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工厂蒸汽系统节能解析

时间：2022-10-28 来源：浏览：

工厂蒸汽系统节能解析

化工交流

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功能介绍精细化工、工艺技术、三废、农药、涂料、等行业学习！

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多年来，我们与各行业用户在沟通过程中，常常听到用户反馈，对于蒸汽系统节能，因为牵涉到方方面面，不知道该从哪下手？该怎么做？还有一点，就是大部分用户不知道自己工厂目前的能耗是否算合理水平？到底有没有节能潜力？是否需要做节能改造？如果是集团公司的，可以各兄弟公司之间互相比较，大致可以知道自家的能耗水平；如果不是集团公司的，则只能同行业之间来比较，一般每个行业都会有一些经验值，多少产能对应消耗多少蒸汽，由此来评估自家的能耗水平。

节能减排 是 全球关注并持续研究的共同课题， 其实也是老生常谈了。下面我们就从蒸汽系统的五个方面来展开说明，期望能帮助我们的用户科学合理的进行节能改造，减少环境污染，降低蒸汽成本！

一、蒸汽系统 由哪些 部分组成 ？

1. 蒸汽产生系统；

2. 蒸汽输送系统；

3. 蒸汽疏水系统；

4. 冷凝水回收系统；

5、冷凝水处理系统

二、蒸汽用户普遍存在的问题：

• 蒸汽系统不平衡

• 二次蒸汽、余热不利用

• 跑冒滴漏、浪费严重

• 冷凝水不回收

• 关键阀门质量不合格

• 设计选型管理维护存在较大问题

节能改造 得从以下五 个方面开始

三、蒸汽产生系统的节能技术：

蒸汽来源目前主要是自备锅炉或 者外部热电厂集 中供热 。

3.1 如果是自备锅炉：

A 、首先必须 选用一个 能效较高新一代节能锅炉 ，当然还要考虑是否符合环保要求（比如现在很多城市要求使用天然气锅炉，不准使用燃煤锅炉，那用户需要尽快进行煤改气改造）；

B 、 尽量选择燃烧效率大于 80% 的锅炉 ；

C 、锅炉压力宜尽量高，尽量接近额定压力 ；

D 、 尽量利用回收余热，提高锅炉的给水温度 ，事实证明，给水温度每提高6℃ ，则锅炉需要的燃料将减少 1% ，这个数字是非常可观的。大部分工厂只要做正常的冷凝水回收，锅炉回水温度都可达 80-85 ℃（当然这是指没有蒸汽泄漏的情况下，如果是以疏水阀泄漏为代价，而导致的回水温度提高，那是非常得不偿失的）。

E、锅炉排污水必须回收 ：锅炉连续排污系统从锅炉底部排出的排污水是高压热水，大约占总蒸发量的 5~10%，而且会产生大量闪蒸汽，建议利用排污闪蒸罐进行回收二次利用。

3.2如果是热电厂蒸汽：

一般电厂都是生产高温高压的过热蒸汽，大部分的电厂一般都会先做 减温减压 ，再供汽给各企业，但也有些电厂仅仅把压力降下来了，并没有降温，相当于供给企业的还是过热蒸汽，那这时企业必须自己做 减温系 统， 把过热蒸汽转化成饱和蒸汽 ， 因为饱和蒸汽的热效能远远大于过热蒸汽，且更加容易控制 。

四、蒸汽 输送系统 的节能技术 ：

许多用户的蒸汽管网是在逐年不断扩建中而形成的，管道也是不断的增加、续接而成，因此往往存在许多比较复杂的问题，有时候没法综合考虑，只能是 “ 两害相权取其轻 ”。

蒸汽传输的要点是减少 “跑冒滴漏”，并保证蒸汽品质 ，实际生产中，很多企业忽略了蒸汽品质的保障，因为很难确切的预测和控制管道内蒸汽的状态，以及达到用汽点的实际压力和饱和度等参数。

蒸汽输送管网的有效节能保障措施有以下几点：

4 .1 保证 蒸汽管道的流速

因为管内蒸汽 流速过 大， 蒸汽压 降就增大， 用汽点的蒸汽品质 随之下降，最终会消耗更多 的蒸汽 。相反地，如果管内流速过低，冷凝速度加快，热损也就随之增大。

解决：根据实际工况工艺需求，严格计算蒸汽流量，然后根据压力、流量和流速等参数，计算出相应的管径，选用与之匹配的阀门，也可根据下表直接选管。

4.2尽量降低 蒸汽管道的散热

所有 蒸汽管道表面 、法兰、阀门等都应保温，减少辐射散热损失。

另外，如果不是非常必要，总管尽量选用一根大主管输直至车间，不要过早的分成几根小管输送，因为一根大管的散热面积较小些，散热较少，我们应该尽可能选用大管输送蒸汽。

例如：在同样压力下，一根 DN150 的蒸汽管道的输送能力与 4 根 DN80 的管道大约

相同，但是， 4 根 DN80 的散热损失却是 DN150 的 2.5 倍。

4 .3 正确设计 主管道疏水

A、蒸汽主管沿管长平均间隔 30-50 米应该设立疏水点；在管道的低点、拐弯处和末端也要设置疏水点；

B、如果疏水点或管线设计错误，冷凝水无法及时排出，就会对阀门管道、弯头、设备等造成严重的水锤冲击和破坏，且降低了后续换热器的换热效率。

C、主管疏水，需要先在管道上做一个集水井，然后再接小口径的疏水管道，这样冷凝水才能顺利的陷落到集水井，然后通过疏水阀排出。否则，没有集水井的话，很多时候冷凝水无法陷落，直接继续被蒸汽推走，导致后端蒸汽湿度大，产生水锤等问题。

4.4蒸汽分支管要正确设计

所有蒸汽支管都应从主管的顶部引出取汽，这样才能得到尽可能干燥的蒸汽。因为冷凝水是沿着主管底部流动的，如果支管从主管的底部引出，那后面取得的是冷凝水和湿蒸汽的混合物。

从高位主管引出到地面的支管，在送到设备之前的低点也必须疏水。

4.5避免管路上阀门“跑冒滴漏”

建议选用 way ’ s 波纹管密封截止阀，开关轻松，零泄漏，寿命很长（至少 5年以上），那为什么呢？参见下面的节能计算：

A、 波纹管截止阀解决外漏问题 ： 若使用 填料密封阀门，容易外漏。

举例：DN100 的填料截止阀，介质为 10barg 压力的蒸汽，若因为填料被磨耗掉 1mm ，也就是说填料与阀杆的间隙为 0.5mm ，已知阀盖孔径为 35mm ，由此可计算出泄漏量： ( 式中 V 为流速， ρ为密度)

Q=AVρ*3600= 【 3.14* （ 0.035 ² -0.0345 ² ） /4】*10*5.63584*3600=5.5kg/h

那么若工厂持续运行，则一年 因为这一个 DN100的填料截止阀泄漏 而损失的蒸汽量为：5.5*24*365=48180kg=48.18T,按照目前每吨 蒸汽单价 2 00 元计算,则 每年因此而损失了 9636 元 !

而购买一个 DN100的波纹管截止阀的成本大约为3000元，不到损耗成本的30%！损失掉的能源成本足以购买3~4台优质的波纹管截止阀了！所以说，截止阀的明显外漏是坚决要杜绝的！而使用波纹管截止阀则可以彻底解决此泄漏，完全不可能产生这种损耗。

B、 截止阀的内漏 问题：

举例：DN100 的截止阀，其阀座内孔径为 100MM ，介质为 10barg 压力的蒸汽，截止阀内漏，主要是因为密封面上被冲蚀或杂质卡坏，我们把他看成是很多个小孔在泄漏，假设有 10 个 0.2MM 的小孔，则其损耗的蒸汽量为：

根据Napier方程,推导出流量计算公式, 流量(kg/h)=0.4d ² ( P ₁ +1) 式中d=孔径（mm）,P ₁ =表压（Barg ），那么 10个0.2mm的小孔在10Barg压力时损失的蒸汽量=10*0.4*0.2 ² *(10+1)=1.76kg/h，那么若工厂持续运行，则一年 因为这个 DN100的截止阀内漏而 损失的蒸汽量为： 1.76*24*365=15418kg=15.418T,按照目前每吨蒸汽单价 2 00 元计算,则每年因此 而损失了 3083 元 ! — 这足以购买1台密封很好的优秀品牌波纹管截止阀的。

同样的道理，若阀门和管线上有穿孔现象，若此孔径为 2mm，10barg压力下，每小时将损失17.6 kg/h蒸汽，这需要立即解决。所以， 请坚决杜绝 “跑冒滴漏”。

4.6提高蒸汽品质：

建议选用 way ’ s 汽水分离器，分离效率高达 99%，可以得到高品质的“干蒸汽”，那为什么呢？参见下面的节能计算：

A、虽然疏水阀可以去除蒸汽中大部分水分，但只能排除已经形成的液态冷凝水，并不能分离出悬浮在蒸汽中的气态水分（液滴），因此很多工况仅仅安装疏水阀是不够的。为分离掉这些悬浮液滴，需要在蒸汽管道上安装汽水分离器。

·此设备可极大地提高蒸汽品质，排除蒸汽中99%的水分，100%的空气，极大地提高了蒸汽品质，提高热效率。

·经过汽水分离器后的干蒸汽加热物料，确保物料换热均匀。

·可有效地防止水锤，延长后续蒸汽管道、阀门及换热设备的寿命，减少管路中的震动和噪声。

·将少后续管道设备结垢的问题，提高换热效率。

B 、 为什么使用汽水分离器能提高热效率、节约能源？

举例：

如果汽水分离器的效率为98%，上游蒸汽的干度为0.90，请问下游蒸汽的干度？

答案: 如果蒸汽干度为0.90，那么1000g中含水为：

（1-0.90）×1000g = 100g 水

由于汽水分离器的效率为98%，去除了0.98 x 100g = 98g的水。意味着蒸汽干度变为:1-【（100-98）/1000】=0.998 这样，我们完全可以认为是得到了干蒸汽。

再计算一下热效率：

由上面看出，上游蒸汽的干度为0.90，那么1KG蒸汽中实际有效的蒸汽只有1*0.9=0.9KG；

经过汽水分离器后，下游蒸汽的干度增大为0.998，那么这1KG蒸汽中实际有效的蒸汽就有1*0.998=0.998KG；

也就是说蒸汽热效率提高了【（ 0.998-0.9）/0.9】*100%=10.89%，对于蒸汽系统，节能10.89%是非常可观的！

4.7 要遵循 “高压输送、低压使用”蒸汽的原则

4.7.1 高压输送的好处 ：

A、如果蒸汽压力越高，密度越大，单位质量蒸汽所占用的空间会越少。所以蒸汽锅炉经常在高压力运行，较小的锅炉也能产生很多蒸汽，然后通过比较小的管道输送到用汽点。

B、压力越高，温度也越高，蒸汽冷凝的速度就越慢，因此，输送热效率要高。

4.7.2 蒸汽减压（ 使用低压蒸汽 ） 的原因 ：

A、压力越低，蒸汽的热焓值越高，1.6MPa时热焓值为1922.64kJ/kg，0.8MPa时热焓值为2030.31kJ/kg，0.3MPa时热焓值为2133.33kJ/kg。

假设管径为 DN100，蒸汽流量为4t/h，利用DN80减压阀从0.8减到0.3MPa时，节约了4000*103kJ/kg=412000kJ/h的热量，相当于节约了蒸汽412000/2030.31=203kg/h，转换成百分比203/4000=5%， 即加装一个 DN80 减压阀可以节能 5% ，非常可观！！

因此 使用低压蒸汽可以减少锅炉的蒸汽负荷， 可以节约能源 。因此尽量让锅炉生产较高压力的蒸汽，然后在使用点进行减压。只有 增加减压站 ，才可以得到高品质的稳定的低压饱和蒸汽，这是设备工艺所需要的。

B、蒸汽压力越低，后续阀门管道及设备的投资成本更低，运行成本也更低。

C、压力越低，冷凝水温度也越低，疏水阀后冷凝水闪蒸比例降低，损失的热量也就相应降低了，更节能。

4.8要及时排出管道中的空气

空气的传热热阻是钢的1500~3000倍，是铜的8000~16000倍，这表示0.025 mm厚的空气层相当于400 mm厚铜壁产生的热阻。

热阻越大，温度梯度越大，这表示为了达到同样的产品温度，需要更高的蒸汽压力，如下图：

因此在制程和空间加热应用中，所有的蒸汽加热设备换热器表面，空气膜和冷凝水膜是普遍存在的，为了得到最佳的产品质量， 为了节能， 必须 及时排除冷凝水和空气，是非常有效的办法，可以大大热高热效率。 建议使用专门的 自动排气阀 。

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