轮胎企业蒸汽系统的使用和管理

王其营

(山东慧通轮胎有限公司，山东 莱芜 271114)

轮胎企业蒸汽系统的使用和管理

王其营

(山东慧通轮胎有限公司，山东 莱芜 271114)

结合轮胎生产的实际，介绍了蒸汽与凝结水系统的组成，蒸汽的种类和参数，锅炉除氧加热和水处理系统的结构，蒸汽的计量、管道安装及配置，蒸汽的使用和管理，凝结水回收和利用等，轮胎生产企业可以结合实际进行对照，找出可以改进的部位，进而提高本企业蒸汽系统的效率，降低蒸汽系统的运行成本。

轮胎企业；蒸汽系统；使用；管理

蒸汽是轮胎生产企业主要的生产介质和载热体，使用范围广且用量较大。本文结合轮胎生产实际，介绍了蒸汽与凝结水系统的组成，蒸汽的种类、特点和参数，锅炉除氧加热和水处理系统的结构，蒸汽的计量，蒸汽管道的安装及配置，蒸汽的使用和管理，凝结水回收和利用等，供同行参考。

1 蒸汽与凝结水系统的组成

轮胎生产企业所用蒸汽一般来自热电厂或自备蒸汽锅炉，而且通常是过热蒸汽。其中一部分过热蒸汽输送至动力站除氧加热系统用于外胎硫化内压水的加热，另一部分进入蒸汽蓄热器储存热能并以饱和蒸汽的形式输送至分汽缸，由分汽缸按照各用汽单位所需要的压力分别调压输送。蒸汽在完成热交换后，会形成凝结水，凝结水经过疏水阀组、凝结水回收装置、凝结水回收泵回收以后，再经过机械过滤装置过滤铁锈等杂质，进入除氧加热器，经锅炉供水泵加压作为锅炉给水循环使用。使用热电厂输送来的生产蒸汽经冷凝回收过滤后，凝结水及二次闪蒸汽可以再利用。蒸汽与凝结水系统的组成见图1。

2 蒸汽的种类和参数

2.1 蒸汽的种类

根据压力和温度的不同，蒸汽可分为饱和蒸汽和过热蒸汽两种。

图1 蒸汽与凝结水系统示意图

锅炉给水经锅炉供水泵送入锅炉省煤器内，吸收烟气热量提高水温后，进入锅筒，再经过炉内热辐射和对流管束等蒸发受热面，吸收高温烟气的热量，使之沸腾汽化形成饱和蒸汽。此时饱和蒸汽的压力p和温度ts相互对应，即某一饱和蒸汽压力对应某一饱和蒸汽温度，反之亦然。此汽化过程中所加入的热量称之为汽化潜热r，也就是一定压力和温度的饱和蒸汽所携带的热量。

饱和蒸汽由锅筒进入锅炉过热器进一步吸收高温烟气热量，继续在一定压力下加热，蒸汽温度开始升高，并超过饱和温度ts而成为过热蒸汽。其超出饱和温度之值称之为过热度，这种超过饱和温度的蒸汽称为过热蒸汽。

2.2 蒸汽的特点

2.2.1 饱和蒸汽

饱和蒸汽具有以下特点：①利用汽化潜热快，加热均匀，可以提高产品质量和生产效率；②控制压力就可以确定和控制温度；③传热系数高，要求传热面积相对较小，能够有效的减少初期的设备投入；④原料是水，安全清洁且低成本。

用饱和蒸汽加热时应注意：①如果锅炉本体不带过热装置，所产生的蒸汽会包含着一些没有完全蒸发的水分子，即俗称的湿蒸汽（不是干蒸汽），在加热过程中会造成加热效率降低。②热辐射的热损失会使部分蒸汽凝结，容易形成凝结水，应在管道适当的部位安装疏水阀，将凝结水排出。③重的凝结水容易经过管道底部的疏水阀排出，但是夹带着小水滴的湿蒸汽会降低产品的换热效率，应安装汽水分离器。④蒸汽在管道中的摩擦会造成压力损失，蒸汽温度也会相应损失。

2.2.2 过热蒸汽

过热蒸汽的特点：①与饱和蒸汽的汽化潜热相比，过热蒸汽冷却到饱和温度释放的热量较少，因此很少用于工业制程的热量传递，以免降低设备的性能。②为保证驱动设备不会因为凝结水受损，驱动设备一般使用过热蒸汽，不但可以提高热效率和驱动工作能力，而且在供给和排放时不会产生凝结水，可以避免设备的碳酸侵蚀和腐蚀。

使用过热蒸汽加热时应注意：①过热蒸汽传热系数低，需要较大的传热面积。②不能通过压力的控制来调控蒸汽温度，过热蒸汽需要保证较高的运输速度，以免热量损失导致温度下降。③使用显热来传递热能，温度的下降会对产品造成不利影响。④对输送管道后使用设备的耐热性要求高，初期投入较大。

因此，在热交换器中，饱和蒸汽比过热蒸汽更适合作为热源，但是过热蒸汽在动力驱动中更具有优势。

2.3 蒸汽品质

蒸汽品质是指蒸汽的洁净程度以及对相关参数的要求，对蒸汽的使用会产生较大影响。

蒸汽应该具有符合使用要求的压力和温度，这是保证用汽设备安全高效运行的前提。保证蒸汽管道的正确选择，确保蒸汽在输送的过程中不会出现过大的压降，同时还应避免由于选型过大而造成的投资浪费和散热损耗。

我们使用蒸汽主要是利用蒸汽所含有的汽化潜热，饱和蒸汽释放出汽化潜热后自身就会成为凝结水。如果蒸汽中含有大量的凝结水，凝结水的热量则很难被利用，因此蒸汽应干燥、不含水分。

蒸汽管道中如果含有水垢、焊渣、铁锈等杂质，会影响控制阀和疏水阀的运行，使系统不能正常工作。因此，蒸汽及其输送、使用系统应洁净。

当空气和不凝性气体进入蒸汽系统而不能及时有效地排除时，会使蒸汽系统无法反映真实的压力值，会造成管道和设备的腐蚀，而且还会增大热量的传递热阻，影响蒸汽的换热效率和用能设备的正常运行。因此，蒸汽中应不含空气和不凝性气体。

为此，可通过降低炉水的含盐量、提高给水品质、增加排污量、分段蒸发、配置完善的汽水分离装置、适当控制炉水碱度、采用蒸汽清洗装置降低饱和蒸汽带水和减少蒸汽中的溶盐等措施来提高蒸汽的品质。

3 蒸汽系统的组成

蒸汽系统主要由锅炉除氧加热系统、凝结水处理装置、蒸汽计量装置、蒸汽管道、蒸汽蓄热器等组成。

3.1 锅炉除氧加热系统除氧加热器是锅炉及供热系统主要设备之一，也是锅炉安全运行的重要保障。其工作原理是加热给水到对应除氧器工作压力下的饱和温度，除去溶解于给水的氧及其它气体，防止和降低锅炉给水管、省煤器和其它附属设备产生氧腐蚀。

3.2 凝结水处理装置

蒸汽在完成换热后，最终变成凝结水。回收的凝结水先经过机械过滤装置过滤，再经过除氧加热器除氧加热后，经锅炉供水泵加压进入锅炉本体作为补充水循环使用。

3.3 蒸汽系统的计量装置

蒸汽系统的计量装置是观察蒸汽系统运行是否正常最直观的工具，也是进行成本核算及运行考核的依据；同时能根据计量装置反映的异常判断可能存在的问题，制定相应的措施，确保蒸汽系统安全、经济运行。蒸汽系统的计量装置包括水、煤、蒸汽三部分的计量，在此重点对蒸汽的计量进行阐述。

由于蒸汽系统温度较高，饱和蒸汽又易变为汽、液两相流，相比之下测量难度较大。因此，蒸汽计量器具的选用对计量结果的影响较大，特别是供需双方存在贸易时，计量结果的准确性就显得更为重要。

在选择蒸汽流量仪表时应考虑5个主要因素：测量方法、性能要求和仪表规范、被测流体特性、环境条件、经济条件（购置费用、安装费用、运行费用、校验费用、维护费用）。

目前，国内企业采用的蒸汽流量计主要有孔板差压式流量计、涡街流量计和分流旋翼式流量计等几种形式。一般管径在Dg200 mm以上的蒸汽管道，采用孔板差压式流量计；管径在Dgl00 mm以下的蒸汽管道，除了孔板差压式以外，涡街流量计使用数量越来越多；管径在Dg50 mm以下的，多为涡街流量计和分流旋翼式流量计。无论采用何种流量计检测蒸汽的流量，在蒸汽压力波动的条件下工作，必须采取压力补偿措施，以减少计量误差。

通过对锅炉产生蒸汽及使用蒸汽的计量，可以准确判断锅炉的运行状况以及各机台、工序使用蒸汽的变化，对出现的异常情况能及时发现、处理。

3.4 蒸汽管道的安装及配置

在输送管道安装前，要根据实际需要的流量、压力、流速来选择合适的管径，并正确安装，以确保投资适宜、热损失最小、输送蒸汽的质量最好。

管道在安装后、使用前，需要进行合理、经济的保温，以减少热损失，提高热效率，节约能源。

3.5 蒸汽蓄热器

蒸汽蓄热器是一种以水为介质的储汽蓄热压力容器，在供汽系统中储存多余热量，并在需要时将所蓄的热量释放出来。为减少蒸汽在输送和使用过程中的压力波动，在进入蒸汽分汽缸之前的主管路上安装一台容积适当的蒸汽蓄热器，可以保证蒸汽在输送和使用过程中的压力平稳；并且在锅炉或热电厂供汽出现短期故障时，压力不会降低的太快，从而可以提供应急处理的时间，减少生产上的损失。

4 蒸汽的使用和管理

4.1 蒸汽输送和使用原则

蒸汽系统要达到高效输送和使用的目的，应当遵循高压输送、低压使用的原则。高压输送蒸汽主要有以下优点：①蒸汽管道口径小，热损失少；②管道费用低；③管道的隔热保温费用低；④蒸汽的运行效率高、品质好；⑤在高压时，锅炉更容易达到最佳运行状态，运行效率高；⑥锅炉的储热能力增加，容易处理负荷的变化，减少汽水共腾和携带水的可能性。

4.2 蒸汽压力控制

在蒸汽低压使用过程中，需要通过蒸汽减压阀来获取不同的蒸汽使用压力。蒸汽减压是通过蒸汽流体在阀门中的节流实现的，通常采用机械式蒸汽减压阀和电动气动蒸汽调节阀对蒸汽进行调节减压。

首先是根据调节阀的流通能力合理选定调节阀，其口径既不能选得过大，但是也不能过小。其次是正确安装调节阀，要配备必要的疏水阀组和过滤器。

4.3 二次蒸汽的再利用

不同的设备和工艺需要不同参数的蒸汽。蒸汽在使用过程中，主要利用其携带的热量和压力。在完成热交换后，蒸汽的温度和压力都会降低。这部分压力和温度降低的蒸汽，经过简单的处理（要求低的可不做处理），还可以作为二次蒸汽继续使用。甚至二次使用后的蒸汽，如果压力和温度能满足某种使用要求，还可以作为三次蒸汽继续使用，充分利用其余热和余压，最后变成凝结水。这样就可以节约大量的一次蒸汽，提高蒸汽系统的热能效率。

4.4 凝结水的回收

4.4.1 凝结水回收方式

目前凝结水的回收包括开放式回收和密闭式回收两种方式。

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开放式凝结水回收装置是将用汽设备排放的蒸汽凝结水通过地沟管道集中回收到一个敞口的地下水池中，凝结水携带的蒸汽和凝结水因减压到常压后，闪蒸的二次蒸汽排空或加以利用，剩下的近100℃凝结水自然或加凝结水降温到70℃以下，再用泵输入软水箱，作锅炉补给水。开放式凝结水回收装置有3种方式：一是泵放高位的自然冷却开放器，二是泵放低位的自然冷却器， 三是扩容利用高压凝水器，可以根据实际情况进行选择。

密闭式凝结水回收装置是将用汽设备排放的凝结水经架空或地沟管道集中回到密闭集中水罐中，然后利用高温凝结水综合回收装置将100℃以上的软化水直接输入锅炉，组成一个从供汽到回收的密闭循环系统，该系统是目前凝结水回收的较好方式。密闭式凝结水回收装置有2种方式：一是泵直接送凝结水进锅炉回收系统，二是高温凝结水综合回收装置。

凝结水回收系统采用密闭式回收会更加节能，因为它没有二次蒸汽的损失，外观更加美观合理，没有跑冒滴漏。但是在凝结水回收过程中必须兼顾前端换热设备的有效排水问题，而密闭式系统无法解决的问题就是疏水阀的背压问题，导致系统的可靠性较差。因此，从兼顾系统可靠性和能源节约的角度考虑而言，开放式凝结水回收系统更加适合大部分的蒸汽系统，一旦发生泄漏问题就会被发现，可以及时地排除故障，减少能源浪费。

4.4.2 凝结水的价值

凝结水具有很高的利用价值。首先是凝结水中含有大量的热能，当蒸汽被冷凝，能量传递至被加热的低温物体后，这一部分能量（汽化潜热）只占蒸汽总能量的80%左右，还有约20%的能量（显热）留存在凝结水中。其次是可以节省水费和水处理费用。凝结水都是高品质的软化水，是理想的锅炉给水。回收凝结水，可以节省这部分的工艺水处理费用；如不回收利用，就需要补充新鲜的软化水，这不仅增加了生水软化处理的费用，而且也是对水资源的极大浪费。三是节约排水费用，降低锅炉排污量。

因此凝结水的价值=自来水价值+软化处理价值+除氧价值+热量价值+过程损耗。如轮胎硫化时一般使用压力为0.4 MPa的饱和蒸汽，其携带的总能量即焓值h〞=2 738.5 kJ/kg，其中汽化潜热r=2 133.8 kJ/kg，当凝结成0.15 MPa的饱和水时，其焓值（即凝结水显热能）h〞= 466.9 kJ/kg，大约有17%的能量留存在排除的凝结水中。

4.4.3 凝结水的有效排放

有效排除凝结水是提高蒸汽系统性能、延长设备使用寿命的必要条件，因为系统内的凝结水会影响系统的换热效率，增加水锤的可能性，而且积水还可能导致系统腐蚀。

蒸汽疏水阀是连接蒸汽和凝结水的设备，能自动地排除蒸汽使用设备和管道中的凝结水、空气及其它不可凝结的气体，并能防止蒸汽泄漏的自动装置。按工作原理划分，蒸汽疏水阀包含三种类型：即机械型、热静力型和热动力型。为使蒸汽疏水阀有效运行，应根据实际使用状况选择适宜类型的疏水阀，疏水阀的工作原理不同，其对应的应用场合也不尽相同。

蒸汽疏水阀在使用过程中出现的故障大致分为两类：故障关闭和泄露蒸汽。为使疏水阀正常运行，应该对疏水阀进行定期检测，制定定期的维护和保养计划。

4.4.4 凝结水的利用

蒸汽经过各个用汽单位完成热交换后，变成凝结水，又经过疏水阀组、凝结水回收装置后，期间会存在一些悬浮物、铁锈等杂质，如果这部分凝结水要再利用，必须经过机械过滤装置进行净化。

机械过滤装置是一种压力式过滤器，利用过滤器内所填充的精制滤料，在进水自上而下流经滤层时，水中的悬浮物、粘胶质颗粒、二价铁离子等被去除。

经机械过滤装置后的凝结水可以再次利用，回收到集水罐后，用泵加压闭路循环，冬季用于办公区域的采暖，其他季节可直接输送到锅炉水处理除氧加热器内用于锅炉补充水。

5 结语

通过对蒸汽系统组成的介绍以及蒸汽使用和管理的分析，轮胎生产企业可以结合实际进行对照，以找出可以改进的部位，进而提高本企业蒸汽系统的效率，降低蒸汽系统的运行成本。

Using and management of steam system for tire enterprises

Using and management of steam system for tire enterprises

Wang Qiying
(Shandong hui tong tyre Co., Ltd., Laiwu 271114,Shandong,China)

Combined with the reality of the tire production, this paper introduces the composition of the steam and condensate system, type and parameters of the steam, the structure of deaerating heating of boiler and water processing system, steam metering, pipeline installation and conf guration, the use and management of steam and condensate recovery and utilization, etc. Tire manufacturing enterprises can combined with the actual production , find the parts which can be improved, thus improve the eff ciency of the enterprise steam system, decrease the cost of the operation of the steam system.

tire enterprises; steam system; use; management

TQ330.8

1009-797X(2015)09-0055-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.09.010

（XS-04）

王其营（1967-），男，高级工程师，总经理，1989年毕业于青岛化工学院橡胶机械专业，已发表论文近190余篇。

2014-07-27