蒸汽系统节能改造分析

庄可

摘 要： 介绍了泰山石化公司原蒸汽系统的弊端，改造的目的，影响蒸汽准确计量的因素，流量计选型的依据，实现精确计量的方法，保障了公司用气及港区供暖，降低运营成本。

关键词： 蒸汽；精确计量；流量；节能降耗；减温减压装置

蒸汽是一种重要能源，如何更好的利用蒸汽，对于降低企业生产成本至关重要。烟台泰山石化港口发展有限公司是一家以油品仓储为主营业务的公司，一直以来利用烟台港西港区的锅炉所提供的蒸汽为储罐及管道提供保温热源。出于保护环境的考虑，锅炉停用，公司新建管道将附近的万华公司的蒸汽引入泰山石化公司，由于使用條件大不相同，以节能降耗为目的，我公司对原蒸汽系统进行了大范围的改造。

一、蒸汽系统原状

泰山石化现有DN400蒸汽管道一条，DN100冷凝水管道一条，原工艺条件下，锅炉产生的蒸汽通过DN400蒸汽管道输送至公司罐区及换热站，管道中的蒸汽冷凝液就近进行直接排放，DN100冷凝水管道处于闲置状态，造成了不小的水量和热量的浪费（附图1）。另外由于公司的2#换热站仅冬季供暖使用，所消耗蒸汽较少，选用DN100蒸汽管道即可，现选用DN400管道供气，且输送距离长达约1500米，造成了大量热量损耗，导致冬季港区室内暖气效果不佳。另外，由于原流量计老旧，安装不规范，计量不准确且经常出现故障，导致我公司与供气公司关于蒸汽用量经常出现纠纷。

二、新建减温减压装置

我们通过长期经验积累得出储罐及管道保温需求的饱和蒸汽压力为0.35Mpa，此状态下的蒸汽使用效果最为经济，而万华公司提供蒸汽额定压力为1.4Mpa，温度280℃，为过饱和蒸汽，公司罐区蒸汽管道设计压力1.2MPa，万华公司蒸汽超过了罐区管道设计参数，会对蒸汽管道造成损坏，也超过了实际使用的蒸汽压力，因此万华公司提供蒸汽无法直接使用，鉴于我们配置了蒸汽减温减压装置一台，可将1.4Mpa，280℃的过热蒸汽降低为0.35Mpa饱和蒸汽。减温减压装置可检测装置前蒸汽的温度和压力，通过自动调节阀门开度以及添加常温水，实现自动调节装置后的蒸汽温度和压力的功能。

三、精确计量

如何实现精确计量，是节能降耗的关键问题，提高能耗管理水平，必须做到精确计量。蒸汽流量计量难度大，因为蒸汽属于比较特殊的介质，在输送过程中，随着温度、压力的降低，单相性质的过饱和蒸汽会转变成饱和蒸汽，饱和蒸汽也会进而转化为冷凝水，形成气液两相流状态。而世界上还未有能够准确计量气液两相流状态蒸汽的仪表。当前蒸汽流量测量仪表一般为测量体积流量，然后通过计算得出蒸汽质量。

随着仪表技术的提高，仪表的精度、可靠性和稳定性得到很大的提高。在实际中，不仅要正确选型，而且需要进行规范的安装，才能保证计量数据的准确。

影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下几方面：

1.流量计上下游安装的直管段不足，存在流动扰动。

正确安装流量计，对确保测量数据的准确性具有十分重要的意义。在安装时流量计前后安装直管段分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足，则会导致流体未充分发展，存在旋涡和流速分布剖面畸变。

2.量程比不足。

量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比时必须小心，因为量程比是基于实际的流速，蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。而不同的流量计允许的最低流速是不同的。

3.蒸汽的密度补偿不正确，测量温度和压力不准确。

为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化，即蒸汽密度补偿。实际使用的蒸气与理想气体相比性质有较大差别，蒸汽在输送过程中会产生物态变化，导致密度也发生变化，同时不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同，密度补偿要通过积算仪的功能来实现。

4.蒸汽干度的影响。

为解决这个问题，一方面应当在流量计之前的蒸汽主管线上，设置多处疏水器，将冷凝水及时排出蒸汽管线；另一方面应当选用具备干度补偿计算功能的积算仪，通过计算，消除误差，保障蒸汽计算的准确性。

4.管道振动的影响。

蒸汽流量计等对机械振动比较敏感，计量结果易受干扰，应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。

我公司蒸汽使用量不稳定，冬季由于气温较低，蒸汽需求量比较大，夏季需求量则比较小，因此对流量计的量程提出了较大范围要求。鉴于流量计量程的局限性，为保障计量的准确性，在减温减压装置之前并联安装了两台流量计分别用于大流量及小流量时的计量，并设置了足够的直管段保证不出现流量扰动，并对管线增加了可靠的支撑，避免出现管道振动。涡街流量计结构简单，无可动部件，安装简单，维护费用低，适用于小流量的工况下，当蒸汽流量不高于25t/h时，我们选用了DN150涡街流量计计量，测量准确度为±1%。但是在大流量、大管径工况下，涡街流量计准确性较差，因此当流量高于25t/h时，我们选用了DN300阿牛巴流量计，并与测量差压的仪表一起配套使用，测量精度为±1%（如图1）。

由于蒸汽计量是按照吨结算，因此蒸汽密度的变化严重影响了计量数据的准确性，蒸汽密度随着工况温度、压力变化而变化，所以要求配套使用的积算仪一定具有对流量信号进行温度、压力、干度补偿功能，并且应当具备数据通信功能，使得流量数据可以在DCS系统中显示。综上所述，我们选用了RMC621型流量积算仪，一机适用多种介质，多种流量计，并通过设置两路计量的方式，很好的保障了测量的精度，很好的满足的使用需求。

四、补水系统的设置

减温减压装置的原理是利用调节阀自动调节阀门开度，起到调节蒸汽压力的作用；利用水泵及调节阀门自动添加水，起到降低蒸汽温度的作用。设置自来水及冷凝水两套供水系统，并设置单向阀防止两条管路混流，设置过滤器用于过滤管道中的杂质，设置水表用于计量增加的水量。日常情况下启用冷凝水系统，当出现故障时可以使用自来水供水系统（如图2）。

五、冷凝水的循环利用

原蒸汽系统的冷凝水直接就进排放，造成了不小的浪费，为解决此问题，利用原有的DN100冷凝水管道将公司罐组和管道的蒸汽冷凝水经收集罐输送至减温减压装置水罐，为避免冷凝水扩散，管线两端进行了断开处理。减温减压水罐液位降低到1.4米时，水泵自动启动将冷凝水补充至减温减压水罐，当减温减压水罐液位达到1.6米时，补水自动停止，实现了智能化控制。

六、换热站供气管道的改造

为保障冬季供暖需对公司1#换热站提供蒸汽，原有的DN400蒸汽管道管径大，热损耗高，因此为我们另辟蹊径，将冷凝水管线改为蒸汽管线，将DN400，DN100管线断开，避免蒸汽扩散至其他区域。两根管道之间的跨接采用上挑设计，避免冷凝水进入DN100管线。对公司2#换热站供蒸汽的管道改造采取了类似的方法。由于DN100冷凝水管道未与2#换热站连接，管道末端的将冷凝水管道再次与蒸汽管道进行跨接，并将蒸汽管道断开避免蒸汽扩散。改造后的换热站运行平稳，冬季为港区供暖，室内温度最高可达25℃，保障了职工的工作条件。

综上所述改造后的蒸汽系统（附图2），尽可能的降低了蒸汽在管道中的热损失，降低热损失量达50%；避免了冷凝水的浪费，每日冷凝水回收量可达100立方。通过对过热蒸汽的补水，经使用测算，添加的水量占供气量的70%，此项措施每日可节省蒸汽费用可达两万元。新设置的两台流量计，运行稳定，计量精准，减少了与供气单位的纠纷。改造后的蒸汽系统实现了非常好的使用效果，达到了节能降耗的目的，实现了精确计量，降低了公司运营成本，保障了主营业务的顺序有序进行。

参考文献

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