新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统的设计

曹玉轲

【摘  要】论文所述的新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统是通过喷射泵将高温、高压蒸汽消耗热能后形成的高温凝结水中的散发蒸汽进行抽吸和回收的集成系统，高性能气动型蒸汽喷射泵和可编程序逻辑控制系统（PLC）的应用保障了蒸汽压力的控制精度、稳定性和灵活的操控性。

【Abstract】The new jet pump pumping and condensate recovery system described in this paper is an integrated system that pumps and recovers the steam emitted from the high-temperature condensate formed by high-temperature and high-pressure steam after consuming heat energy by jet pump. The application of high-performance pneumatic steam jet pump and programmable logic control system（PLC） ensures the control accuracy， stability and flexible control of steam pressure.

【關键词】高效节能;喷射泵;凝结水;优化创新

【Keywords】high efficiency and energy saving; jet pump; condensate; optimization and innovation

【中图分类号】TB752                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）04-0180-02

1 引言

能源、环境是人类生存和发展的重要基础，能源和环境的可持续是经济社会可持续发展的必要条件;在目前能源紧张、环境堪忧的条件下，各个国家把节能和环保作为势在必行的研究方向。如果把冷凝水作为蒸汽锅炉的补给水或者把凝结水进行二次闪蒸所产生的蒸汽进行再利用，不仅能节约工业用水及水处理的成本，在锅炉产出同样数量的蒸汽时，利用回收后的凝结水还可以节约20%～30%能源消耗。论文设计研发的新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统，明显地提高了凝结水的利用效率，有效地解决了凝结水回收系统中凝结水中的闪蒸汽外溢和输送过程中水锤冲击管道和水泵气蚀等影响设备运行以及安全生产的难题。因此，倡导新型节能环保设备开发对节约现有能源消耗量、降低公司运行成本、增加企业和社会效益具有十分重要的意义。

2 新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统的专业术语及定义

2.1 喷射泵

喷射泵是利用文丘里原理，高温、高压蒸汽（引射蒸汽）高速通过喷射喷嘴时，在喷嘴附近形成一个“真空区”把闪蒸罐中的高温凝结水进行二次闪蒸后的散发蒸汽抽吸到扩散腔内和高温、高压蒸汽（引射蒸汽）经过充分混合后形成生产工艺所需要的压力稳定的低温、低压饱和蒸汽（混合蒸汽）。

2.2 凝结水回收

在工业生产中，蒸汽为生产工艺中的加热设备提供热能，而蒸汽通过换热器释放热能后就会产生高温凝结水，高温凝结水经过疏水阀排出后通过相连的管道收集到闪蒸罐内;在闪蒸罐内进行二次闪蒸，高温凝结水中散发蒸汽通过喷射泵的抽吸后变成低温、低压的凝结水，利用水泵将低温、低压的凝结水输送至蒸汽锅炉作为补给水或者其他需要使用热水的设备。

3 喷射泵抽吸与凝结水回收系统的原理简介

喷射泵抽吸与凝结水回收系统是利用喷射泵的抽吸原理，在高温、高压蒸汽（引射蒸汽）高速通过喷射泵时把闪蒸罐内回收回来的高温、高压凝结水进行二次闪蒸产生的散发蒸汽抽吸并且经过充分混合后形成新的满足生产工艺所需要的饱低温、低压饱和蒸汽（混合蒸汽），把二次闪蒸后的形成低温、低压的凝结水通过水泵输送至锅炉房作为补给水或者其他需要使用热水设备的系统。

4 系统主要组成部分

蒸汽喷射泵抽吸与凝结水回收系统主要由5个控制单元组成，分别是喷射泵抽吸单元、凝结水回收单元、蒸汽计量单元、凝结水输送单元和电气控制系统单元。

5 系统存在的问题

5.1 机械部分

普通的喷射泵抽吸与凝结水回收系统分为两套独立的系统，设备分散布置不利于设备的操作和维护保养，此外还比较容易受到现场空间大小和进门宽度等方面造成设备安装的限制。

喷射泵抽吸散发蒸汽的效率和混合后蒸汽的质量容易受到高温、高压蒸汽的稳定程度、凝结水从设备回到闪蒸罐的距离和管道、设备的保温材料等条件的限制而达不到高效抽吸散发蒸汽节约能源的目的，增加了用户的生产成本。

5.2 电气部分

电气控制系统的部分重复和分散性导致了系统不能实现集中和自动化控制，增加了现场的操作、巡检和设备维护人员的工作强度，单一的电气控制未能很好地实现人机交互功能和系统内压力、液位、温度、电机过载和阀门工作状态等设备的运行状态提示功能。

6 问题解决方案

6.1 机械部分

采用喷射泵抽吸与凝结水回收一体化的创新设计方案，把原来的两个系统通过设计优化设计成一个系统，整体设备优化成成套设备;模块化的设计提高了设备的实用性、可靠性和稳定性;方便操作和维护保养，模块化各单元布局合理、结构紧凑，方便连接的同时支持单独拆卸;解决了客户现场空间以及进门宽度的限制，设备底盘两端配备了吊环，方便安装和搬运。

提供规范标准的外部接口，在模块上实现喷射泵抽吸、凝结水回收的集中控制，在喷射泵抽吸工作时TLV浮球疏水阀可以快速、有效地将蒸汽中的凝结水排出，提高了喷射泵抽吸混合蒸汽的干燥饱和度，另一个显著特点是闪罐内始终保持一定的液位，既有效地避免了水泵运行时的气蚀现象，降低凝结水排出的温度，节约了能源，减少了费用，提高了整机性能。

6.2 电气部分

整套系统全部采用自动化进行控制，由PLC可编程序控制器配合触摸屏的操作让现场操作人员对该系统操作变得更简单、直接，在设计混合蒸汽壓力和凝结水液位的自动控制时采用了PLC控制系统中的PID功能模块、高性能的智能定位器和性能良好的、品质优良的ABB变频器来分别对混合蒸汽的压力和凝结水的液位进行精准控制，同时系统中增加了蒸汽电动阀、气动开关球阀，其中蒸汽电动阀通过程序自动控制高压蒸汽的打开或者关闭，减轻了操作人员手动打开或者关闭手动阀门的强度。闪蒸罐的液位开关用以防止水泵在缺水的情况下运转，避免水泵无水运转。气动开关球阀根据闪蒸罐内液位的实际按照预先设定的参数通过程序控制自动打开或者关闭，让闪蒸罐内的液位始终保证在一定的位置，避免二次闪蒸的蒸汽因为水泵出口压力过低出现蒸汽通过水泵排出而降低蒸汽回收量，浪费蒸汽的情况发生，具有无需额外人力操作、调试方便、历史数据可查询、便于追溯和管理的优点，支持远程操作和系统各项运行参数的监控。为了直观监测系统的压力、液位、电机过异常状况增加了报警信号塔，给定期巡检、人为观测提供了便利，预留有以太网网络接口，方便将数据传送至用户的生产成本管理软件中，方便用户进行数据统计和成本核算。

7 蒸汽喷射泵抽吸与凝结水回收系统的优化和创新

①采用高精度气动阀门定位器，进一步地保证了喷射泵对抽吸混合后蒸汽压力的精准控制。

②混合蒸汽压力和凝结水液位的控制采用了PID模块进行控制，使得混合蒸汽的压力和凝结水液位的控制更加稳定和精准。

③系统中布置TLV高效节能的自由浮球式蒸汽疏水阀保证冷凝水迅速排出，既能提高加热效率节省能源，又能避免积水腐蚀和水锤冲击管道的危险。

④高效环保、结构紧凑、牢固可靠、低噪音的KSB离心水泵保障了系统内部各设备的长期稳定的安全运行，大大降低了电能的损耗和维修保养的成本。

⑤在闪蒸罐顶部布置排气阀、超压保护起跳式安全阀和压力传感器，为设备在闪蒸罐内压力异常时提供了安全可靠的保护。

⑥所有蒸汽管路的法兰、阀门法兰之间的连接均选用能耐高温、高压、应力补偿能力强、密封性能稳定、安装方便、垫片预紧力较低、工况应用范围宽泛的金属缠绕石墨垫片（Spiral wound gaskets）进行密封。

8 结论

综上所述，此新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统坚持设计准确、结构合理、布局紧凑、层次清晰、比例协调、性能可靠、经济实用的前提下，还具有稳定性好、使用寿命长、控制精度高及高效节能等特点。另外，必须保证让系统在机械结构与电气控制的生产制造过程中有理可依、有据可查。成套设备在工厂生产组装时，所有流程严格按照压力管道标准与要求执行实施。通过对此项目的设计与开发，攻克了该成套设备生产制造过程的工艺规范及关键技术，还大幅降低了项目的人工、材料、管理等费用与成本，结合现场安装与调试顺利完工验证了机械结构和电气控制创新设计的稳定性、可靠性及合理性。该新型喷射泵抽吸与凝结水回收系统准备申请国家实用新型技术专利。本项目设计开发的撬装块成品已顺利安装调试成功并将大力推广投放国内市场，广泛应用于纺织、食品、化工等行业，满足了客户的实际需求，具有很高的推广应用价值，定有更为广阔的发展前景，赢得了顾客的高度认可及好评。

【参考文献】

【1】高阳.蒸汽喷射泵的原理与应用[J].煤气与热力，2003（08）：54-55+57.

【2】GB/T 8163—2018流体输送用无缝钢管[S].

【3】GB 150.1—2011压力容器[S].

【4】李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.