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摘要:針對(duì)聚酯工廠技改后富余4．5t/h0．5MPa低壓飽和蒸汽需要進(jìn)行暫時(shí)外輸?shù)那闆r，討論在經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可行性下如何將低壓蒸汽輸送到集團(tuán)其他用戶的方案，分析利用原有舊中壓蒸汽管線進(jìn)行倒輸?shù)目赡苄浴Ｓ?jì)算出由于輸送距離遠(yuǎn)而流量小、原設(shè)計(jì)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(shí)間使用，比新施工管線在時(shí)間與投入上還是有很大優(yōu)勢(shì)。詳述了計(jì)算過程與改造方案，給出通過校核凝水損失率分析技改經(jīng)濟(jì)性的應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)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(dòng)過程中由于壓降、散熱發(fā)生相態(tài)變化，會(huì)引起蒸汽供熱管道的沿途凝結(jié)水損失和熱量損失，甚至造成到達(dá)末端用戶的蒸汽壓力、溫度、流量等參數(shù)不能滿足要求。蒸汽管線多為架空敷設(shè)，受環(huán)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(huán)境因素影響(如風(fēng)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(chǎn)量已達(dá)到2000t/d，現(xiàn)熱媒站開3臺(tái)鍋爐，在進(jìn)行了余熱回收改造后，可以產(chǎn)生0.5MPa的低壓飽和蒸汽。按每臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)2．5t蒸汽計(jì)，產(chǎn)汽總量為7．5t/h。工廠自身的用汽點(diǎn)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(jì)為:2．5～3t/h。此部分蒸汽聚酯工廠準(zhǔn)備上馬1臺(tái)低壓蒸汽溴化鋰制冷進(jìn)行利用，但采購(gòu)周期為5個(gè)月。故余熱回收改造后，在制冷機(jī)到貨前，還可以外輸供集團(tuán)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(jì)算，則每天可以利用的蒸汽約為:22680元，5個(gè)月共計(jì)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(tuán)其他用戶，是我們必須在經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可行性下需要認(rèn)真研究與解決的問題。

2可能的實(shí)施方案

聚酯工廠與集團(tuán)其他用戶低壓蒸汽管線直線距離有500m，根據(jù)聚酯工廠實(shí)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(tuán)其他用戶施工一條合適此蒸汽量的管道進(jìn)行輸送，可以利用現(xiàn)有的管廊，管徑須DN150。經(jīng)測(cè)算，總費(fèi)用需要約120萬元(其中材料費(fèi)約為60萬、施工費(fèi)用約為42萬、保溫費(fèi)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(gòu)到貨后，還需2個(gè)月施工時(shí)間，故建設(shè)周期也較長(zhǎng)。

2．2利用一條已經(jīng)停用的DN300中壓蒸汽管線進(jìn)行倒輸

在聚酯廠建廠初期，曾經(jīng)由于聚酯廠需要使用中壓蒸汽，敷設(shè)過一條DN300的集團(tuán)其他用戶鍋爐島到聚酯工廠的中壓蒸汽管線，管線實(shí)際長(zhǎng)度約為650m。后來進(jìn)行節(jié)能改造后，此管線已經(jīng)停用。從熱源供出的蒸汽經(jīng)管道供熱過程中，沿途由于溫降、壓降會(huì)現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，蒸汽流量在熱源出口和管線末端之差較大時(shí)，供熱管道的能量損失會(huì)降低蒸汽熱能的利用效率，不能達(dá)到企業(yè)節(jié)能的目的，因此有效分析蒸汽在供熱管道流動(dòng)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(dòng)過程中因散熱所產(chǎn)生的凝結(jié)水會(huì)被疏水管線排出系統(tǒng)，這一部分的凝結(jié)水質(zhì)量損失是影響到此方案經(jīng)濟(jì)可行性的關(guān)鍵因素，因4．5t/h余熱蒸汽汽量過小，利用原有的DN300管道進(jìn)行輸送，如停留時(shí)間過長(zhǎng)、溫度下降很大，而使凝結(jié)水排出量很大，則此方案就不太可行了。故需要對(duì)倒輸會(huì)產(chǎn)生的相關(guān)蒸汽質(zhì)量損失［2］，有一個(gè)明確的量化結(jié)論，才可以決定采用哪一個(gè)方案。

3蒸汽凝水損失率計(jì)算［3］

3．1保溫管道的熱損失

計(jì)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(zhǎng)度管道的熱損失，W/m;tv為系統(tǒng)要求的維持溫度，按飽和蒸汽計(jì)算，其中0．5MPa蒸汽為:151．866℃、1MPa蒸汽為:179．916℃;ta為當(dāng)?shù)氐淖畹铜h(huán)境溫度，按－5℃計(jì)算;λ為保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，取0．047W/(m•℃);Di為保溫層內(nèi)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(duì)數(shù);α為保溫層外表面向大氣的散熱系數(shù)，取值為11．63W/(m2•℃)，與地區(qū)平均風(fēng)速有關(guān)。耐高溫的無機(jī)絕熱材料所制成的保溫層，常溫導(dǎo)熱系數(shù)≤0．055W/(m•℃)。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)可選用微孔硅酸鈣(密度≤220kg/m3)、硅酸鎂、巖棉(密度≥110kg/m3)，同時(shí)材料的含水率、耐溫性、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)亦能滿足相關(guān)要求，原管線采用的保溫層絕熱材料是巖棉［3］。經(jīng)計(jì)算，單位長(zhǎng)度管道的熱損失Qt，原設(shè)計(jì)輸送1MPa飽和蒸汽為:104．05W/m，利舊后倒輸0．5MPa飽和蒸汽時(shí)為:87．74W/m。

3．2需要蒸汽冷凝質(zhì)量計(jì)算

計(jì)算公式如下:Q凝質(zhì)=Qt×L/hfg×3600(2)［3］式中:Q凝質(zhì)為需要蒸汽冷凝質(zhì)量，kg/h;Qt為單位長(zhǎng)度管道的熱損失，其中1MPa蒸汽時(shí)為:104．05W/m，0．5MPa蒸汽時(shí)為:87．74W/m;L為輸送管線的實(shí)際總長(zhǎng)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(jīng)計(jì)算，需要蒸汽冷凝質(zhì)量Q凝質(zhì)，原設(shè)計(jì)輸送1MPa飽和蒸汽為:119．90kg/h，利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時(shí)為:96．70kg/h。

3．3凝水損失率計(jì)算

計(jì)算公式如下:ε=(Q凝質(zhì)/1000)/Q×1000/L(3)［3］式中:ε為凝水損失率，%/km;Q凝質(zhì)為需要蒸汽冷凝質(zhì)量，在原設(shè)計(jì)輸送1MPa飽和蒸汽為:119．90kg/h，在利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時(shí)為:96．70kg/h;Q為蒸汽輸送總流量，t/h;L為輸送管線的實(shí)際總長(zhǎng)度，650m。經(jīng)計(jì)算，凝水損失率ε，原設(shè)計(jì)輸送1MPa飽和蒸汽為:0．61%/km，利舊倒輸0．5MPa飽和蒸汽時(shí)為:3．31%/km。從經(jīng)驗(yàn)上看凝水損失率ε應(yīng)該小于1%左右［2］。可以看出，由于輸送距離遠(yuǎn)而流量小、原設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的5．4倍，每小時(shí)將有近96kg的冷凝水排出管線。

4改造過程及特點(diǎn)分析

原蒸汽輸送管線主要設(shè)計(jì)參數(shù)為:介質(zhì)1．0MPa飽和中壓蒸汽、設(shè)計(jì)壓力最高1．6MPa、工作壓力1．0MPa、管線上一共有7臺(tái)波紋補(bǔ)償器、10處90°彎頭、1臺(tái)蒸汽截止閥，沿程還設(shè)置了12處疏水閥閥組。由于蒸汽管道的疏水閥設(shè)置及波紋補(bǔ)償器的安裝與蒸汽輸送方向有關(guān)，故此方案除對(duì)現(xiàn)有管道需再次打壓檢測(cè)、吹掃外，還須進(jìn)行相關(guān)改造。

4．1波紋補(bǔ)償器改造

經(jīng)詢問波紋補(bǔ)償器生產(chǎn)廠家及管線設(shè)計(jì)單位人員，管道上7臺(tái)蒸汽軸向波紋補(bǔ)償器需進(jìn)行換向。每處大約為:5000元/處(材料費(fèi)+施工費(fèi))，共計(jì)7處，費(fèi)用為3．5萬元。4．2疏水閥閥組改造經(jīng)對(duì)管線沿程排查，蒸汽倒輸后，從新蒸汽流動(dòng)方向看，將產(chǎn)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(jìn)行檢查后繼續(xù)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(fèi)+施工費(fèi))，共計(jì)3．2萬元。

5綜述

通過上述計(jì)算可以看出，蒸汽管線凝結(jié)水質(zhì)量損失率，比原設(shè)計(jì)輸送中壓蒸汽時(shí)高5．4倍。(1)利用舊管線優(yōu)點(diǎn):①投入成本少，可以充分利用現(xiàn)有的管道，此方案費(fèi)用總計(jì)為:6．7萬元;②施工周期短，管件到貨后，可以在2周之內(nèi)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(diǎn):①因輸送距離過遠(yuǎn)而流量很小、原設(shè)計(jì)管道直徑過大，所以蒸汽熱損失較大;②供熱的過程中，凝結(jié)水不回收，損失了熱量，同時(shí)還浪費(fèi)了大量的水資源。(3)雖然利用舊供熱管線輸送存在著嚴(yán)重的凝結(jié)水損失和熱量損失，但是損失基本上還在可控范圍之內(nèi)，且固定成本投入與建設(shè)周期與重新設(shè)計(jì)與施工一條新管線相比大幅節(jié)省，有很好的經(jīng)濟(jì)性。在此分析基礎(chǔ)上，工廠盡快完成了對(duì)現(xiàn)有集團(tuán)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(shí)現(xiàn)向集團(tuán)其他用戶的蒸汽倒輸。

參考文獻(xiàn):

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［3］賀平，孫剛．供熱工程(第三版)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)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(tuán)股份有限公司