浅析旧管线短期输送锅炉富余低压蒸汽范文

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摘要:针对聚酯工厂技改后富余4．5t/h0．5MPa低压饱和蒸汽需要进行暂时外输的情况，讨论在经济性及技术可行性下如何将低压蒸汽输送到集团其他用户的方案，分析利用原有旧中压蒸汽管线进行倒输的可能性。计算出由于输送距离远而流量小、原设计管道直径过大，利旧倒输后凝水损失率ε值是比较高，蒸汽的热损失较大，但由于是短时间使用，比新施工管线在时间与投入上还是有很大优势。详述了计算过程与改造方案，给出通过校核凝水损失率分析技改经济性的应用实例。

关键词:聚酯;蒸汽管线;低压饱和蒸汽;凝水损失率

1基本情况

蒸汽作为工厂传送热量的热媒，在聚酯工厂大量使用。但蒸汽在供热管道流动过程中由于压降、散热发生相态变化，会引起蒸汽供热管道的沿途凝结水损失和热量损失，甚至造成到达末端用户的蒸汽压力、温度、流量等参数不能满足要求。蒸汽管线多为架空敷设，受环境因素影响大，正常情况下，架空蒸汽管道与直埋管道相比，由于受环境因素影响(如风速、太阳辐射、气温变化等因素)比较大，管道沿途热损失要比直埋管道高出20%左右［1］。某聚酯工厂产量已达到2000t/d，现热媒站开3台锅炉，在进行了余热回收改造后，可以产生0.5MPa的低压饱和蒸汽。按每台余热锅炉产2．5t蒸汽计，产汽总量为7．5t/h。工厂自身的用汽点大约有3处，分别是:热媒站汽提塔、聚酯过滤器清洗、聚酯催化剂配制。它们的用汽量总计为:2．5～3t/h。此部分蒸汽聚酯工厂准备上马1台低压蒸汽溴化锂制冷进行利用，但采购周期为5个月。故余热回收改造后，在制冷机到货前，还可以外输供集团其他用户使用的富余0．5MPa低压饱和蒸汽量大约为:4．5t/h，按每t蒸汽210元计算，则每天可以利用的蒸汽约为:22680元，5个月共计约340万元。但是如何将4．5t/h余热低压饱和蒸汽输送到集团其他用户，是我们必须在经济性及技术可行性下需要认真研究与解决的问题。

2可能的实施方案

聚酯工厂与集团其他用户低压蒸汽管线直线距离有500m，根据聚酯工厂实际情况，有2种方案可供选择。

2．1新施工一条DN150蒸汽管线

如重新向集团其他用户施工一条合适此蒸汽量的管道进行输送，可以利用现有的管廊，管径须DN150。经测算，总费用需要约120万元(其中材料费约为60万、施工费用约为42万、保温费用约为12万)。新施工管道的方案投入成本高，在管道、管件材料全部采购到货后，还需2个月施工时间，故建设周期也较长。

2．2利用一条已经停用的DN300中压蒸汽管线进行倒输

在聚酯厂建厂初期，曾经由于聚酯厂需要使用中压蒸汽，敷设过一条DN300的集团其他用户锅炉岛到聚酯工厂的中压蒸汽管线，管线实际长度约为650m。后来进行节能改造后，此管线已经停用。从热源供出的蒸汽经管道供热过程中，沿途由于温降、压降会现凝结现象，蒸汽流量在热源出口和管线末端之差较大时，供热管道的能量损失会降低蒸汽热能的利用效率，不能达到企业节能的目的，因此有效分析蒸汽在供热管道流动过程中的能量损失极为重要。一般情况下，蒸汽跑冒滴漏量很少，在流动过程中因散热所产生的凝结水会被疏水管线排出系统，这一部分的凝结水质量损失是影响到此方案经济可行性的关键因素，因4．5t/h余热蒸汽汽量过小，利用原有的DN300管道进行输送，如停留时间过长、温度下降很大，而使凝结水排出量很大，则此方案就不太可行了。故需要对倒输会产生的相关蒸汽质量损失［2］，有一个明确的量化结论，才可以决定采用哪一个方案。

3蒸汽凝水损失率计算［3］

3．1保温管道的热损失

计算公式如下:Qt=π×(tv-ta)/(0．5×ln(Do/Di)/λ+2/(α×Do)(1)［3］式中:Qt为单位长度管道的热损失，W/m;tv为系统要求的维持温度，按饱和蒸汽计算，其中0．5MPa蒸汽为:151．866℃、1MPa蒸汽为:179．916℃;ta为当地的最低环境温度，按－5℃计算;λ为保温材料的导热系数，取0．047W/(m•℃);Di为保温层内径(管道外径)，0．3239m;Do为保温层外径，0．3439m;Do=Di+2δ;δ为保温层厚度，0．1m;ln为自然对数;α为保温层外表面向大气的散热系数，取值为11．63W/(m2•℃)，与地区平均风速有关。耐高温的无机绝热材料所制成的保温层，常温导热系数≤0．055W/(m•℃)。根据不同结构可选用微孔硅酸钙(密度≤220kg/m3)、硅酸镁、岩棉(密度≥110kg/m3)，同时材料的含水率、耐温性、抗压强度等指标亦能满足相关要求，原管线采用的保温层绝热材料是岩棉［3］。经计算，单位长度管道的热损失Qt，原设计输送1MPa饱和蒸汽为:104．05W/m，利旧后倒输0．5MPa饱和蒸汽时为:87．74W/m。

3．2需要蒸汽冷凝质量计算

计算公式如下:Q凝质=Qt×L/hfg×3600(2)［3］式中:Q凝质为需要蒸汽冷凝质量，kg/h;Qt为单位长度管道的热损失，其中1MPa蒸汽时为:104．05W/m，0．5MPa蒸汽时为:87．74W/m;L为输送管线的实际总长度，650m;hfg为汽化潜热，其中1MPa蒸汽为:2030．7kJ/kg、0．5MPa蒸汽为:2123．01kJ/kg。经计算，需要蒸汽冷凝质量Q凝质，原设计输送1MPa饱和蒸汽为:119．90kg/h，利旧倒输0．5MPa饱和蒸汽时为:96．70kg/h。

3．3凝水损失率计算

计算公式如下:ε=(Q凝质/1000)/Q×1000/L(3)［3］式中:ε为凝水损失率，%/km;Q凝质为需要蒸汽冷凝质量，在原设计输送1MPa饱和蒸汽为:119．90kg/h，在利旧倒输0．5MPa饱和蒸汽时为:96．70kg/h;Q为蒸汽输送总流量，t/h;L为输送管线的实际总长度，650m。经计算，凝水损失率ε，原设计输送1MPa饱和蒸汽为:0．61%/km，利旧倒输0．5MPa饱和蒸汽时为:3．31%/km。从经验上看凝水损失率ε应该小于1%左右［2］。可以看出，由于输送距离远而流量小、原设计管道直径过大，利旧倒输后ε值是比较高的，蒸汽的热损失较大。凝水损失率ε是原设计的5．4倍，每小时将有近96kg的冷凝水排出管线。

4改造过程及特点分析

原蒸汽输送管线主要设计参数为:介质1．0MPa饱和中压蒸汽、设计压力最高1．6MPa、工作压力1．0MPa、管线上一共有7台波纹补偿器、10处90°弯头、1台蒸汽截止阀，沿程还设置了12处疏水阀阀组。由于蒸汽管道的疏水阀设置及波纹补偿器的安装与蒸汽输送方向有关，故此方案除对现有管道需再次打压检测、吹扫外，还须进行相关改造。

4．1波纹补偿器改造

经询问波纹补偿器生产厂家及管线设计单位人员，管道上7台蒸汽轴向波纹补偿器需进行换向。每处大约为:5000元/处(材料费+施工费)，共计7处，费用为3．5万元。4．2疏水阀阀组改造经对管线沿程排查，蒸汽倒输后，从新蒸汽流动方向看，将产生4处新的管线爬高，需重新增加疏水阀阀组，原有12处疏水阀阀组将进行检查后继续保留使用。管道上4处疏水阀要加装(每段管道的上行处)，成本为:8000元/处(材料费+施工费)，共计3．2万元。

5综述

通过上述计算可以看出，蒸汽管线凝结水质量损失率，比原设计输送中压蒸汽时高5．4倍。(1)利用旧管线优点:①投入成本少，可以充分利用现有的管道，此方案费用总计为:6．7万元;②施工周期短，管件到货后，可以在2周之内完工投用，最大限度回收利用了余热蒸汽。(2)利用旧管线缺点:①因输送距离过远而流量很小、原设计管道直径过大，所以蒸汽热损失较大;②供热的过程中，凝结水不回收，损失了热量，同时还浪费了大量的水资源。(3)虽然利用旧供热管线输送存在着严重的凝结水损失和热量损失，但是损失基本上还在可控范围之内，且固定成本投入与建设周期与重新设计与施工一条新管线相比大幅节省，有很好的经济性。在此分析基础上，工厂尽快完成了对现有集团其他用户至聚酯工厂DN300蒸汽管道的改造，并在改造完毕后，实现向集团其他用户的蒸汽倒输。

参考文献:

［1］李岱森．简明供热设计手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，1998．

［2］孙玉宝，田贯三，王冬，等．济南市集中供热蒸汽管线热损失的调查及分析［J］．区域供热，2006，25(3):29-33．

［3］贺平，孙刚．供热工程(第三版)［M］．北京:中国建筑工业出版社，1993．

作者:宋才华 李圣军 朱炜 陈仁来 刘金铭 单位:桐昆集团股份有限公司