淺析舊管線短期輸送鍋爐富余低壓蒸汽范文

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摘要:針對聚酯工廠技改后富余4．5t/h0．5MPa低壓飽和蒸汽需要進行暫時外輸的情況，討論在經濟性及技術可行性下如何將低壓蒸汽輸送到集團其他用戶的方案，分析利用原有舊中壓蒸汽管線進行倒輸的可能性。計算出由于輸送距離遠而流量小、原設計管道直徑過大，利舊倒輸后凝水損失率ε值是比較高，蒸汽的熱損失較大，但由于是短時間使用，比新施工管線在時間與投入上還是有很大優勢。詳述了計算過程與改造方案，給出通過校核凝水損失率分析技改經濟性的應用實例。

關鍵詞:聚酯;蒸汽管線;低壓飽和蒸汽;凝水損失率

1基本情況

蒸汽作為工廠傳送熱量的熱媒，在聚酯工廠大量使用。但蒸汽在供熱管道流動過程中由于壓降、散熱發生相態變化，會引起蒸汽供熱管道的沿途凝結水損失和熱量損失，甚至造成到達末端用戶的蒸汽壓力、溫度、流量等參數不能滿足要求。蒸汽管線多為架空敷設，受環境因素影響大，正常情況下，架空蒸汽管道與直埋管道相比，由于受環境因素影響(如風速、太陽輻射、氣溫變化等因素)比較大，管道沿途熱損失要比直埋管道高出20%左右［1］。某聚酯工廠產量已達到2000t/d，現熱媒站開3臺鍋爐，在進行了余熱回收改造后，可以產生0.5MPa的低壓飽和蒸汽。按每臺余熱鍋爐產2．5t蒸汽計，產汽總量為7．5t/h。工廠自身的用汽點大約有3處，分別是:熱媒站汽提塔、聚酯過濾器清洗、聚酯催化劑配制。它們的用汽量總計為:2．5～3t/h。此部分蒸汽聚酯工廠準備上馬1臺低壓蒸汽溴化鋰制冷進行利用，但采購周期為5個月。故余熱回收改造后，在制冷機到貨前，還可以外輸供集團其他用戶使用的富余0．5MPa低壓飽和蒸汽量大約為:4．5t/h，按每t蒸汽210元計算，則每天可以利用的蒸汽約為:22680元，5個月共計約340萬元。但是如何將4．5t/h余熱低壓飽和蒸汽輸送到集團其他用戶，是我們必須在經濟性及技術可行性下需要認真研究與解決的問題。

2可能的實施方案

聚酯工廠與集團其他用戶低壓蒸汽管線直線距離有500m，根據聚酯工廠實際情況，有2種方案可供選擇。

2．1新施工一條DN150蒸汽管線

如重新向集團其他用戶施工一條合適此蒸汽量的管道進行輸送，可以利用現有的管廊，管徑須DN150。經測算，總費用需要約120萬元(其中材料費約為60萬、施工費用約為42萬、保溫費用約為12萬)。新施工管道的方案投入成本高，在管道、管件材料全部采購到貨后，還需2個月施工時間，故建設周期也較長。

2．2利用一條已經停用的DN300中壓蒸汽管線進行倒輸

在聚酯廠建廠初期，曾經由于聚酯廠需要使用中壓蒸汽，敷設過一條DN300的集團其他用戶鍋爐島到聚酯工廠的中壓蒸汽管線，管線實際長度約為650m。后來進行節能改造后，此管線已經停用。從熱源供出的蒸汽經管道供熱過程中，沿途由于溫降、壓降會現凝結現象，蒸汽流量在熱源出口和管線末端之差較大時，供熱管道的能量損失會降低蒸汽熱能的利用效率，不能達到企業節能的目的，因此有效分析蒸汽在供熱管道流動過程中的能量損失極為重要。一般情況下，蒸汽跑冒滴漏量很少，在流動過程中因散熱所產生的凝結水會被疏水管線排出系統，這一部分的凝結水質量損失是影響到此方案經濟可行性的關鍵因素，因4．5t/h余熱蒸汽汽量過小，利用原有的DN300管道進行輸送，如停留時間過長、溫度下降很大，而使凝結水排出量很大，則此方案就不太可行了。故需要對倒輸會產生的相關蒸汽質量損失［2］，有一個明確的量化結論，才可以決定采用哪一個方案。

3蒸汽凝水損失率計算［3］

3．1保溫管道的熱損失

計算公式如下:Qt=π×(tv-ta)/(0．5×ln(Do/Di)/λ+2/(α×Do)(1)［3］式中:Qt為單位長度管道的熱損失，W/m;tv為系統要求的維持溫度，按飽和蒸汽計算，其中0．5MPa蒸汽為:151．866℃、1MPa蒸汽為:179．916℃;ta為當地的最低環境溫度，按－5℃計算;λ為保溫材料的導熱系數，取0．047W/(m•℃);Di為保溫層內徑(管道外徑)，0．3239m;Do為保溫層外徑，0．3439m;Do=Di+2δ;δ為保溫層厚度，0．1m;ln為自然對數;α為保溫層外表面向大氣的散熱系數，取值為11．63W/(m2•℃)，與地區平均風速有關。耐高溫的無機絕熱材料所制成的保溫層，常溫導熱系數≤0．055W/(m•℃)。根據不同結構可選用微孔硅酸鈣(密度≤220kg/m3)、硅酸鎂、巖棉(密度≥110kg/m3)，同時材料的含水率、耐溫性、抗壓強度等指標亦能滿足相關要求，原管線采用的保溫層絕熱材料是巖棉［3］。經計算，單位長度管道的熱損失Qt，原設計輸送1MPa飽和蒸汽為:104．05W/m，利舊后倒輸0．5MPa飽和蒸汽時為:87．74W/m。

3．2需要蒸汽冷凝質量計算

計算公式如下:Q凝質=Qt×L/hfg×3600(2)［3］式中:Q凝質為需要蒸汽冷凝質量，kg/h;Qt為單位長度管道的熱損失，其中1MPa蒸汽時為:104．05W/m，0．5MPa蒸汽時為:87．74W/m;L為輸送管線的實際總長度，650m;hfg為汽化潛熱，其中1MPa蒸汽為:2030．7kJ/kg、0．5MPa蒸汽為:2123．01kJ/kg。經計算，需要蒸汽冷凝質量Q凝質，原設計輸送1MPa飽和蒸汽為:119．90kg/h，利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時為:96．70kg/h。

3．3凝水損失率計算

計算公式如下:ε=(Q凝質/1000)/Q×1000/L(3)［3］式中:ε為凝水損失率，%/km;Q凝質為需要蒸汽冷凝質量，在原設計輸送1MPa飽和蒸汽為:119．90kg/h，在利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時為:96．70kg/h;Q為蒸汽輸送總流量，t/h;L為輸送管線的實際總長度，650m。經計算，凝水損失率ε，原設計輸送1MPa飽和蒸汽為:0．61%/km，利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時為:3．31%/km。從經驗上看凝水損失率ε應該小于1%左右［2］。可以看出，由于輸送距離遠而流量小、原設計管道直徑過大，利舊倒輸后ε值是比較高的，蒸汽的熱損失較大。凝水損失率ε是原設計的5．4倍，每小時將有近96kg的冷凝水排出管線。

4改造過程及特點分析

原蒸汽輸送管線主要設計參數為:介質1．0MPa飽和中壓蒸汽、設計壓力最高1．6MPa、工作壓力1．0MPa、管線上一共有7臺波紋補償器、10處90°彎頭、1臺蒸汽截止閥，沿程還設置了12處疏水閥閥組。由于蒸汽管道的疏水閥設置及波紋補償器的安裝與蒸汽輸送方向有關，故此方案除對現有管道需再次打壓檢測、吹掃外，還須進行相關改造。

4．1波紋補償器改造

經詢問波紋補償器生產廠家及管線設計單位人員，管道上7臺蒸汽軸向波紋補償器需進行換向。每處大約為:5000元/處(材料費+施工費)，共計7處，費用為3．5萬元。4．2疏水閥閥組改造經對管線沿程排查，蒸汽倒輸后，從新蒸汽流動方向看，將產生4處新的管線爬高，需重新增加疏水閥閥組，原有12處疏水閥閥組將進行檢查后繼續保留使用。管道上4處疏水閥要加裝(每段管道的上行處)，成本為:8000元/處(材料費+施工費)，共計3．2萬元。

5綜述

通過上述計算可以看出，蒸汽管線凝結水質量損失率，比原設計輸送中壓蒸汽時高5．4倍。(1)利用舊管線優點:①投入成本少，可以充分利用現有的管道，此方案費用總計為:6．7萬元;②施工周期短，管件到貨后，可以在2周之內完工投用，最大限度回收利用了余熱蒸汽。(2)利用舊管線缺點:①因輸送距離過遠而流量很小、原設計管道直徑過大，所以蒸汽熱損失較大;②供熱的過程中，凝結水不回收，損失了熱量，同時還浪費了大量的水資源。(3)雖然利用舊供熱管線輸送存在著嚴重的凝結水損失和熱量損失，但是損失基本上還在可控范圍之內，且固定成本投入與建設周期與重新設計與施工一條新管線相比大幅節省，有很好的經濟性。在此分析基礎上，工廠盡快完成了對現有集團其他用戶至聚酯工廠DN300蒸汽管道的改造，并在改造完畢后，實現向集團其他用戶的蒸汽倒輸。

參考文獻:

［1］李岱森．簡明供熱設計手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1998．

［2］孫玉寶，田貫三，王冬，等．濟南市集中供熱蒸汽管線熱損失的調查及分析［J］．區域供熱，2006，25(3):29-33．

［3］賀平，孫剛．供熱工程(第三版)［M］．北京:中國建筑工業出版社，1993．

作者:宋才華 李圣軍 朱煒 陳仁來 劉金銘 單位:桐昆集團股份有限公司