王其營(yíng)

(山東慧通輪胎有限公司，山東 萊蕪 271114)

輪胎企業(yè)蒸汽系統(tǒng)的使用和管理

王其營(yíng)

(山東慧通輪胎有限公司，山東 萊蕪 271114)

結(jié)合輪胎生產(chǎn)的實(shí)際，介紹了蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)的組成，蒸汽的種類和參數(shù)，鍋爐除氧加熱和水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，蒸汽的計(jì)量、管道安裝及配置，蒸汽的使用和管理，凝結(jié)水回收和利用等，輪胎生產(chǎn)企業(yè)可以結(jié)合實(shí)際進(jìn)行對(duì)照，找出可以改進(jìn)的部位，進(jìn)而提高本企業(yè)蒸汽系統(tǒng)的效率，降低蒸汽系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

輪胎企業(yè)；蒸汽系統(tǒng)；使用；管理

蒸汽是輪胎生產(chǎn)企業(yè)主要的生產(chǎn)介質(zhì)和載熱體，使用范圍廣且用量較大。本文結(jié)合輪胎生產(chǎn)實(shí)際，介紹了蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)的組成，蒸汽的種類、特點(diǎn)和參數(shù)，鍋爐除氧加熱和水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，蒸汽的計(jì)量，蒸汽管道的安裝及配置，蒸汽的使用和管理，凝結(jié)水回收和利用等，供同行參考。

1 蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)的組成

輪胎生產(chǎn)企業(yè)所用蒸汽一般來自熱電廠或自備蒸汽鍋爐，而且通常是過熱蒸汽。其中一部分過熱蒸汽輸送至動(dòng)力站除氧加熱系統(tǒng)用于外胎硫化內(nèi)壓水的加熱，另一部分進(jìn)入蒸汽蓄熱器儲(chǔ)存熱能并以飽和蒸汽的形式輸送至分汽缸，由分汽缸按照各用汽單位所需要的壓力分別調(diào)壓輸送。蒸汽在完成熱交換后，會(huì)形成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)過疏水閥組、凝結(jié)水回收裝置、凝結(jié)水回收泵回收以后，再經(jīng)過機(jī)械過濾裝置過濾鐵銹等雜質(zhì)，進(jìn)入除氧加熱器，經(jīng)鍋爐供水泵加壓作為鍋爐給水循環(huán)使用。使用熱電廠輸送來的生產(chǎn)蒸汽經(jīng)冷凝回收過濾后，凝結(jié)水及二次閃蒸汽可以再利用。蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)的組成見圖1。

2 蒸汽的種類和參數(shù)

2.1 蒸汽的種類

根據(jù)壓力和溫度的不同，蒸汽可分為飽和蒸汽和過熱蒸汽兩種。

圖1 蒸汽與凝結(jié)水系統(tǒng)示意圖

鍋爐給水經(jīng)鍋爐供水泵送入鍋爐省煤器內(nèi)，吸收煙氣熱量提高水溫后，進(jìn)入鍋筒，再經(jīng)過爐內(nèi)熱輻射和對(duì)流管束等蒸發(fā)受熱面，吸收高溫?zé)煔獾臒崃浚怪序v汽化形成飽和蒸汽。此時(shí)飽和蒸汽的壓力p和溫度ts相互對(duì)應(yīng)，即某一飽和蒸汽壓力對(duì)應(yīng)某一飽和蒸汽溫度，反之亦然。此汽化過程中所加入的熱量稱之為汽化潛熱r，也就是一定壓力和溫度的飽和蒸汽所攜帶的熱量。

飽和蒸汽由鍋筒進(jìn)入鍋爐過熱器進(jìn)一步吸收高溫?zé)煔鉄崃?，繼續(xù)在一定壓力下加熱，蒸汽溫度開始升高，并超過飽和溫度ts而成為過熱蒸汽。其超出飽和溫度之值稱之為過熱度，這種超過飽和溫度的蒸汽稱為過熱蒸汽。

2.2 蒸汽的特點(diǎn)

2.2.1 飽和蒸汽

飽和蒸汽具有以下特點(diǎn)：①利用汽化潛熱快，加熱均勻，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率；②控制壓力就可以確定和控制溫度；③傳熱系數(shù)高，要求傳熱面積相對(duì)較小，能夠有效的減少初期的設(shè)備投入；④原料是水，安全清潔且低成本。

用飽和蒸汽加熱時(shí)應(yīng)注意：①如果鍋爐本體不帶過熱裝置，所產(chǎn)生的蒸汽會(huì)包含著一些沒有完全蒸發(fā)的水分子，即俗稱的濕蒸汽（不是干蒸汽），在加熱過程中會(huì)造成加熱效率降低。②熱輻射的熱損失會(huì)使部分蒸汽凝結(jié)，容易形成凝結(jié)水，應(yīng)在管道適當(dāng)?shù)牟课话惭b疏水閥，將凝結(jié)水排出。③重的凝結(jié)水容易經(jīng)過管道底部的疏水閥排出，但是夾帶著小水滴的濕蒸汽會(huì)降低產(chǎn)品的換熱效率，應(yīng)安裝汽水分離器。④蒸汽在管道中的摩擦?xí)斐蓧毫p失，蒸汽溫度也會(huì)相應(yīng)損失。

2.2.2 過熱蒸汽

過熱蒸汽的特點(diǎn)：①與飽和蒸汽的汽化潛熱相比，過熱蒸汽冷卻到飽和溫度釋放的熱量較少，因此很少用于工業(yè)制程的熱量傳遞，以免降低設(shè)備的性能。②為保證驅(qū)動(dòng)設(shè)備不會(huì)因?yàn)槟Y(jié)水受損，驅(qū)動(dòng)設(shè)備一般使用過熱蒸汽，不但可以提高熱效率和驅(qū)動(dòng)工作能力，而且在供給和排放時(shí)不會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)水，可以避免設(shè)備的碳酸侵蝕和腐蝕。

使用過熱蒸汽加熱時(shí)應(yīng)注意：①過熱蒸汽傳熱系數(shù)低，需要較大的傳熱面積。②不能通過壓力的控制來調(diào)控蒸汽溫度，過熱蒸汽需要保證較高的運(yùn)輸速度，以免熱量損失導(dǎo)致溫度下降。③使用顯熱來傳遞熱能，溫度的下降會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成不利影響。④對(duì)輸送管道后使用設(shè)備的耐熱性要求高，初期投入較大。

因此，在熱交換器中，飽和蒸汽比過熱蒸汽更適合作為熱源，但是過熱蒸汽在動(dòng)力驅(qū)動(dòng)中更具有優(yōu)勢(shì)。

2.3 蒸汽品質(zhì)

蒸汽品質(zhì)是指蒸汽的潔凈程度以及對(duì)相關(guān)參數(shù)的要求，對(duì)蒸汽的使用會(huì)產(chǎn)生較大影響。

蒸汽應(yīng)該具有符合使用要求的壓力和溫度，這是保證用汽設(shè)備安全高效運(yùn)行的前提。保證蒸汽管道的正確選擇，確保蒸汽在輸送的過程中不會(huì)出現(xiàn)過大的壓降，同時(shí)還應(yīng)避免由于選型過大而造成的投資浪費(fèi)和散熱損耗。

我們使用蒸汽主要是利用蒸汽所含有的汽化潛熱，飽和蒸汽釋放出汽化潛熱后自身就會(huì)成為凝結(jié)水。如果蒸汽中含有大量的凝結(jié)水，凝結(jié)水的熱量則很難被利用，因此蒸汽應(yīng)干燥、不含水分。

蒸汽管道中如果含有水垢、焊渣、鐵銹等雜質(zhì)，會(huì)影響控制閥和疏水閥的運(yùn)行，使系統(tǒng)不能正常工作。因此，蒸汽及其輸送、使用系統(tǒng)應(yīng)潔凈。

當(dāng)空氣和不凝性氣體進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)而不能及時(shí)有效地排除時(shí)，會(huì)使蒸汽系統(tǒng)無法反映真實(shí)的壓力值，會(huì)造成管道和設(shè)備的腐蝕，而且還會(huì)增大熱量的傳遞熱阻，影響蒸汽的換熱效率和用能設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，蒸汽中應(yīng)不含空氣和不凝性氣體。

為此，可通過降低爐水的含鹽量、提高給水品質(zhì)、增加排污量、分段蒸發(fā)、配置完善的汽水分離裝置、適當(dāng)控制爐水堿度、采用蒸汽清洗裝置降低飽和蒸汽帶水和減少蒸汽中的溶鹽等措施來提高蒸汽的品質(zhì)。

3 蒸汽系統(tǒng)的組成

蒸汽系統(tǒng)主要由鍋爐除氧加熱系統(tǒng)、凝結(jié)水處理裝置、蒸汽計(jì)量裝置、蒸汽管道、蒸汽蓄熱器等組成。

3.1 鍋爐除氧加熱系統(tǒng)除氧加熱器是鍋爐及供熱系統(tǒng)主要設(shè)備之一，也是鍋爐安全運(yùn)行的重要保障。其工作原理是加熱給水到對(duì)應(yīng)除氧器工作壓力下的飽和溫度，除去溶解于給水的氧及其它氣體，防止和降低鍋爐給水管、省煤器和其它附屬設(shè)備產(chǎn)生氧腐蝕。

3.2 凝結(jié)水處理裝置

蒸汽在完成換熱后，最終變成凝結(jié)水?；厥盏哪Y(jié)水先經(jīng)過機(jī)械過濾裝置過濾，再經(jīng)過除氧加熱器除氧加熱后，經(jīng)鍋爐供水泵加壓進(jìn)入鍋爐本體作為補(bǔ)充水循環(huán)使用。

3.3 蒸汽系統(tǒng)的計(jì)量裝置

蒸汽系統(tǒng)的計(jì)量裝置是觀察蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行是否正常最直觀的工具，也是進(jìn)行成本核算及運(yùn)行考核的依據(jù)；同時(shí)能根據(jù)計(jì)量裝置反映的異常判斷可能存在的問題，制定相應(yīng)的措施，確保蒸汽系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。蒸汽系統(tǒng)的計(jì)量裝置包括水、煤、蒸汽三部分的計(jì)量，在此重點(diǎn)對(duì)蒸汽的計(jì)量進(jìn)行闡述。

由于蒸汽系統(tǒng)溫度較高，飽和蒸汽又易變?yōu)槠⒁簝上嗔?，相比之下測(cè)量難度較大。因此，蒸汽計(jì)量器具的選用對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響較大，特別是供需雙方存在貿(mào)易時(shí)，計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性就顯得更為重要。

在選擇蒸汽流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：測(cè)量方法、性能要求和儀表規(guī)范、被測(cè)流體特性、環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)條件（購置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、校驗(yàn)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用）。

目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)采用的蒸汽流量計(jì)主要有孔板差壓式流量計(jì)、渦街流量計(jì)和分流旋翼式流量計(jì)等幾種形式。一般管徑在Dg200 mm以上的蒸汽管道，采用孔板差壓式流量計(jì)；管徑在Dgl00 mm以下的蒸汽管道，除了孔板差壓式以外，渦街流量計(jì)使用數(shù)量越來越多；管徑在Dg50 mm以下的，多為渦街流量計(jì)和分流旋翼式流量計(jì)。無論采用何種流量計(jì)檢測(cè)蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下工作，必須采取壓力補(bǔ)償措施，以減少計(jì)量誤差。

通過對(duì)鍋爐產(chǎn)生蒸汽及使用蒸汽的計(jì)量，可以準(zhǔn)確判斷鍋爐的運(yùn)行狀況以及各機(jī)臺(tái)、工序使用蒸汽的變化，對(duì)出現(xiàn)的異常情況能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理。

3.4 蒸汽管道的安裝及配置

在輸送管道安裝前，要根據(jù)實(shí)際需要的流量、壓力、流速來選擇合適的管徑，并正確安裝，以確保投資適宜、熱損失最小、輸送蒸汽的質(zhì)量最好。

管道在安裝后、使用前，需要進(jìn)行合理、經(jīng)濟(jì)的保溫，以減少熱損失，提高熱效率，節(jié)約能源。

3.5 蒸汽蓄熱器

蒸汽蓄熱器是一種以水為介質(zhì)的儲(chǔ)汽蓄熱壓力容器，在供汽系統(tǒng)中儲(chǔ)存多余熱量，并在需要時(shí)將所蓄的熱量釋放出來。為減少蒸汽在輸送和使用過程中的壓力波動(dòng)，在進(jìn)入蒸汽分汽缸之前的主管路上安裝一臺(tái)容積適當(dāng)?shù)恼羝顭崞?，可以保證蒸汽在輸送和使用過程中的壓力平穩(wěn)；并且在鍋爐或熱電廠供汽出現(xiàn)短期故障時(shí)，壓力不會(huì)降低的太快，從而可以提供應(yīng)急處理的時(shí)間，減少生產(chǎn)上的損失。

4 蒸汽的使用和管理

4.1 蒸汽輸送和使用原則

蒸汽系統(tǒng)要達(dá)到高效輸送和使用的目的，應(yīng)當(dāng)遵循高壓輸送、低壓使用的原則。高壓輸送蒸汽主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①蒸汽管道口徑小，熱損失少；②管道費(fèi)用低；③管道的隔熱保溫費(fèi)用低；④蒸汽的運(yùn)行效率高、品質(zhì)好；⑤在高壓時(shí)，鍋爐更容易達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行效率高；⑥鍋爐的儲(chǔ)熱能力增加，容易處理負(fù)荷的變化，減少汽水共騰和攜帶水的可能性。

4.2 蒸汽壓力控制

在蒸汽低壓使用過程中，需要通過蒸汽減壓閥來獲取不同的蒸汽使用壓力。蒸汽減壓是通過蒸汽流體在閥門中的節(jié)流實(shí)現(xiàn)的，通常采用機(jī)械式蒸汽減壓閥和電動(dòng)氣動(dòng)蒸汽調(diào)節(jié)閥對(duì)蒸汽進(jìn)行調(diào)節(jié)減壓。

首先是根據(jù)調(diào)節(jié)閥的流通能力合理選定調(diào)節(jié)閥，其口徑既不能選得過大，但是也不能過小。其次是正確安裝調(diào)節(jié)閥，要配備必要的疏水閥組和過濾器。

4.3 二次蒸汽的再利用

不同的設(shè)備和工藝需要不同參數(shù)的蒸汽。蒸汽在使用過程中，主要利用其攜帶的熱量和壓力。在完成熱交換后，蒸汽的溫度和壓力都會(huì)降低。這部分壓力和溫度降低的蒸汽，經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理（要求低的可不做處理），還可以作為二次蒸汽繼續(xù)使用。甚至二次使用后的蒸汽，如果壓力和溫度能滿足某種使用要求，還可以作為三次蒸汽繼續(xù)使用，充分利用其余熱和余壓，最后變成凝結(jié)水。這樣就可以節(jié)約大量的一次蒸汽，提高蒸汽系統(tǒng)的熱能效率。

4.4 凝結(jié)水的回收

4.4.1 凝結(jié)水回收方式

目前凝結(jié)水的回收包括開放式回收和密閉式回收兩種方式。

會(huì)上，瑞豐生態(tài)（集團(tuán)）與西班牙海拉舉行了全面戰(zhàn)略合作啟動(dòng)儀式，與韓國(guó)韓源道中央研究院舉行了品牌及技術(shù)戰(zhàn)略合作啟動(dòng)儀式。據(jù)介紹，西班牙海拉迄今已有102年的歷史，在全球50余個(gè)國(guó)家及地區(qū)開展業(yè)務(wù)，致力于為全球農(nóng)業(yè)提供綠色健康的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)。

開放式凝結(jié)水回收裝置是將用汽設(shè)備排放的蒸汽凝結(jié)水通過地溝管道集中回收到一個(gè)敞口的地下水池中，凝結(jié)水?dāng)y帶的蒸汽和凝結(jié)水因減壓到常壓后，閃蒸的二次蒸汽排空或加以利用，剩下的近100℃凝結(jié)水自然或加凝結(jié)水降溫到70℃以下，再用泵輸入軟水箱，作鍋爐補(bǔ)給水。開放式凝結(jié)水回收裝置有3種方式：一是泵放高位的自然冷卻開放器，二是泵放低位的自然冷卻器， 三是擴(kuò)容利用高壓凝水器，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

密閉式凝結(jié)水回收裝置是將用汽設(shè)備排放的凝結(jié)水經(jīng)架空或地溝管道集中回到密閉集中水罐中，然后利用高溫凝結(jié)水綜合回收裝置將100℃以上的軟化水直接輸入鍋爐，組成一個(gè)從供汽到回收的密閉循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前凝結(jié)水回收的較好方式。密閉式凝結(jié)水回收裝置有2種方式：一是泵直接送凝結(jié)水進(jìn)鍋爐回收系統(tǒng)，二是高溫凝結(jié)水綜合回收裝置。

凝結(jié)水回收系統(tǒng)采用密閉式回收會(huì)更加節(jié)能，因?yàn)樗鼪]有二次蒸汽的損失，外觀更加美觀合理，沒有跑冒滴漏。但是在凝結(jié)水回收過程中必須兼顧前端換熱設(shè)備的有效排水問題，而密閉式系統(tǒng)無法解決的問題就是疏水閥的背壓?jiǎn)栴}，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性較差。因此，從兼顧系統(tǒng)可靠性和能源節(jié)約的角度考慮而言，開放式凝結(jié)水回收系統(tǒng)更加適合大部分的蒸汽系統(tǒng)，一旦發(fā)生泄漏問題就會(huì)被發(fā)現(xiàn)，可以及時(shí)地排除故障，減少能源浪費(fèi)。

4.4.2 凝結(jié)水的價(jià)值

凝結(jié)水具有很高的利用價(jià)值。首先是凝結(jié)水中含有大量的熱能，當(dāng)蒸汽被冷凝，能量傳遞至被加熱的低溫物體后，這一部分能量（汽化潛熱）只占蒸汽總能量的80%左右，還有約20%的能量（顯熱）留存在凝結(jié)水中。其次是可以節(jié)省水費(fèi)和水處理費(fèi)用。凝結(jié)水都是高品質(zhì)的軟化水，是理想的鍋爐給水?；厥漳Y(jié)水，可以節(jié)省這部分的工藝水處理費(fèi)用；如不回收利用，就需要補(bǔ)充新鮮的軟化水，這不僅增加了生水軟化處理的費(fèi)用，而且也是對(duì)水資源的極大浪費(fèi)。三是節(jié)約排水費(fèi)用，降低鍋爐排污量。

因此凝結(jié)水的價(jià)值=自來水價(jià)值+軟化處理價(jià)值+除氧價(jià)值+熱量?jī)r(jià)值+過程損耗。如輪胎硫化時(shí)一般使用壓力為0.4 MPa的飽和蒸汽，其攜帶的總能量即焓值h〞=2 738.5 kJ/kg，其中汽化潛熱r=2 133.8 kJ/kg，當(dāng)凝結(jié)成0.15 MPa的飽和水時(shí)，其焓值（即凝結(jié)水顯熱能）h〞= 466.9 kJ/kg，大約有17%的能量留存在排除的凝結(jié)水中。

4.4.3 凝結(jié)水的有效排放

有效排除凝結(jié)水是提高蒸汽系統(tǒng)性能、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的必要條件，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的凝結(jié)水會(huì)影響系統(tǒng)的換熱效率，增加水錘的可能性，而且積水還可能導(dǎo)致系統(tǒng)腐蝕。

蒸汽疏水閥是連接蒸汽和凝結(jié)水的設(shè)備，能自動(dòng)地排除蒸汽使用設(shè)備和管道中的凝結(jié)水、空氣及其它不可凝結(jié)的氣體，并能防止蒸汽泄漏的自動(dòng)裝置。按工作原理劃分，蒸汽疏水閥包含三種類型：即機(jī)械型、熱靜力型和熱動(dòng)力型。為使蒸汽疏水閥有效運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用狀況選擇適宜類型的疏水閥，疏水閥的工作原理不同，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)合也不盡相同。

蒸汽疏水閥在使用過程中出現(xiàn)的故障大致分為兩類：故障關(guān)閉和泄露蒸汽。為使疏水閥正常運(yùn)行，應(yīng)該對(duì)疏水閥進(jìn)行定期檢測(cè)，制定定期的維護(hù)和保養(yǎng)計(jì)劃。

4.4.4 凝結(jié)水的利用

蒸汽經(jīng)過各個(gè)用汽單位完成熱交換后，變成凝結(jié)水，又經(jīng)過疏水閥組、凝結(jié)水回收裝置后，期間會(huì)存在一些懸浮物、鐵銹等雜質(zhì)，如果這部分凝結(jié)水要再利用，必須經(jīng)過機(jī)械過濾裝置進(jìn)行凈化。

機(jī)械過濾裝置是一種壓力式過濾器，利用過濾器內(nèi)所填充的精制濾料，在進(jìn)水自上而下流經(jīng)濾層時(shí)，水中的懸浮物、粘膠質(zhì)顆粒、二價(jià)鐵離子等被去除。

經(jīng)機(jī)械過濾裝置后的凝結(jié)水可以再次利用，回收到集水罐后，用泵加壓閉路循環(huán)，冬季用于辦公區(qū)域的采暖，其他季節(jié)可直接輸送到鍋爐水處理除氧加熱器內(nèi)用于鍋爐補(bǔ)充水。

5 結(jié)語

通過對(duì)蒸汽系統(tǒng)組成的介紹以及蒸汽使用和管理的分析，輪胎生產(chǎn)企業(yè)可以結(jié)合實(shí)際進(jìn)行對(duì)照，以找出可以改進(jìn)的部位，進(jìn)而提高本企業(yè)蒸汽系統(tǒng)的效率，降低蒸汽系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

Using and management of steam system for tire enterprises

Using and management of steam system for tire enterprises

Wang Qiying
(Shandong hui tong tyre Co., Ltd., Laiwu 271114,Shandong,China)

Combined with the reality of the tire production, this paper introduces the composition of the steam and condensate system, type and parameters of the steam, the structure of deaerating heating of boiler and water processing system, steam metering, pipeline installation and conf guration, the use and management of steam and condensate recovery and utilization, etc. Tire manufacturing enterprises can combined with the actual production , find the parts which can be improved, thus improve the eff ciency of the enterprise steam system, decrease the cost of the operation of the steam system.

tire enterprises; steam system; use; management

TQ330.8

1009-797X(2015)09-0055-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.09.010

（XS-04）

王其營(yíng)（1967-），男，高級(jí)工程師，總經(jīng)理，1989年畢業(yè)于青島化工學(xué)院橡膠機(jī)械專業(yè)，已發(fā)表論文近190余篇。

2014-07-27