试论蒸气系统的优化

曹博翔

（天津市化工设计院，天津300193）

试论蒸气系统的优化

曹博翔

（天津市化工设计院，天津300193）

绝大多数化工企业均有自己的蒸气系统，通过对蒸气系统进行优化可以达到降低运行成本、减少污染排放的作用，从而增强企业的产品竞争力，提高社会效益。本文通过对蒸气系统进行分析，理顺蒸气系统优化的思路，并着重从蒸气输送系统优化入手，对蒸气系统优化进行了阐述。

蒸气系统优化；疏水阀管理；节约成本；减少污染

绝大多数化工企业都需要蒸气系统，因此，优化工厂蒸气系统便成为一种降低操作成本提高盈利的通用方法。优化蒸气系统，可以降低工厂蒸气和凝水的损失，从而降低工厂运行所需蒸气的产生量，减少工厂运行所需化学燃料的消耗量，此种方法在降低工厂成本的同时，也降低了二氧化碳排放，是一种兼顾经济效益、社会效益的方法。

要实现对蒸气系统的优化，就先要进行相关的检测，了解系统的整体状态，找出系统存在问题，并有针对性的制定解决方案进行解决。具体分析全厂蒸气系统，一般可以分为三个主要组成部分，它们分别是：蒸气发生装置、蒸气输送管网和蒸气使用设备，要优化蒸气系统，就要从这三个部分入手，进行分别优化，从而达到整体优化的目的，具体地说就是：在同等条件下，提高蒸气发生装置的产气量、降低蒸气系统蒸气损失、减少蒸气用点用气量，这样就整体上降低了系统的蒸气耗量，达到了对蒸气系统的优化。下面就尝试对不同部分的优化进行分别分析。

1　装置产气优化

很多化工装置在运转过程中都会放出大量的热，通常工厂生产中发出的大量热能会通过余热锅炉转化为蒸气，从而使装置在消耗蒸气的同时，也产生大量的蒸气。对于一个经过精心规划，设计合理的企业，其自身工艺装置完全可以做到蒸气自给自足，而工业锅炉仅开停工时使用。具体的方法，通常有以下几种：降低余热锅炉排放烟气的温度、合理设计装置内部热能交换装置，多利用物料间互相加热以提高能量利用效率，减少锅炉负荷等，也即是说，通常设备产气装置的优化，是需要在整体设计和设备选型时，就做通盘考虑的，要对蒸气产生装置进行优化，就要对余热锅炉的吹灰装置进行优化选型、对省煤器的管表面积进行改造、调整蒸馏塔、反应器等关键设备的热量分布以减少热量释放等等方式，这些虽然能从本质上对系统进行提升，但不难想象，对于已经投产运行的企业而言，不是能够轻易实现的。对于部分采取全部蒸气外购的企业而言，此种方式也是无法考虑的，因此通过优化产气系统来优化蒸气系统，需要各单位根据实际情况进行具体考虑。

2　蒸气消耗设备优化

通常，在全厂的蒸气平衡中，工艺设备的耗气量占全厂总用气量的比重能够达到50%以上。就其特点而言，装置工艺设备的用气量并非固定，其随原料性质及产品加工方案有较大的变化，这使工艺优化节气有较大的空间，节能潜力十分巨大。但由于不同的工厂，生产的产品不同，采用的工艺不同，设备情况也不同，所以很难有共通的经验，需要进行个案分析，结合日常生产中的实际制定优化方案。

3　蒸气输送管网优化

蒸气输送系统优化，就要着眼于蒸气系统中所有可能造成蒸气泄漏和损失的点，比如，管道上的法兰、阀门密封或者疏水阀和放净阀组成的凝水排放点，而究其重点，则应放在凝水排放点管理。

凝水排放点的功能是要将蒸气系统中所有需要放净的地方存在的蒸气凝水排净，而同时将蒸气留在系统内。凝水排放点管理的目的，就是保证凝水排放点的功能顺利实现，所以系统中不能存在因为疏水阀堵塞或者放净堵塞造成的凝水集聚。在一个标准的蒸气系统中，大约80%～90%的凝水排放点是管道上的蒸气疏水阀，这意味着实现了对蒸气分配总管、伴热管和相关管道上疏水阀的有效管理，就可以从极大程度上实现对蒸气输送系统的优化。相比于对装置产气装置的优化和蒸气消耗装置的优化，对凝水排放点的管理就容易得多，也更具有普遍性和可操作性。因此，下面着重介绍一下凝水排放点的管理。

3.1建立疏水阀管理制度

工厂年检对于了解工厂的健康情况至关重要。这种检查应该包括对所有蒸气疏水阀进行调查以便摸清装置疏水阀整体状况，从而有针对性的做出维护方案并进行相关评估。有些工厂认为，按照疏水阀厂家提供的信息，一台疏水阀根据自身种类的不同，通常具有几年甚至十年的使用寿命，在这种情况下，是否还需要对其进行年检呢？答案当然是肯定的，原因是多方面的，首先，制造商提供的使用寿命通常是基于其自身的测试方法得出的结论，而在实际操作中，疏水阀由于其自身所处实际环境的影响，通常无法达到厂家宣传的寿命。其次，厂家宣传的使用寿命是通常是基于对大量疏水阀统计的结果，举个例子来说，如果现场安装了一批预期寿命为4a的疏水阀，那么每年会有25%的阀门可能损坏，如果这25%的故障疏水阀在第一年无法得到及时的维修更换，显然其在第二年会损坏更加严重，而同时，另外25%的疏水阀在第二年也开始损坏，年复一年，当安装的第四个年头到来，大部分甚至所有疏水阀都已发生不同程度故障，不得不进行维修更换时，其实已经对工厂造成了巨大的损失、增加装置运行风险并增加运行成本。比如，所有供热设备都是根据其具体工艺要求进行设计的，具有不同的蒸气凝结量。蒸气凝水的不当积聚，会影响设备的蒸气换热表面积，从而影响效果。装置中蒸气的作用是将热量和能量输送到系统使用点，凝水聚集会降低能量传输效率，而凝水积聚造成水锤，更是会直接对设备造成损害。因此通过严格年检将疏水阀及时恢复到零故障状态是十分关键和必要的。

所有使用蒸气的工厂都应制定具有前瞻性和负责任的疏水阀管理程序，化工装置中的所有凝水排放点都应被严格监控，所有凝水排放点应该至少每年检查一次，对于检查发现的故障凝水排放点，无论是由于蒸气泄漏还是堵塞，都应及时修理，以保证无蒸气泄漏的正常排水。

不论是要建立严格的疏水阀管理制度，还是要严格履行此一制度，都需要了解疏水阀的故障原因和检验手段，以下对这两点分别进行阐述。

3.2疏水阀故障原因

疏水阀故障的情况通常有两种，排水故障和泄露故障。排水故障即疏水阀无法将蒸气凝水从系统中排出，泄漏故障是指由于疏水阀损坏，在排出蒸气凝水的同时泄漏蒸气。

那么这两种故障那种更重要呢？通常人们更加重视泄漏故障，因为这种泄露蒸气的故障在气温较低时，会造成白雾弥漫的现象，给人直观感受更加明显，但实际上，发生泄漏故障的疏水阀仍具有疏水阀最基本的功能——及时将蒸气凝水从系统中排出，而疏水阀一旦发生排水故障，虽然给人的直观感受并不明显，但其已经丧失了作为排水装置最基本的排水功能，正如苏轼所说：“天下之患，最不可为者，名为治平无事，而其实有不测之忧。”这种观点同样适用于疏水阀维护，关键而隐蔽的故障其实才是最应该被重视的。

那么，通常造成疏水阀排水故障的原因是什么呢？

一般来说，造成疏水阀故障的原因有三个：磨损、堵塞和选型不当。磨损和选型不当很好理解，磨损会随着疏水阀的正常使用自然发生。选型不当通常是由于选用了一台适用条件与操作条件不符的疏水阀，或者一台排水能力过小的疏水阀，在这种情况下，即使安装的疏水阀是完好的，仍无法正常排水，蒸气疏水阀应针对所处的具体操作条件进行特别选型，通过精心设计，此种问题是可以避免的。造成堵塞故障的原因是：蒸气凝水携带的过多渣滓，随着凝水冲刷被留下来，堵塞管道孔板或粗滤器的滤网，造成水流不畅。磨损和阻塞都会造成疏水阀无法按照设计指标正常运行。

造成排水故障的最常见原因是堵塞和选型不当，泄漏故障的原因可能是由于磨损、堵塞或选型不当造成的。

3.3疏水阀故障检测

对故障的及时解决能很有效降低对系统造成损坏的风险和系运行费用，而这一切基于准确及时的发现故障。确定蒸气疏水阀故障的方法有很多，但是目前国际上公认的有效方法，是综合运用温度测量和超声波检测。

在疏水阀入口进行高质量的温度测量可以揭示疏水阀是否正在积蓄凝水，而积聚凝水通常表明存在某种形式的排水故障，所以通常采用温度测量来确定排水故障。

相比之下，当蒸气泄露现象尚不明显时，确定泄漏故障则更为困难。人们在长期的实践中发现，在封闭系统中运动的液体会发出超声波噪音，利用超声波检测仪器能检测出凝水流动和蒸气泄露发出的不同噪声，基于两者间的超声波特征的区别，就可以确定疏水阀的操作状态。目前超声波检测以已为确定泄漏故障的最有效手段。发展出的超声波检测仪器，有些可以输出音频信号，以供检查者进行主观判断，此种方法的准确性取决于检查者的经验。世界上现已有厂家制造出可以对实际超声读数和已知值的经验数据进行比照的检测仪器，此种超声波检测仪能够直接显示疏水状态。

在建立严格疏水阀管理制度的基础上，采用以上手段对全厂蒸气疏水阀进行定期检测，及时发现并排除故障，就能够在极大程度上保证蒸气输送系统的正常运行，从而达到使蒸气输送系统达到最优化状态的目的。

最后，有一个观点，需要借此机会提一下。由于所有的凝水排放点都不可避免地会造成蒸气的损失，有些人认为通过减少系统中多余的凝水排放点，就可以减少蒸气损失，他们的理论依据是在设计者设计蒸气系统的凝水排放点时，往往存在冗余度。当然，这种做法在理论上是可行的，但是，在实践中，这样做却是需要慎重的，理由是虽然蒸气系统设计存在冗余量，但这个冗余量可能只有设计人自己知道，而现在可能已经淹没在大量的设计文件中，无法查找到。而即使找到，设计计算的状态和工厂实际的运行状态也是存在差异的，而要获得准确的冗余度，可能需要对整个蒸气系统进行检测并分析每一处疏水排放点，而这一工程的工作量是十分巨大的，只有在此基础上，才能较为可靠地减少凝水排放点的数量。

4　结论

以上通过对蒸气系统各部分的分析，对蒸气系统整体优化的基本思路进行了梳理，希望能够对有此需要的化工企业起到一定的参考作用。蒸气系统优化可以显著降低企业成本、减少能量和原料消耗，从而在提高企业的盈利能力同时，降低对环境污染，无论是从提高企业本身的经济效益的角度考虑，还是从国家环境保护的大局看，都是十分有利和必要的，值得引起相关企业高度重视。

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.04.014

TQ083+.3

C

1008-1267（2016）04-0042-03

2016-03-10