蒸汽供热管网凝结水损失的影响因素分析

王旭

山东华鲁恒升化工股份有限公司 山东 德州 253000

引言

蒸汽是化工生产中锅炉运行的重要副产物，为了保证锅炉生产的节能降耗，很多化工企业都在积极探索蒸汽的热能利用，蒸汽供热就是其中之一，蒸汽在自身压力的作用下，通过供热管网直达各个供热环节，但是蒸汽在流通过程中，不可避免地会出现压降、散热等变化，从而形成一定的蒸汽供热管网凝结水损失问题，严重情况下，会致使蒸汽压力或是热量等无法满足用户需要，以至于对供热质量造成负面影响，同时也无法实现对能源和资源的充分利用，不符合企业的降本增效原则，所以迫切需要全面调查研究造成蒸汽供热管网凝结水损失的主要原因和解决方法。

1 凝结水回收节能的意义

蒸汽供热管网中蒸汽起主要作用的介质，使用后的蒸汽会冷却为冷凝结水，冷凝结水不单是蒸汽的液体存在状态，它仍然具备以下几个方面的使用价值：①冷凝水仍然含有热能，能占到焓值的大约20%，如果任由这些热能白白流失而不加以回收利用，无疑是一种严重的能源浪费行为，尤其对于等级较高的冷凝结水来说，如果利用气液分离罐进行分离，得到凝结水和乏气，可直接回收凝结水，乏气由高等级降为低等级蒸汽，但是还可以投入使用，以某公司化工生产过程中的蒸汽供热管网为例，乏汽上升至蒸汽闪蒸罐的罐顶向供热管网输送，凝结水则下沉至罐底回收至蒸汽凝结水管网，实现对蒸汽热能的最大限度挖掘；②节约锅炉燃料，通常情况下，锅炉内部的给水水温以每6℃为一个节点单位，每抬高一个单位就带来燃料1%的节省力度，假设现有回收凝结水40t，作为补水回到锅炉，能带来燃料1.25%的节省力度，以小时燃煤量36吨，吨煤1900元价位计算，可实现68万元的燃煤成本节支；③减少环境热污染，如果冷凝水直接由用气设备向大气排放，会带来压力的瞬时骤降，二次闪蒸汽就会大量产生，此时的冷凝水依然具有很高的温度[1]，再加上闪蒸汽的夹带，会给现场工作人员造成极大的烫伤危险，而北方极低的冬季气温环境下会导致雾幕产生，拉低局部能见度，影响交通出行，如果是高温炎热的夏季，则直接推高环境气温。

2 蒸汽管网凝结水回收系统分析

2.1 凝结水回收系统分类

凝结水回收系统通常闭式和开式两种形式分类。

2.1.1 开式回收系统。开式回收系统是以集水箱的存在形式命名的，顾名思义，集水箱中的凝结水向大气敞开，技术优势在于简单的设备结构非常便于操作，不需要大量的起步资金投入，缺陷是不能带来可观的经济效益，同时其敞开式的凝结水易形成高溶氧浓度而腐蚀设备，因此只在供热小型蒸汽系统应用。

2.1.2 闭式回收系统。闭式回收系统相对开式回收系统而言，它是一个封闭系统，全部管路和集水箱都具备恒定正压，由回收机械直接回收它的凝结水携带能量输送至锅炉，即使有能量损失，也只是管网降温才会有，封闭系统保证水质无污染，无须再进行水处理，可带来较高经济效益，设备也可延长使用寿命，缺陷是需要很多起步资金投入，操作过程比较复杂[2]。

2.2 回收方式和设备的确定

对凝结水进行项目改造，由于情况各异，从达到预期投资效益的目的出发，需要对项目改造所选择的回收设备以及技术方式进行科学合理的确定，第一，为凝结水选择正确的回收系统，要做到对回收系统凝结水排水量与凝结量的准确计算，运算数据错误，就会导致系统水管选择管径出现不准问题；第二，要掌握凝结水准确的温度和压力数据，这是回收系统选择的最重要因素，它直接决定回收系统应选择的回收方式，设备和管网最终布置方案的制定；第三，关注如何选择疏水阀，疏水阀有多种类型，准确的疏水阀选型可在投入使用后给凝结水的再利用带去温度和压力方面的积极影响，回收系统是否漏气也取决于疏水阀的选择。

凝结水回收当前已经在技术方面日臻完善，新型回收设备的研制也取得了性能方面的高质量突破，有望全力提高凝结水的回收再利用，凝结水的传统回收系统设备主要包括集水箱，疏水阀以及普通水泵，整个系统管路水击，汽蚀或漏气等问题频现，无法做到凝结水的高效再利用，新技术研发和高性能回收设备的不断涌现，这些问题终会找到合理的解决办法，举例来说，为达到对凝结水的高效利用，为凝结水系统加设扩容箱，促使凝结水发生闪蒸，从而催发二次蒸汽的产生，对这些蒸汽进行回收利用，既最大限度地利用了热能，又规避了管路水击问题，再如，为当凝结水达到高温饱和时，普通水泵就会出现汽蚀，可积极引入先进技术，为系统加装密闭回收设备，用于回收处于高温饱和状态的凝结水，这种对喷射增压的原理合理运用，让汽蚀问题得到圆满解决，让闭式凝结水回收系统做到最大限度地回收凝结水，能源得到充分利用，还实现了燃料与软化水的成本节约，让凝结水回收系统具有更高的经济实用性[3]。

完善的凝结水回收设备可促进提高回收效率，在选择回收设备时，一定要结合系统的实际情况，对包括蒸汽温度和压力，疏水阀规格型号以及闪蒸汽回收方式在内的用汽条件进行综合考量，需要注意的是选择何种回收系统，回收效率不是唯一的依据标准，越高越好的原则并不通用，既要考虑回收目的，还须对系统能创造的经济效益进行考量，不但要回收利用剩余热能，还要尽量控制起步资金的投入不能过多，把技术应用与系统经济实用性进行综合比对，力求得到合理的投入产出比数值以此为据制定适配方案[4]。

2.3 凝结水回收项目的热经济性

凝结水的闭式回收系统，项目包括更换或者增设疏水阀，新置回收设备和管网材料与保温材料，外加为工程施工提供的技术服务和工程费用，这些投资的总和就是项目投资总额，对投资总额的确定须依据工程具体情况与可行性方案的合理预算造价得出，主要包括以下3点。

2.3.1 回收系统选择闭式封闭营运模式，提高背压，尽量规避出现漏气，从而产生经济效益。

2.3.2 回收凝结水实现了节省软化水也产生经济效益。

2.3.3 提高了回收凝结水的温度，锅炉进水温度也随之提高，能源能量减少了浪费也产生经济效益。

当然，还有一定的社会效益，凝结水回收可要考量凝结水回收系统投资和效益问题，主要因素包括系统出现的跑水，漏水，冒水，滴水以及排放废水带来的环境污染，以找到投资与效益的优化点，以及构成凝结水回收系统运行的热经济问题的关键因素，在评估项目的可行性与合理性时，通行的衡量标准就是前期投资需要多少年会有多少收入回报[5]。

3 蒸汽管网凝结水损失的影响因素及改进对策

3.1 蒸汽管网凝结水损失的影响因素

蒸汽供热管网因损失凝结水带来的热能损失已经达到很严重的程度，须认真总结这种问题的出现成因，把运行管网所需的成本费用控制在最低，确保管网任何负荷条件下都能高质量运行。通常有以下几个因素导致管网凝结水损失。

3.1.1 经过热能利用（即对凝液的余热进行二次利用）的凝液回收系统，一般不设置常压闪蒸装置，回收凝液直接用于加热供水，这样在密闭系统中凝液在释放热量的同时温度降低，导致不凝气溶解度升高，会将这些溶解气体直接带入离子交换系统，进而影响混床周期制水量。

3.1.2 供热管网敷设的蒸汽管线绝大多数是架空形式的，外部环境的影响非常严重，架空管道对太阳辐射，气温波动等环境因素非常敏感，带来的热损失率也多两成。供热管网运行中蒸汽管线的凝结水系统受到多重因素影响，外接温度变化、管线老化及渗漏等情况都会影响凝结效果，进而会导致热能回收效率下降，影响供热系统运行中节能降耗的整体效果[6]。

3.2 供热管网凝结水控制优化建议

3.2.1 供热管网优化策略。

3.2.1.1 化工生产中在不凝气较多的凝液系统，如已影响到离子交换系统的正常运行，应尽快查找不凝气泄漏源，消除泄漏。凝液管线可通过打开高点放空阀进行检查，如含气量较多，则应考虑是否存在泄漏，还可进一步通过气体取样并进行色谱分析，获取更精确的结果。进行气体取样时，不可用常规方法直接取样，应将高点排气引入小型气水分离装置，再通入小型换热装置降低温度，最后通入气体收集袋，将不凝气收集，进行分析。

3.2.1.2 蒸汽分配站及疏水站设计安装应以方便检修和操作为原则，对于腐蚀性气体泄漏区域，应定期对阀门进行润滑处理，防止阀门长期不操作导致锈死，蒸汽分配站及疏水站备用口应尽量设置在主管处，防止备用口在极端气温天气出现冻裂的情况。

3.2.1.3 伴热管线安装应尽量避免或减少采用U型弯，必要时可沿主管线增加环型应力补偿或沿阀门法兰增加U形补偿，防止U型弯在寒冷天气因保温不全导致伴热管冻堵，同时伴热管应位于主管线下方或侧下方，采用绑扎固定，而不宜采用与主管焊接的固定方式。

3.2.2 蒸汽管网凝结水利用途径。蒸汽管网凝结水也能达到80~100℃的水温，热能含量不可小觑，研究结果表明，一般工业凝结水能达到接近80%的回收率，凝结水的回收利用大有可为，提高凝结水回收率，能让居高不下的蒸汽供热管网热损失率降低到合理区间，达到梯级利用热能资源，可从以下2个方面入手。

3.2.2.1 利用蒸汽凝结水为二次网循环系统进行补水，热能的回收利用率比较高，把二次网制造软化水的成本控制下来。

3.2.2.2 蒸汽管网产生的凝结水具有较之水网更高的水质，剩余大量热能，把它们向一次水网输送，水网能实现全部利用凝结水热能，一次水网也可借此把热单耗降下来，还可压缩运行成本。

4 结束语

在市场经济的大环境中，各家企业都面对着越来越大的竞争压力，再加上当前的能源与资源紧张问题越来越突出，能源价格的提高无形中进一步提高了各家企业的运营成本，因此，很多企业都通过节能降耗、降本增效的手段来提高运营效益，对于热电厂来说，蒸汽供热管网凝结水损失和热量损失问题，不但会致使蒸汽热能得不到充分利用，不符合企业节能要求，还有可能会影响供热质量，因此，必须通过对蒸汽供热管网运行状态的分析研究，合理探寻蒸汽供热管网凝结水损失的影响因素和解决方法。