蒸汽管网系统节能措施分析

2014-04-06范亚伟

山西建筑 2014年16期

范亚伟

(中国联合工程公司，浙江杭州 310022)

0 引言

蒸汽作为热量输送的介质有着如下优点:1)生产、使用成本低:蒸汽来源于水，价格低廉，且可循环使用;2)载热能力强，可降低管网投资:蒸汽单位容积热容量大，使得传输管道尺寸小;3)换热高效、容易控制:蒸汽作为热源时，换热过程效率高，可减少换热面积，减少换热器成本，且蒸汽压力、流量调节方便，加热工艺的温度控制简单［1］。由于存在以上优点，蒸汽管网系统在工厂中有着广泛的应用。蒸汽应用包含蒸汽产生、输送、使用及冷凝水回收各个环节，蒸汽管网系统一般包含:1)汽源部分，如蒸汽锅炉、蒸汽发生器;2)输送管道系统，含输送蒸汽的管道、阀门、仪表等附件;3)用汽设备，如换热器及各类工艺用汽设备等;4)冷凝水回收系统，含冷凝水管道、疏水阀组、闪蒸汽罐、自动疏水加压器等。根据笔者的经验，在工厂中，蒸汽系统的能源效率普遍较低，蒸汽系统的节能降耗潜力巨大。实际工程中，通过对蒸汽管网系统进行适当改造，节能效率可达到30%以上。下文笔者从设计及使用的角度出发，分析蒸汽管网系统节能降耗的措施。

1 汽源节能

随着技术的发展及政策、标准对节能要求的愈发严格，锅炉、蒸汽发生器本身的热效率越来越高，本身效率提升的空间已很小。因此，热源的节能主要体现在设备的合理配置及运行管理上。锅炉选型应根据用汽的负荷选择容量匹配的型号，使得大部分运行期间内锅炉处于高效运行载荷部分，如避免出现锅炉选型过大，长时间锅炉低负荷运行;在满足负荷调节的情况下，避免锅炉房型号和台数过多;在负荷较小，且用汽启停较频繁情况下，采用无锅筒的蒸汽发生器有着明显的节能效果。

2 蒸汽管道管径的确定

蒸汽在管道流动中由于摩擦阻力而产生压力损失，压力损失和管径的选择密切相关。在蒸汽负荷确定的情况下，如果管径设计过大，将导致管道投资增加，同时热损失也增加，形成的冷凝水也增加;如果管径设计过小，管道压力损失增大，用汽点压力会下降，为保证用汽压力，将不得不提高热源的供气压力，从而增加热源处的能源消耗，且管径过小还存在供汽不足、流速过高而产生的水锤和冲蚀［2］。因此，应根据实际需要的流量、压力和经济流速确定合理的管径，管径的选择可参照《动力管道设计手册》。

3 热补偿措施

由于热胀冷缩的原因，蒸汽管网系统需设置热补偿措施来吸收热伸缩和降低管道的推力。市场上蒸汽补偿器种类繁多，如选择不合适，容易造成管道漏气，因此，补偿器的选择应根据管道的布置情况、计算热伸缩量来确定。补偿器应选择使用寿命长，不易泄露的类型，如在方便布置的前提下，尽量采用U形弯管补偿器;膨胀节不得作为蒸汽管道补偿器使用等。

4 管道保温措施

管道内蒸汽温度高于环境温度导致热量的散失，从而引起冷凝水的形成，因此，蒸汽管道必须采取必要的保温措施。工程设计中常用的保温材料有岩棉、玻璃棉及超细玻璃棉等。保温材料厚度的选择应通过热力计算或通过查取工程表格来确定，除有特殊要求外，保温层厚度应为经济保温层厚度，即投资年折旧费和年散热损失费两者之和为最小的条件下保温层厚度。保温层的施工效果直接影响到保温效果，保温层的施工应按照设计说明和标准图集《管道与设备绝热——保温》的相关要求进行。室外架空蒸汽管道的保温尤其要注意防水，否则，雨水一旦渗透到保温层内，保温效果将严重降低。

5 疏水阀选择及设置

在蒸汽输送过程中，由于管道的散热和阻力损失，蒸汽温度的压力都会降低，当蒸汽温度低于该压力所对应的饱和温度时，就会有凝结水析出，凝结水的存在会对蒸汽管道造成如下影响:1)水击，凝结水积在管道底部，随蒸汽一起流动，当凝结水量较多时会呈团状高速流动，通过阀门、弯头等附件时产生撞击，产生破坏效应;2)磨损，细小的凝结水滴随蒸汽一起流动，通过阀门等管件时，会在其表面产生线性蚀痕，造成阀门关闭不严而漏气;3)腐蚀，当管道内排空能力不好，少量的二氧化碳和氧气会融入凝结水中，造成管道腐蚀［1］。因此，为及时排除蒸汽管道内的冷凝水和不凝气体，应设置疏水器。

蒸汽疏水阀的种类繁多，按工作原理可分为三大类:热静力式疏水阀、热动力式疏水阀和机械式疏水阀，每个大类下面又包含多种产品。不同的疏水阀用于的场合和安装方式都不同，如:液体膨胀式疏水阀属热静力式，可在低温下调节排放温度，适用于低温排放，若用于低压过热蒸汽管的主管疏水，则需设置较长的过冷段，且不适用于需及时排除冷凝水的场合;热动力疏水阀可用于高压和过热蒸汽，抗水锤和振动，但不能在低压差下工作，工作时有噪声，不能用于要求安静的场所，且选型也不能过大，否则动作过频，容易磨损;浮球式疏水阀属于机械式，可在饱和蒸汽温度下持续排放冷凝水，特别适用于传热率高、要求快速加热的场合，但暴露在外部环境中，会被严重冰冻损坏等。因此，在蒸汽管网设计时，要根据疏水的要求，在合适的位置设置合适的疏水阀。疏水阀种类确定后，选型要根据冷凝水量计算进行，不能简单根据管径来选择。另外，根据工程经验，疏水阀应选择质量好、耐用的品牌，否则，在运行一段时间后，很容易出现漏气现象，从而造成能源的损失。

6 闪蒸汽及冷凝水回收

蒸汽经热用户换热后形成的冷凝水，尤其是高温高压的冷凝水仍具有一定的热量。当热的冷凝水压力降低，且温度高于低压对应的饱和温度时，就会释放出闪蒸汽。闪蒸汽可用于低压加热，从而节省热源处的蒸汽供应。工程设计中，要想充分利用闪蒸汽，应满足以下条件:1)有持续的冷凝水供应，且冷凝水的压力较高，以保证有足够的闪蒸汽;2)疏水阀和设备必须能够满足闪蒸汽的背压;3)确保闪蒸汽的应用和闪蒸汽的产生相匹配;4)使用闪蒸汽的设备尽可能地接近高压冷凝水源，因为闪蒸汽的压力较低需要较大的管道以降低流速、减少压降，否则如果用汽点较远的话，管道的成本会较高。

冷凝水不仅含有一定的热量，而且是软化水，很适合用作锅炉补水，因此蒸汽系统的冷凝水应予以回收，冷凝水回收有着如下优点:1)减少了水费、水排放费用和可能存在的冷凝水的冷却费用;2)可降低锅炉燃料的消耗、减少锅炉排污，降低热量损失;3)减少水处理费用和增加锅炉的出力。冷凝水的回收必须结合疏水阀进行，且冷凝水管一般采用满管流，冷凝水回收汇合后经管道输送回热源处。当热用户高于热源，冷凝水可利用高差自动回流，当不能满足自动回流时，推荐采用疏水自动加压器进行输送，此时输送冷凝式水的动力为蒸汽，无需配置水泵;当冷凝水量特别大时，可考虑采用成套冷凝水回收设备，此时采用水泵作为输送动力。

闪蒸汽及冷凝水回收特别适用于蒸汽阶梯利用的场合。如笔者设计的浙江某电池厂项目中，车间工艺设备加热用蒸汽压力为1.2 MPa，并要求在饱和温度下持续排放冷凝水。通过设置闪蒸罐，闪蒸汽用于恒温恒湿空调系统的换热，并采用疏水加压器将冷凝水回收至锅炉房进行循环利用，取得了良好的节能效果和经济效益。