中車唐山機車車輛有限公司能源中心分配優勢、管網中心位置功能、終端設備用汽要求及原系統供應方式的基礎上，重點調整計量站、臨時減溫減壓站、凝結水系統、軟水系統獨立運行模式，就近選址興建正式系統集控式蒸汽分配中心，除入戶計量站技改實現遠程控制外，減溫減壓、凝結水和軟水系統集中規劃到蒸汽分配中心內，設立集控模塊，主要功能是對外供蒸汽的處理及分送、凝結水的總回收和輸送、軟水系統處理使用、計量站遠程控制及中心控制功能，系統集控式蒸汽系統方案示意圖見圖1。

重點要強化中控室建設，增加PLC控制柜、工控機、各種傳感和變送器、遠程接收和發送設備等，實現對蒸汽供應設備主要參數的收集、設定及關鍵設備的啟停、運行狀態顯示等（包括兩處計量控制站）。

（二）小批量多形式自備熱源改造

結合前文分析的供應能力可靠性、傳輸設備穩定性及蒸汽供應受制性等情況，外供蒸汽一旦發生外部蒸汽停供，內外部沒有其他汽源可以調節部分工序停產和采暖凍害問題，尤其在生產高峰期關鍵用汽工序停產造成的影響不可估量，因此建議小批量多形式進行熱源改造，在公司入戶雙路電源的基礎上，主要以電能為主更為可靠。在生產方面，涂裝工序新增電烤設備、生產車間除塵機組改造電加熱加濕模式等，以上小范圍改造可以規避蒸汽停供帶來的停產風險；在生活方面浴池改造太陽能加熱、換熱系統增加備用電輔熱（確保管道循環溫度不低于5℃），但換熱站備用電輔熱因改造費用貴，且利用率低建議不實施，結合唐山地區冬季溫度情況，凍害維修成本低于換熱系統電輔熱改造。

（三）強化突發停供應急管理

面對采暖和生產雙重供熱壓力，蒸汽穩定供應是基本保障，突發應急更是重中之重，采暖期外供汽明顯不穩定，生產和部分采暖供應頻繁調整，壓力波動較大，如外供汽突發停供故障，非常必要結合風險點制定《外供蒸汽停供內部應急方案》，并細化分解《生產與采暖供應現場應急操作方法》，從公司整體協調各方資源，減小突發故障或安全風險對生產和采暖用汽供應的影響。