蒸汽双向互供管线设计、运行实践

陈猛

摘要：以南京某化工园区挖掘蒸汽供应能力，保障园区100余家热用户安全稳定运行的实践为背景，在简要介绍了园区蒸汽主管网与诚志等公司之间蒸汽互供情况的基础上，重点互供输管道的设计、安装、运行的一般原则，为类似蒸汽供应场合提供借鉴，响应社会节能减排的需求，实现热能的有机传输利用。

关键词：返供；互供；双向；疏水；温差

1 前言

南京化学工业园区成立于2001年10月，是以发展石油化工为主的国家级园区。园区规划面积45平方公里，重点发展石油与天然气化工、基本有机化工原料、精细化工、高分子材料、生命医药、新型化工材料六大领域的系列产品。目前，包括中国石化集团、中国化工集团、BASF、BP、塞拉尼斯、美国空气化工、惠生等一批国内外知名化工企业在园区投资落户，累计投资超过50亿美元。

南京化学工业园公用事业有限责任公司成立于2002年9月，是园区有限公司的全资子公司，公司主营业务是：为园区企业提供工业用水、生活用水；高、中、低压蒸汽以及污水收集转输、管廊、地管运行及维护管理等。

2 公司热网情况

2002年1月1日园区起步区基础建设正式开始，南京制药厂、白敬宇制药等首批5家精细化工企业相继开工生产，2003年园区应急建设了DN100蒸汽管线，从扬子石化电厂借汽约10t/h，因为处于扬子主管的管道末端，一度供汽损耗超过50%，后来随着4平方公里起步区的全面开发，特别是德纳、红太阳生物等大户的上马，蒸汽需求大增，2005年化工园长芦电厂2×220t/h锅炉，2×55MW双抽机组建成投产，保证了新增用户的需求。同时随着塞拉尼斯、扬巴等企业建设，需新增用量约150t/h，2007年8月长芦电厂二期扩建工程2×1100t/h锅炉，2×300MW双抽供热机组开工建设，原计划2008年建成投产供汽，但是因为“5.12汶川大地震”导致东方汽轮机厂受损严重，锅炉交付延迟，再加上电厂一期机、炉超负荷运转，频繁故障，导致园区蒸汽供需严重不平衡，为此我司一方面做好节能减排，另一方面开拓汽源，从煤化工企业诚志气化炉返热充实园区主管。后期随着园区进一步发展，供需不平衡的状态时常发生，公用事业公司又从钟滕苯酐装置返热、固废企业焚烧返热等引入蒸汽，一方面解决了返热单位的蒸汽去向问题，另一方面极大的缓解了园区蒸汽紧张的局面，提高了园区蒸汽经济效益和能源利用率。

3 实例

3.1 返汽改造示例

改造前，从园区供汽主管，甩出阀门①，供给用户，用户只有阀门②和计量表。用户自产蒸汽用于发电，发电机检修或者装置故障时蒸汽只能放空，造成噪音污染和极大的能源浪费。

改造方法之一：原主管甩头阀门①不变，而增加返汽回路，设电动阀门④和计量表，因为常态下一返供为主，因为用汽支路的阀门③常关。

改造方法之二：第二家返汽单位，因装置生产特点，生产时返汽，检修时用汽，因此管路设置为简单的双向手动操作。

改造方法之三：因为第三家返汽单位，因装置调整时常在返汽、用汽之间频繁切換，为确保管道运行安全，又增加了单向阀。

3.2疏水要求

化工生产用热一般来自蒸汽的潜热，蒸汽发生相变而释放热量，相应的就会产生冷凝液，既然有冷凝液，就需要将冷凝液和蒸汽进行分离，否则无法很好的利用蒸汽的潜热；管道正向流动时，在每一个补偿弯前或最低点设置疏水阀，而管线补偿弯之后一般不会设置疏水阀，但是一旦蒸汽反向流动，则补偿弯前后颠倒，而且余热供汽多为饱和蒸汽，极易产生冷凝液，出于管道安全运行的需要，需对原有单向供汽管路的疏水进行改造，增加返汽排凝点。

3.3计量实现

为了确保双向供汽的汽量都能准确计量，设置了两套计量表组件，采用涡街流量计、差压变送器、温度变送器，并在现场设置流量积算仪。随着技术的发展，可以采用具有双向计量的单只仪表，设置于进户主线上。双向孔板或用弯管流量计配套流向识别装置，均可测量蒸汽双向流，后者可利用蒸汽管道膨胀弯压损识别流向，都易把变送器零点与测量系统零点混淆，但是从准确度与能耗看，双向孔板测量性价比较低。

3.4温差、压差控制

用户的余热蒸汽能否安全并入蒸汽主管，除了考虑管线、计量的要求，还需考虑与电厂所供蒸汽的温差，因为是管道内直接混合，必须考虑温差对管道材质的影响，较大的温差易产生热应力，而且容易产生相变，引起物理状态的积聚波动，严重地威胁管道安全。参照锅炉汽包上下允许温差40℃，极限温差50℃的情况，结合管道壁厚相对较薄，可按双汽源并汽点温差不超过50℃来控制。

另外，返汽单位的供汽压力必须匹配到园区供热主管的设计参数范围内，必要时需增加减温减压并设置安全阀。

3.5蒸汽流向控制

化工余热量较小，一般就近消化，但是控制不当时，容易在管道局部产生蒸汽流速为零的状况，此处容易产生积水，一旦在管网内用汽状况发生波动时，极易产生水击，危险管网安全，因此必须避免产生流速为零的情况。另一方面，园区供热以电厂为主，且主管较长，主管进行双向改造的经济性不高，因此确保主管蒸汽正向单向流动。因此必须在并汽点之后的管线末端设置足够的用户，消纳掉电厂和返汽单位供应的蒸汽，在DCS或PLC系统上设置末端用户用汽量和返汽单位用汽量的逻辑比较，一旦用汽量低于返汽量则报警，通过调度台通知返汽单位减供，确保主管安全。

4 结束语

随着各园区热源中心概念的普及，以及集中供热对节能减排、环保降噪等要求的提高，以及化工余热单位的存在，双向供汽存在一定的合理性和必要性，对于如何安全、稳定、长周期、满意、优质运行，对双向供汽管线设计、运行调度都提出越来越高的要求。

参考文献：

[1]王继鑫，多热源供热网络的水力工况研究与应用[J]，建筑与土木工程，

2013，3

[2]动力管道设计手册编写组编.动力管道设计手册[M].北京：机械工业出版社，2006，1.