曹博翔

（天津市化工設計院，天津300193）

試論蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化

曹博翔

（天津市化工設計院，天津300193）

絕大多數化工企業(yè)均有自己的蒸氣系統(tǒng)，通過對蒸氣系統(tǒng)進行優(yōu)化可以達到降低運行成本、減少污染排放的作用，從而增強企業(yè)的產品競爭力，提高社會效益。本文通過對蒸氣系統(tǒng)進行分析，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，對蒸氣系統(tǒng)優(yōu)化進行了闡述。

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，從而降低工廠運行所需蒸氣的產生量，減少工廠運行所需化學燃料的消耗量，此種方法在降低工廠成本的同時，也降低了二氧化碳排放，是一種兼顧經濟效益、社會效益的方法。

要實現對蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化，就先要進行相關的檢測，了解系統(tǒng)的整體狀態(tài)，找出系統(tǒng)存在問題，并有針對性的制定解決方案進行解決。具體分析全廠蒸氣系統(tǒng)，一般可以分為三個主要組成部分，它們分別是：蒸氣發(fā)生裝置、蒸氣輸送管網和蒸氣使用設備，要優(yōu)化蒸氣系統(tǒng)，就要從這三個部分入手，進行分別優(yōu)化，從而達到整體優(yōu)化的目的，具體地說就是：在同等條件下，提高蒸氣發(fā)生裝置的產氣量、降低蒸氣系統(tǒng)蒸氣損失、減少蒸氣用點用氣量，這樣就整體上降低了系統(tǒng)的蒸氣耗量，達到了對蒸氣系統(tǒng)的優(yōu)化。下面就嘗試對不同部分的優(yōu)化進行分別分析。

1　裝置產氣優(yōu)化

很多化工裝置在運轉過程中都會放出大量的熱，通常工廠生產中發(fā)出的大量熱能會通過余熱鍋爐轉化為蒸氣，從而使裝置在消耗蒸氣的同時，也產生大量的蒸氣。對于一個經過精心規(guī)劃，設計合理的企業(yè)，其自身工藝裝置完全可以做到蒸氣自給自足，而工業(yè)鍋爐僅開停工時使用。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、合理設計裝置內部熱能交換裝置，多利用物料間互相加熱以提高能量利用效率，減少鍋爐負荷等，也即是說，通常設備產氣裝置的優(yōu)化，是需要在整體設計和設備選型時，就做通盤考慮的，要對蒸氣產生裝置進行優(yōu)化，就要對余熱鍋爐的吹灰裝置進行優(yōu)化選型、對省煤器的管表面積進行改造、調整蒸餾塔、反應器等關鍵設備的熱量分布以減少熱量釋放等等方式，這些雖然能從本質上對系統(tǒng)進行提升，但不難想象，對于已經投產運行的企業(yè)而言，不是能夠輕易實現的。對于部分采取全部蒸氣外購的企業(yè)而言，此種方式也是無法考慮的，因此通過優(yōu)化產氣系統(tǒng)來優(yōu)化蒸氣系統(tǒng)，需要各單位根據實際情況進行具體考慮。

2　蒸氣消耗設備優(yōu)化

通常，在全廠的蒸氣平衡中，工藝設備的耗氣量占全廠總用氣量的比重能夠達到50%以上。就其特點而言，裝置工藝設備的用氣量并非固定，其隨原料性質及產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，生產的產品不同，采用的工藝不同，設備情況也不同，所以很難有共通的經驗，需要進行個案分析，結合日常生產中的實際制定優(yōu)化方案。

3　蒸氣輸送管網優(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，比如，管道上的法蘭、閥門密封或者疏水閥和放凈閥組成的凝水排放點，而究其重點，則應放在凝水排放點管理。

凝水排放點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，而同時將蒸氣留在系統(tǒng)內。凝水排放點管理的目的，就是保證凝水排放點的功能順利實現，所以系統(tǒng)中不能存在因為疏水閥堵塞或者放凈堵塞造成的凝水集聚。在一個標準的蒸氣系統(tǒng)中，大約80%～90%的凝水排放點是管道上的蒸氣疏水閥，這意味著實現了對蒸氣分配總管、伴熱管和相關管道上疏水閥的有效管理，就可以從極大程度上實現對蒸氣輸送系統(tǒng)的優(yōu)化。相比于對裝置產氣裝置的優(yōu)化和蒸氣消耗裝置的優(yōu)化，對凝水排放點的管理就容易得多，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的管理。

3.1建立疏水閥管理制度

工廠年檢對于了解工廠的健康情況至關重要。這種檢查應該包括對所有蒸氣疏水閥進行調查以便摸清裝置疏水閥整體狀況，從而有針對性的做出維護方案并進行相關評估。有些工廠認為，按照疏水閥廠家提供的信息，一臺疏水閥根據自身種類的不同，通常具有幾年甚至十年的使用壽命，在這種情況下，是否還需要對其進行年檢呢？答案當然是肯定的，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試方法得出的結論，而在實際操作中，疏水閥由于其自身所處實際環(huán)境的影響，通常無法達到廠家宣傳的壽命。其次，廠家宣傳的使用壽命是通常是基于對大量疏水閥統(tǒng)計的結果，舉個例子來說，如果現場安裝了一批預期壽命為4a的疏水閥，那么每年會有25%的閥門可能損壞，如果這25%的故障疏水閥在第一年無法得到及時的維修更換，顯然其在第二年會損壞更加嚴重，而同時，另外25%的疏水閥在第二年也開始損壞，年復一年，當安裝的第四個年頭到來，大部分甚至所有疏水閥都已發(fā)生不同程度故障，不得不進行維修更換時，其實已經對工廠造成了巨大的損失、增加裝置運行風險并增加運行成本。比如，所有供熱設備都是根據其具體工藝要求進行設計的，具有不同的蒸氣凝結量。蒸氣凝水的不當積聚，會影響設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，凝水聚集會降低能量傳輸效率，而凝水積聚造成水錘，更是會直接對設備造成損害。因此通過嚴格年檢將疏水閥及時恢復到零故障狀態(tài)是十分關鍵和必要的。

所有使用蒸氣的工廠都應制定具有前瞻性和負責任的疏水閥管理程序，化工裝置中的所有凝水排放點都應被嚴格監(jiān)控，所有凝水排放點應該至少每年檢查一次，對于檢查發(fā)現的故障凝水排放點，無論是由于蒸氣泄漏還是堵塞，都應及時修理，以保證無蒸氣泄漏的正常排水。

不論是要建立嚴格的疏水閥管理制度，還是要嚴格履行此一制度，都需要了解疏水閥的故障原因和檢驗手段，以下對這兩點分別進行闡述。

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，因為這種泄露蒸氣的故障在氣溫較低時，會造成白霧彌漫的現象，給人直觀感受更加明顯，但實際上，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，但其已經喪失了作為排水裝置最基本的排水功能，正如蘇軾所說：“天下之患，最不可為者，名為治平無事，而其實有不測之憂。”這種觀點同樣適用于疏水閥維護，關鍵而隱蔽的故障其實才是最應該被重視的。

那么，通常造成疏水閥排水故障的原因是什么呢？

一般來說，造成疏水閥故障的原因有三個：磨損、堵塞和選型不當。磨損和選型不當很好理解，磨損會隨著疏水閥的正常使用自然發(fā)生。選型不當通常是由于選用了一臺適用條件與操作條件不符的疏水閥，或者一臺排水能力過小的疏水閥，在這種情況下，即使安裝的疏水閥是完好的，仍無法正常排水，蒸氣疏水閥應針對所處的具體操作條件進行特別選型，通過精心設計，此種問題是可以避免的。造成堵塞故障的原因是：蒸氣凝水攜帶的過多渣滓，隨著凝水沖刷被留下來，堵塞管道孔板或粗濾器的濾網，造成水流不暢。磨損和阻塞都會造成疏水閥無法按照設計指標正常運行。

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

3.3疏水閥故障檢測

對故障的及時解決能很有效降低對系統(tǒng)造成損壞的風險和系運行費用，而這一切基于準確及時的發(fā)現故障。確定蒸氣疏水閥故障的方法有很多，但是目前國際上公認的有效方法，是綜合運用溫度測量和超聲波檢測。

在疏水閥入口進行高質量的溫度測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量來確定排水故障。

相比之下，當蒸氣泄露現象尚不明顯時，確定泄漏故障則更為困難。人們在長期的實踐中發(fā)現，在封閉系統(tǒng)中運動的液體會發(fā)出超聲波噪音，利用超聲波檢測儀器能檢測出凝水流動和蒸氣泄露發(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)展出的超聲波檢測儀器，有些可以輸出音頻信號，以供檢查者進行主觀判斷，此種方法的準確性取決于檢查者的經驗。世界上現已有廠家制造出可以對實際超聲讀數和已知值的經驗數據進行比照的檢測儀器，此種超聲波檢測儀能夠直接顯示疏水狀態(tài)。

在建立嚴格疏水閥管理制度的基礎上，采用以上手段對全廠蒸氣疏水閥進行定期檢測，及時發(fā)現并排除故障，就能夠在極大程度上保證蒸氣輸送系統(tǒng)的正常運行，從而達到使蒸氣輸送系統(tǒng)達到最優(yōu)化狀態(tài)的目的。

最后，有一個觀點，需要借此機會提一下。由于所有的凝水排放點都不可避免地會造成蒸氣的損失，有些人認為通過減少系統(tǒng)中多余的凝水排放點，就可以減少蒸氣損失，他們的理論依據是在設計者設計蒸氣系統(tǒng)的凝水排放點時，往往存在冗余度。當然，這種做法在理論上是可行的，但是，在實踐中，這樣做卻是需要慎重的，理由是雖然蒸氣系統(tǒng)設計存在冗余量，但這個冗余量可能只有設計人自己知道，而現在可能已經淹沒在大量的設計文件中，無法查找到。而即使找到，設計計算的狀態(tài)和工廠實際的運行狀態(tài)也是存在差異的，而要獲得準確的冗余度，可能需要對整個蒸氣系統(tǒng)進行檢測并分析每一處疏水排放點，而這一工程的工作量是十分巨大的，只有在此基礎上，才能較為可靠地減少凝水排放點的數量。

4　結論

以上通過對蒸氣系統(tǒng)各部分的分析，對蒸氣系統(tǒng)整體優(yōu)化的基本思路進行了梳理，希望能夠對有此需要的化工企業(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，降低對環(huán)境污染，無論是從提高企業(yè)本身的經濟效益的角度考慮，還是從國家環(huán)境保護的大局看，都是十分有利和必要的，值得引起相關企業(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