曹博翔

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津300193）

試論蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化

曹博翔

（天津市化工設(shè)計(jì)院，天津300193）

絕大多數(shù)化工企業(yè)均有自己的蒸氣系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)蒸氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化可以達(dá)到降低運(yùn)行成本、減少污染排放的作用，從而增強(qiáng)企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，提高社會(huì)效益。本文通過(guò)對(duì)蒸氣系統(tǒng)進(jìn)行分析，理順蒸氣系統(tǒng)優(yōu)化的思路，并著重從蒸氣輸送系統(tǒng)優(yōu)化入手，對(duì)蒸氣系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行了闡述。

蒸氣系統(tǒng)優(yōu)化；疏水閥管理；節(jié)約成本；減少污染

絕大多數(shù)化工企業(yè)都需要蒸氣系統(tǒng)，因此，優(yōu)化工廠蒸氣系統(tǒng)便成為一種降低操作成本提高盈利的通用方法。優(yōu)化蒸氣系統(tǒng)，可以降低工廠蒸氣和凝水的損失，從而降低工廠運(yùn)行所需蒸氣的產(chǎn)生量，減少工廠運(yùn)行所需化學(xué)燃料的消耗量，此種方法在降低工廠成本的同時(shí)，也降低了二氧化碳排放，是一種兼顧經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的方法。

要實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化，就先要進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，了解系統(tǒng)的整體狀態(tài)，找出系統(tǒng)存在問(wèn)題，并有針對(duì)性的制定解決方案進(jìn)行解決。具體分析全廠蒸氣系統(tǒng)，一般可以分為三個(gè)主要組成部分，它們分別是：蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣輸送管網(wǎng)和蒸氣使用設(shè)備，要優(yōu)化蒸氣系統(tǒng)，就要從這三個(gè)部分入手，進(jìn)行分別優(yōu)化，從而達(dá)到整體優(yōu)化的目的，具體地說(shuō)就是：在同等條件下，提高蒸氣發(fā)生裝置的產(chǎn)氣量、降低蒸氣系統(tǒng)蒸氣損失、減少蒸氣用點(diǎn)用氣量，這樣就整體上降低了系統(tǒng)的蒸氣耗量，達(dá)到了對(duì)蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化。下面就嘗試對(duì)不同部分的優(yōu)化進(jìn)行分別分析。

1　裝置產(chǎn)氣優(yōu)化

很多化工裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都會(huì)放出大量的熱，通常工廠生產(chǎn)中發(fā)出的大量熱能會(huì)通過(guò)余熱鍋爐轉(zhuǎn)化為蒸氣，從而使裝置在消耗蒸氣的同時(shí)，也產(chǎn)生大量的蒸氣。對(duì)于一個(gè)經(jīng)過(guò)精心規(guī)劃，設(shè)計(jì)合理的企業(yè)，其自身工藝裝置完全可以做到蒸氣自給自足，而工業(yè)鍋爐僅開(kāi)停工時(shí)使用。具體的方法，通常有以下幾種：降低余熱鍋爐排放煙氣的溫度、合理設(shè)計(jì)裝置內(nèi)部熱能交換裝置，多利用物料間互相加熱以提高能量利用效率，減少鍋爐負(fù)荷等，也即是說(shuō)，通常設(shè)備產(chǎn)氣裝置的優(yōu)化，是需要在整體設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)，就做通盤(pán)考慮的，要對(duì)蒸氣產(chǎn)生裝置進(jìn)行優(yōu)化，就要對(duì)余熱鍋爐的吹灰裝置進(jìn)行優(yōu)化選型、對(duì)省煤器的管表面積進(jìn)行改造、調(diào)整蒸餾塔、反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備的熱量分布以減少熱量釋放等等方式，這些雖然能從本質(zhì)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行提升，但不難想象，對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行的企業(yè)而言，不是能夠輕易實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于部分采取全部蒸氣外購(gòu)的企業(yè)而言，此種方式也是無(wú)法考慮的，因此通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)氣系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化蒸氣系統(tǒng)，需要各單位根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體考慮。

2　蒸氣消耗設(shè)備優(yōu)化

通常，在全廠的蒸氣平衡中，工藝設(shè)備的耗氣量占全廠總用氣量的比重能夠達(dá)到50%以上。就其特點(diǎn)而言，裝置工藝設(shè)備的用氣量并非固定，其隨原料性質(zhì)及產(chǎn)品加工方案有較大的變化，這使工藝優(yōu)化節(jié)氣有較大的空間，節(jié)能潛力十分巨大。但由于不同的工廠，生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，采用的工藝不同，設(shè)備情況也不同，所以很難有共通的經(jīng)驗(yàn)，需要進(jìn)行個(gè)案分析，結(jié)合日常生產(chǎn)中的實(shí)際制定優(yōu)化方案。

3　蒸氣輸送管網(wǎng)優(yōu)化

蒸氣輸送系統(tǒng)優(yōu)化，就要著眼于蒸氣系統(tǒng)中所有可能造成蒸氣泄漏和損失的點(diǎn)，比如，管道上的法蘭、閥門(mén)密封或者疏水閥和放凈閥組成的凝水排放點(diǎn)，而究其重點(diǎn)，則應(yīng)放在凝水排放點(diǎn)管理。

凝水排放點(diǎn)的功能是要將蒸氣系統(tǒng)中所有需要放凈的地方存在的蒸氣凝水排凈，而同時(shí)將蒸氣留在系統(tǒng)內(nèi)。凝水排放點(diǎn)管理的目的，就是保證凝水排放點(diǎn)的功能順利實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)中不能存在因?yàn)槭杷y堵塞或者放凈堵塞造成的凝水集聚。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸氣系統(tǒng)中，大約80%～90%的凝水排放點(diǎn)是管道上的蒸氣疏水閥，這意味著實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸氣分配總管、伴熱管和相關(guān)管道上疏水閥的有效管理，就可以從極大程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸氣輸送系統(tǒng)的優(yōu)化。相比于對(duì)裝置產(chǎn)氣裝置的優(yōu)化和蒸氣消耗裝置的優(yōu)化，對(duì)凝水排放點(diǎn)的管理就容易得多，也更具有普遍性和可操作性。因此，下面著重介紹一下凝水排放點(diǎn)的管理。

3.1建立疏水閥管理制度

工廠年檢對(duì)于了解工廠的健康情況至關(guān)重要。這種檢查應(yīng)該包括對(duì)所有蒸氣疏水閥進(jìn)行調(diào)查以便摸清裝置疏水閥整體狀況，從而有針對(duì)性的做出維護(hù)方案并進(jìn)行相關(guān)評(píng)估。有些工廠認(rèn)為，按照疏水閥廠家提供的信息，一臺(tái)疏水閥根據(jù)自身種類的不同，通常具有幾年甚至十年的使用壽命，在這種情況下，是否還需要對(duì)其進(jìn)行年檢呢？答案當(dāng)然是肯定的，原因是多方面的，首先，制造商提供的使用壽命通常是基于其自身的測(cè)試方法得出的結(jié)論，而在實(shí)際操作中，疏水閥由于其自身所處實(shí)際環(huán)境的影響，通常無(wú)法達(dá)到廠家宣傳的壽命。其次，廠家宣傳的使用壽命是通常是基于對(duì)大量疏水閥統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，如果現(xiàn)場(chǎng)安裝了一批預(yù)期壽命為4a的疏水閥，那么每年會(huì)有25%的閥門(mén)可能損壞，如果這25%的故障疏水閥在第一年無(wú)法得到及時(shí)的維修更換，顯然其在第二年會(huì)損壞更加嚴(yán)重，而同時(shí)，另外25%的疏水閥在第二年也開(kāi)始損壞，年復(fù)一年，當(dāng)安裝的第四個(gè)年頭到來(lái)，大部分甚至所有疏水閥都已發(fā)生不同程度故障，不得不進(jìn)行維修更換時(shí)，其實(shí)已經(jīng)對(duì)工廠造成了巨大的損失、增加裝置運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并增加運(yùn)行成本。比如，所有供熱設(shè)備都是根據(jù)其具體工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，具有不同的蒸氣凝結(jié)量。蒸氣凝水的不當(dāng)積聚，會(huì)影響設(shè)備的蒸氣換熱表面積，從而影響效果。裝置中蒸氣的作用是將熱量和能量輸送到系統(tǒng)使用點(diǎn)，凝水聚集會(huì)降低能量傳輸效率，而凝水積聚造成水錘，更是會(huì)直接對(duì)設(shè)備造成損害。因此通過(guò)嚴(yán)格年檢將疏水閥及時(shí)恢復(fù)到零故障狀態(tài)是十分關(guān)鍵和必要的。

所有使用蒸氣的工廠都應(yīng)制定具有前瞻性和負(fù)責(zé)任的疏水閥管理程序，化工裝置中的所有凝水排放點(diǎn)都應(yīng)被嚴(yán)格監(jiān)控，所有凝水排放點(diǎn)應(yīng)該至少每年檢查一次，對(duì)于檢查發(fā)現(xiàn)的故障凝水排放點(diǎn)，無(wú)論是由于蒸氣泄漏還是堵塞，都應(yīng)及時(shí)修理，以保證無(wú)蒸氣泄漏的正常排水。

不論是要建立嚴(yán)格的疏水閥管理制度，還是要嚴(yán)格履行此一制度，都需要了解疏水閥的故障原因和檢驗(yàn)手段，以下對(duì)這兩點(diǎn)分別進(jìn)行闡述。

3.2疏水閥故障原因

疏水閥故障的情況通常有兩種，排水故障和泄露故障。排水故障即疏水閥無(wú)法將蒸氣凝水從系統(tǒng)中排出，泄漏故障是指由于疏水閥損壞，在排出蒸氣凝水的同時(shí)泄漏蒸氣。

那么這兩種故障那種更重要呢？通常人們更加重視泄漏故障，因?yàn)檫@種泄露蒸氣的故障在氣溫較低時(shí)，會(huì)造成白霧彌漫的現(xiàn)象，給人直觀感受更加明顯，但實(shí)際上，發(fā)生泄漏故障的疏水閥仍具有疏水閥最基本的功能——及時(shí)將蒸氣凝水從系統(tǒng)中排出，而疏水閥一旦發(fā)生排水故障，雖然給人的直觀感受并不明顯，但其已經(jīng)喪失了作為排水裝置最基本的排水功能，正如蘇軾所說(shuō)：“天下之患，最不可為者，名為治平無(wú)事，而其實(shí)有不測(cè)之憂?！边@種觀點(diǎn)同樣適用于疏水閥維護(hù)，關(guān)鍵而隱蔽的故障其實(shí)才是最應(yīng)該被重視的。

那么，通常造成疏水閥排水故障的原因是什么呢？

一般來(lái)說(shuō)，造成疏水閥故障的原因有三個(gè)：磨損、堵塞和選型不當(dāng)。磨損和選型不當(dāng)很好理解，磨損會(huì)隨著疏水閥的正常使用自然發(fā)生。選型不當(dāng)通常是由于選用了一臺(tái)適用條件與操作條件不符的疏水閥，或者一臺(tái)排水能力過(guò)小的疏水閥，在這種情況下，即使安裝的疏水閥是完好的，仍無(wú)法正常排水，蒸氣疏水閥應(yīng)針對(duì)所處的具體操作條件進(jìn)行特別選型，通過(guò)精心設(shè)計(jì)，此種問(wèn)題是可以避免的。造成堵塞故障的原因是：蒸氣凝水?dāng)y帶的過(guò)多渣滓，隨著凝水沖刷被留下來(lái)，堵塞管道孔板或粗濾器的濾網(wǎng)，造成水流不暢。磨損和阻塞都會(huì)造成疏水閥無(wú)法按照設(shè)計(jì)指標(biāo)正常運(yùn)行。

造成排水故障的最常見(jiàn)原因是堵塞和選型不當(dāng)，泄漏故障的原因可能是由于磨損、堵塞或選型不當(dāng)造成的。

3.3疏水閥故障檢測(cè)

對(duì)故障的及時(shí)解決能很有效降低對(duì)系統(tǒng)造成損壞的風(fēng)險(xiǎn)和系運(yùn)行費(fèi)用，而這一切基于準(zhǔn)確及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障。確定蒸氣疏水閥故障的方法有很多，但是目前國(guó)際上公認(rèn)的有效方法，是綜合運(yùn)用溫度測(cè)量和超聲波檢測(cè)。

在疏水閥入口進(jìn)行高質(zhì)量的溫度測(cè)量可以揭示疏水閥是否正在積蓄凝水，而積聚凝水通常表明存在某種形式的排水故障，所以通常采用溫度測(cè)量來(lái)確定排水故障。

相比之下，當(dāng)蒸氣泄露現(xiàn)象尚不明顯時(shí)，確定泄漏故障則更為困難。人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在封閉系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)的液體會(huì)發(fā)出超聲波噪音，利用超聲波檢測(cè)儀器能檢測(cè)出凝水流動(dòng)和蒸氣泄露發(fā)出的不同噪聲，基于兩者間的超聲波特征的區(qū)別，就可以確定疏水閥的操作狀態(tài)。目前超聲波檢測(cè)以已為確定泄漏故障的最有效手段。發(fā)展出的超聲波檢測(cè)儀器，有些可以輸出音頻信號(hào)，以供檢查者進(jìn)行主觀判斷，此種方法的準(zhǔn)確性取決于檢查者的經(jīng)驗(yàn)。世界上現(xiàn)已有廠家制造出可以對(duì)實(shí)際超聲讀數(shù)和已知值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比照的檢測(cè)儀器，此種超聲波檢測(cè)儀能夠直接顯示疏水狀態(tài)。

在建立嚴(yán)格疏水閥管理制度的基礎(chǔ)上，采用以上手段對(duì)全廠蒸氣疏水閥進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，就能夠在極大程度上保證蒸氣輸送系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而達(dá)到使蒸氣輸送系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)的目的。

最后，有一個(gè)觀點(diǎn)，需要借此機(jī)會(huì)提一下。由于所有的凝水排放點(diǎn)都不可避免地會(huì)造成蒸氣的損失，有些人認(rèn)為通過(guò)減少系統(tǒng)中多余的凝水排放點(diǎn)，就可以減少蒸氣損失，他們的理論依據(jù)是在設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)蒸氣系統(tǒng)的凝水排放點(diǎn)時(shí)，往往存在冗余度。當(dāng)然，這種做法在理論上是可行的，但是，在實(shí)踐中，這樣做卻是需要慎重的，理由是雖然蒸氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在冗余量，但這個(gè)冗余量可能只有設(shè)計(jì)人自己知道，而現(xiàn)在可能已經(jīng)淹沒(méi)在大量的設(shè)計(jì)文件中，無(wú)法查找到。而即使找到，設(shè)計(jì)計(jì)算的狀態(tài)和工廠實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)也是存在差異的，而要獲得準(zhǔn)確的冗余度，可能需要對(duì)整個(gè)蒸氣系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)并分析每一處疏水排放點(diǎn)，而這一工程的工作量是十分巨大的，只有在此基礎(chǔ)上，才能較為可靠地減少凝水排放點(diǎn)的數(shù)量。

4　結(jié)論

以上通過(guò)對(duì)蒸氣系統(tǒng)各部分的分析，對(duì)蒸氣系統(tǒng)整體優(yōu)化的基本思路進(jìn)行了梳理，希望能夠?qū)τ写诵枰幕て髽I(yè)起到一定的參考作用。蒸氣系統(tǒng)優(yōu)化可以顯著降低企業(yè)成本、減少能量和原料消耗，從而在提高企業(yè)的盈利能力同時(shí)，降低對(duì)環(huán)境污染，無(wú)論是從提高企業(yè)本身的經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，還是從國(guó)家環(huán)境保護(hù)的大局看，都是十分有利和必要的，值得引起相關(guān)企業(yè)高度重視。

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.04.014

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C

1008-1267（2016）04-0042-03

2016-03-10