蒸汽管网

2024-11-05

蒸汽管网（精选7篇）

蒸汽管网篇1

引言

邯峰电厂利用余热蒸汽为该项目供热, 符合国家当前节能环保政策, 具有一定的经济效益和社会效益。供热节能效益:供热节约标煤量按发改厅[2012]1662号《关于开展燃煤电厂综合升级改造工作的通知》中的规定:供热改造的机组, 其热电联产与燃煤供热分散小锅炉的平均供热煤耗差统一取20kg/GJ计算。在供热方面, 本工程在总供热量相同的前提下, 与分散小锅炉方案相比, 按供热标煤耗率差值20 kg/GJ计算如下:30×1 000 kg/h×8 000 h×2 928 k J/kg=70.27×1 010 k J=70.27×104 GJ;年节煤量=20 kg/GJ×70.27×104 GJ=1.405×107 kg=1.405×104 t。

1参数选取

鑫宝新材料项目工艺用汽参数:蒸汽压力:≥1.0 MPa (G) , 蒸汽温度:190~200℃ (过热5~10℃) , 用汽量:25~30 t/h, 年利用小时数:约8 000 h。

邯峰电厂汽源:取自两台机的辅汽联箱, 蒸汽压力:1.3 MPa (G) , 蒸汽温度:330℃。

减温减压器安装在蒸汽接收端 (鑫宝新材) , 即蒸汽参数:1.3 MPa (G) , 330℃, 经阻力计算蒸汽管径为Φ377 mm, 蒸汽直埋式预制保温管的高温玻璃棉保温层厚270 mm, 外护管径Φ1 020 mm;减温减压器安装在蒸汽送出端 (邯峰电厂) , 即蒸汽参数:1.3 MPa (G) , 250℃, 经阻力计算蒸汽管径为Φ377 mm, 蒸汽直埋式预制保温管的高温玻璃棉保温层厚140 mm, 外护管经Φ720 mm。前者固定点多于后者, 经计算, 二者投资费用相差145万元。故本蒸汽管网采用后者, 即减温减压器安装在蒸汽送出端 (邯峰电厂) , 将蒸汽处理成为1.3 MPa, 240~250℃的过热蒸汽进行输送。

2供汽参数校核

蒸汽接点位于汽机主厂房现有管廊上启动锅炉分支处, 并在启动锅炉支管上加止回阀及截止阀。

2.1蒸汽压力校核

电厂经蒸汽减温后, 处理成为1.3 MPa, 250℃的过热蒸汽, 输送距离约5 km。

假定供汽管道选用Φ377×9, 经计算, 管道流速:13.6 m/s, 沿程总压降为0.172 6 MPa, 局部阻力损失69.1 k Pa, 总压降约为0.241 7MPa。这样到达用户蒸汽压力为1.3-0.241 7=1.058 3 MPa, 满足用户需求。

2.2蒸汽温度校核

整个管线, 电厂内部分、鑫宝厂区内部分、跨管桥处均为架空敷设, 约1 300 m;其余为直埋敷设, 约3 700 m。为了简便计算, 将整个管线简单分为架空、埋地共两段进行温降计算。

1) 管道介质的焓降:

式 (2) 中:q为管道单位长度散热损失, k W/m;L为管道长度, m;G为管道内介质流量, kg/s。

2) 埋地管道单位长度散热损失:

式 (3) 中:tw为保温管外表面温度, ℃;ts为直埋蒸汽管道周边土壤环境温度, ℃;λg为土壤的导热系数, W/ (m·K) ;Hl为管道当量埋深, m;Dw为设定保温层外径, m。取tw=50℃, ts=7.1℃, λg=1.75 W/ (m·K) , Hl=1.8 m, Dw‘=0.71 m, 代入式2-3计算得:q=203.6 W/m。而埋地管道L=3.7 km, G=30 t/h=8.333 kg/s, 代入式 (2) , 计算得△H1=90.4 KJ/kg

3) 架空管道:

式 (4-5) 中:Q为单位表面积散热损失, W/m2;q为单位管道长度散热损失, W/m;D1为单层保温时为保温层外径, 保温层130 mm, 0.637 m;D0为管道外径, 0.377 m;λ为保温材料制品热导率, 0.062 W/ (m·K) ;α为保温层外表面向大气的表面传热系数, 11.63 W/ (m2·K) ;T为设备或管道的外表面温度, 250℃;Ta为环境温度, -2℃;保温层130 mm, D1=0.637 m, D0=0.377 m, λ=0.062 W/ (m·K) , α=11.63 W/ (m2·K) , T=250℃, Ta=-2℃, 代入式 (4) 、式 (5) , 计算:Q=90.6 W/m2, q=181.3 W/m, 架空管道L=1.3 km, 代入式 (2) , 得△H2=28.3 k J/kg, △H=△H1+△H2, △H=118.7 k J/kg。

4) 用户点处蒸汽压力1.058 MPa, 该压力下饱和蒸汽温度为186.4℃, 过热10℃即186.4+10=196.4℃, 查表:1.058 MPa, 196.4℃, h1=2 809 k J/kg, △H=118.7 k J/kg, 计算得蒸汽管道起始端蒸汽焓值h2=h1+△H=2 927.7 k J/kg。根据起始端蒸汽参数1.3 MPa, h2=2 927.7 k J/kg, 查表:t=249.9℃。即电厂外供蒸汽起始端温度为249.9℃。此时, 整个管线温降约为249.9-196.4=53.5℃。

2.3减温水耗量

电厂辅汽温度330℃大于249.9℃, 所以需安装减温装置来满足用汽要求。

式 (6) 中:h1为减温前蒸汽的焓值, k J/kg;G1为减温前蒸汽的流量, t/h。h2为减温水的焓值, k J/kg;G2为减温水的流量, t/h。H3为减温后蒸汽的焓值, k J/kg;G3为外送蒸汽的流量, t/h。

查表:1.3 MPa, 330℃, h1=3 107 k J/kg;1.6 MPa, 40℃, h2=167.5 k J/kg。

由上文可知, 减温后蒸汽参数:1.3 MPa, 249.9℃, h3=2 927.7 k J/kg, G3=30 t/h, 经计算, G1=28.17t/h, G2=1.83 t/h, 减温装置需要1.6 MPa, 40℃的精脱盐水1.83 t/h。

减温水来自电厂1号、2号机凝结水箱附近的放水管上, 其工作压力为1.0~1.2 MPa, 需经加压泵加压至1.6 MPa方能使用, 减温水管道选用Φ38×3, 从加压泵房出沿管廊敷设至减温器。减温器安装于电厂启动锅炉至辅汽联箱Φ273×9.27的蒸汽管道上。

电厂内1.3 MPa, 330℃蒸汽经减温器减温到1.3 MPa, 249.9℃, 经Φ377×9管道外送, 满足鑫宝用户用汽温度、压力要求, 项目实施是可行的。

3蒸汽管网的敷设方式及特点

根据电厂提供的相关资料, 并现场实地踏勘, 供汽管道采用蒸汽直埋式预制保温管埋地敷设和架空两种敷设方式, 按照《设备及管道绝热设计导则》 (GB/T8175—2008) , 经计算架空蒸汽管道Φ377×9保温材料采用130 mm复合硅酸盐, 外加0.5 mm镀锌铁皮保护层。供汽管道补偿选用GSJ-V型系列无推力旋转式补偿器。该补偿器是通过成双旋转筒和L力臂形成力偶, 使大小相等, 方向相反的一对力, 由力臂环绕着Z轴中心旋转, 以达到力偶两侧直管段上产生的热膨胀量的吸收。

3.1旋转补偿器的特点

1) 旋转补偿器补偿量大:可根据自然地形及管道强度布置, 最大一组可补偿500 m管段, 假设一DN350蒸汽管道温度为250℃, 长度为300 m, 利用自然地形采用一组GSJ-V旋转补偿器吸收整个管道的热补偿:由条件可计算出总膨胀量ΔX为918 mm, 预偏装量为总膨胀量的一半, 所以为459 mm, 假设两补偿器之间跨距为2.5 m, 则由三角函数, 得θ/2为11°, θ=22°, 查GSJ-V旋转补偿器产品说明书, 可知DN350管道, 旋转角θ不应大于40°, 所以符合要求。反之, 由于知道DN300管道的最大允许旋转角度为40°, 知道膨胀量, 则可反推两旋转补偿器之间的跨距, 如查得DN300管道的最大允许旋转角度为50°, 偏装量为459 mm, 则由459/L=sin20, 得L=1 342 mm, 本例假设为2 500, 符合要求。采用旋转补偿器补偿量大, 占据较小的地理空间, 并最终减少了固定支架数量。旋转补偿器应用示例图1所示:

2) 固定支架推力小:旋转补偿器不产生由介质压力产生的盲板力, 查动力手册得:DN350蒸汽管自重为120 kg/m, cos (θ/2) =cos11°=0.981 6。由公式F=M/ (L cos (θ/2) ) , 查表得M=2 337 380N·cm, L跨距为2 500mm, 故补偿器摩擦推力F=952 kgf。当管道长距离补偿时, 管道身重产生的推力将变得很大, 故选用磨擦系数较小和滚动支架来减小管道自重对固定礅的影响, 固定支架推力P=F+Gu=952+120×300×0.04=2 393 kgf (滚动支架架磨擦系数0.04) 。由于GSJ-V旋转补偿器在膨胀运动之后力已全部释放, 故当支架上有多根管道时一般只需考虑最大管道的受力即可, 固定支架可做得很小。

直管段自然补偿一般采用方形补偿器, 利用弯头和管段的弹性变形来吸收管系的热胀冷缩, 耗费大量管材和弯头。旋转补偿器补偿长度可达自然补偿10倍, 可节省钢材30%, 总投资可节约30%~40%, 压降是自然补偿的1/3, 运行过程处于无应力状态, 可提高运行安全性, 旋转补偿器也可安装在蒸汽直埋管道上。

4结语

通过参数的合理选取, 补偿器的合理选用, 使蒸汽管道做到了最优化设计。

摘要：探讨了邯郸市峰峰鑫宝新材料科技有限公司的812新材料项目参数选取, 分析了蒸汽管网的敷设方式及特点, 研究了蒸汽管网优化设计。

关键词：新材料,蒸汽,优化设计

钢铁企业蒸汽管网压力预测篇2

蒸汽是钢铁企业最重要的能源之一,蒸汽消耗在钢铁企业能源总成本中超过10%,蒸汽系统能源的有效利用对钢铁企业节能减排有着重要意义。如何在不影响企业正常生产,不增加额外成本投入的前提下,使蒸汽系统的能源利用率实现最大化,是一个值得深入研究的问题。目前,对钢铁企业蒸汽系统的研究主要集中在控制系统的设计或蒸汽回收设备的研究上,如干熄焦技术[3]、烧结余热回收[4]、转炉余热蒸汽回收[5]。然而,这些技术对整体蒸汽系统的平衡及其优化操作的指导涉及较少。

钢铁企业蒸汽生产以高压和低压蒸汽为主,其生产环节的利用以低压蒸汽为主,因此,为了满足用户需要,往往将高压蒸汽降级为中压蒸汽,中压蒸汽再降级为低压蒸汽,这样会使蒸汽能源不能按质使用,在降质过程中造成大量浪费。由于蒸汽降质使用、生产环节蒸汽产耗无规律及季节变化等因素,使得蒸汽管网压力的变化呈无规律的特点。当蒸汽管网压力过大时,为保证蒸汽管网的安全,企业只能通过放散蒸汽来维护,加重了蒸汽能源的浪费。传统的人工经验调度管理方式,很难对蒸汽系统进行实时有效的调度,无法有效解决蒸汽放散的问题。在这种情况下,如果调度人员能够及时掌握管网未来一段时间内的压力变化,就能够及时准确地进行蒸汽调度,有效解决蒸汽放散的问题,提高蒸汽能源的利用率,减小现场调度的风险性,对企业的安全生产和长远利益有着重要意义[2]。①

在钢铁生产过程中,由于管网结构复杂,蒸汽管网分布广、线路长、能源设备多,且蒸汽系统各个能源介质有着耦合性强、变化快、无规律的特点,很难建立基于机理的蒸汽管网压力预测模型。随着自动化技术和数据库技术的进步,大量的历史数据实现了实时采集和保存,使得基于数据驱动的建模方法成为建立蒸汽管网压力预测模型的新途径。神经网络是一种典型的数据驱动建模方法,对于输入输出对象之间的非线性映射关系有很强的匹配能力,在实际生产中得到广泛的应用。其中,BP神经网络的应用最为广泛,但传统的BP算法除了收敛速度慢,容易陷入局部最优值外,泛化能力也一般。文献[6]研究了基于贝叶斯算法的BP神经网络泛化能力,研究表明贝叶斯神经网络比标准的BP神经网络和其他改进型BP神经网络具有更强的泛化能力。

基于上述分析,笔者提出了一种基于贝叶斯正则化算法优化BP神经网络的蒸汽管网压力预测模型。由于蒸汽管网压力变化无规律、检测点不足、检测仪表及人工统计误差等因素的存在[7],检测数据中往往含有较高的噪声,使得有用信号被噪声覆盖,影响了预测精度。针对检测数据中高噪声的特点,首先对数据进行处理,利用小波变换对检测信号进行降噪,提取有用信号,降低随机因素的干扰;然后将贝叶斯原理引入到神经网络的权值学习中,以权值的后验概率为优化目标函数,通过最大化权值的后验概率来求取神经网络的权值[8],提高神经网络的泛化能力,改善网络的预测效果。

1 某钢铁企业蒸汽管网系统简介

某钢铁企业蒸汽管网系统的结构如图1所示。蒸汽管网的汽源包括启动锅炉、CDQ干熄焦发电机组、烧结余热锅炉,以及炼钢转炉烟罩汽化冷却、热轧加热炉汽化冷却等余热利用设备。管网用户主要分为两部分,一部分为主生产工序,包括焦化、烧结、炼铁、炼钢和冷轧;另一部分为辅助工序,包括原水除氧站、制氧、制氢、煤气柜区、海水淡化和球团工艺。

烧结过程中产生大量的高温烟气,穿过锅炉换热面,将换热管中的常温水加热成蒸汽。一部分蒸汽被烧结过程重复使用,对混合机机头混合料进行预热处理,富余蒸汽通过管道送给其他用户,如炼铁、冷轧等工序。同时由于漏风、过烧及欠烧等不可控因素,导致烟气温度和废气温度波动较大,从而造成蒸汽产量的持续波动,使得烧结蒸汽输送过程中管网压力呈现波动性的特点;干熄焦过程中冷惰性气体与炽热红焦进行换热,换热后的高温惰性气体进入干熄焦余热锅炉,与锅炉进行换热产生蒸汽。一部分蒸汽供化产车间使用,富余蒸汽通过管道用于炼铁工序;炼钢过程中产生的高温烟气经烟道将携带的热量传给冷却水,水受热汽化产生蒸汽。炼钢过程中的蒸汽产消分布如图2所示,转炉产汽与精炼用汽呈交替循环的过程,产汽大于、小于用汽的情况不断重复,导致炼钢周围蒸汽管网压力出现频繁波动;热轧过程中采用汽化冷却器对加热炉进行冷却,通过循环水吸收炉膛传给水梁的热量,被加热汽水混合物进入汽包进行汽水分离后产生蒸汽,一部分蒸汽用于加热炉汽化冷却除氧,富余蒸汽经管道供给制氧、原水除氧站等用户。由于加热炉燃烧过程中煤气热值波动,压力不稳定,空燃比设定不合理,造成炉温波动较大,导致蒸汽产量呈现无规律的波动性变化,使得热轧蒸汽输送过程中管网压力也呈现波动性的特点。

由上述分析可知,蒸汽的产消与钢铁企业生产工序以及各工序中的能源介质之间有着密切联系,生产过程中的不确定因素会对蒸汽的产消产生很大的影响。图3为典型钢铁企业的主工序流程,各种能源介质交互并存,分布在企业各工艺区,各工序的生产又相互独立,这就造成管网内部的运行情况难以随时掌握,使得蒸汽管网的管理较为复杂。传统人工方法只能基于同期历史数据进行大致的判断,无法精确掌握数据未来的变化趋势,具有一定的盲目性和片面性,很难对蒸汽系统进行科学有效的调度。

2 数据处理

目前,蒸汽流量主要通过流量仪表进行实时测量,在实际测量时,由于工况的变化,管内蒸汽状态发生偏离,影响到计量的准确性[9];蒸汽管网压力的无规律变化、检测仪表的老化使得仪表示数不稳定,造成了人工统计的误差。因此,所统计的数据中含有较高的噪声,噪声将有用信号淹没,如果不预先进行数据处理,会对下一步的模型预测精度造成影响。因此,采用小波分析对检测数据进行预先处理。

小波变换有着良好的时频局部化特性和对信号的自适应性,可以有效地从含有噪声的信号中提取有用信息,对信号进行多尺度细化分析,在信号消噪、信号特征提取和奇异点分析方面具有显著效果[10]。在实际工程中,低频信号或一些平稳的信号为有用信号,而高频信号一般都是噪声信号[11]。

运用小波降噪时,首先确定蒸汽序列,采用Mallat塔式算法[12],取分解尺度n=2M(M为插值与抽取系数);然后选用小波函数对序列进行分解,对小波函数的选取应考虑小波函数自身的支撑长度、对称性、正则性和消失矩;最后是对信号进行降噪,采用多尺度一维小波重构。

3 贝叶斯神经网络

贝叶斯神经网络即通过贝叶斯正则化算法来改进BP神经网络,与传统的神经网络相比,该方法考虑的是概率分布函数。贝叶斯神经网络通过控制模型的复杂度和通过概率模型处理不确定性,可以有效解决过拟合问题。假设有网络模型A,输入xn=x1,…,xN,相应的目标输出tn=t1,…,tN,形成数据集D={xn,tn}。通过贝叶斯规则,网络权值W的后验概率为:

其中,α和β为超参数,参数α控制网络权值W的分布;参数β代表目标输出的倒数。结合观察数据D,计算超参数的后验概率,更新超参数α和β:

而后,建立模型,通过贝叶斯定理给出模型的后验概率,进行模型显著度比较,根据后验概率的大小来确定最优输出:

根据最大似然函数公式和先验分布公式,网络权值的后验分布可写为:

贝叶斯神经网络的算法流程如图4所示。

4 蒸汽管网压力预测模型

4.1 样本数据选取

根据钢铁企业蒸汽管网的结构分布,选择启动锅炉向S2管网的送气点处设置测量点,此处为管网压力控制的参照点,也作为预测模型的输出点。由于整个管网的汽源和耗汽用户众多,且分布范围广,在选取模型输入点时,不可能选取所有的监测点作为输入样本。因此,在选取输入点时,应该依照一定的选取原则进行挑选。笔者依照的选取原则是:对蒸汽产量起主导地位的生产工序,管网中的耗汽大户,能全面反映管网运行状态,以及对管网压力波动影响较大等。根据以上选取原则,结合实际工况条件和保存的历史数据来看,炼铁、制氧、原水除氧站、冷轧、制氢和服务区能够全面反映管网运行状态;结合前面章节的分析,炼钢、烧结、热轧工序存在着很多不确定因素,对管网压力波动影响较大;CDQ、烧结、炼铁工序是钢铁企业炼钢工序中的主要产汽源;海水淡化和换热站是平衡管网压力的重要手段。因此,根据以上分析,选取S1管网内的海水淡化,S2管网内的烧结、换热站、CDQ、炼铁、炼钢,S3管网内的制氧、制氢、原水除氧站、服务区、冷轧、热轧共12个检测点的蒸汽流量作为模型的输入。

选取钢铁企业2、5、8、11月份的部分数据进行仿真,共选取10 400个数据,其中前7 800个数据作为训练样本,后2 600个为测试样本,仿真平台为Matlab2010b。

4.2 小波降噪

根据前面的分析,由于管网内部的运行情况受多种因素的影响,蒸汽流量在检测过程中存在较大误差,使得检测数据含有较高的噪声。因此,在建立预测模型之前,需要对采集的数据进行降噪处理。

由于小波函数的选择与最终的预测精度有直接联系,为选取符合条件的小波函数,采用多种小波函数进行对比,最终选取bior2.4小波函数,根据多指标融合方法[13]确定出最佳分解尺度为2,采用的是默认阈值去噪处理。

图5a为正常工况下获取的蒸汽流量信号,信号中含有大量的随机干扰。图5b为经过小波降噪后的蒸汽流量信号。对比降噪前后的蒸汽流量信号可以看出,经过小波降噪后的蒸汽流量信号的原始波动特性没有改变,而夹杂在其中的噪声干扰成分被有效滤除,从而有效提高了蒸汽流量信号的可信度,为下一步利用贝叶斯神经网络方法对蒸汽管网压力进行准确预测奠定了基础。

4.3 数据归一化

由于输入输出数据数量级存在差别,差别较大会造成网络预测误差较大,且Sigmond转移函数在远离[-1,1]区间较平坦从而会影响收敛速度,因此将数据都统一到[-1,1]区间[14]。具体如下:

式中x'———归一化数据;

xk———输入或输出数据;

xmean———数据序列的均值;

xvar———数据的方差。

4.4 网络结构的确定

已知输入层有12个节点,蒸汽压力值为模型输出。隐含层神经元的个数采用交叉验证法确定,笔者采用十折交叉验证法,验证间隔10~40,验证步长5,得到最佳神经元个数为35。网络结构12-35-1。超参数初值α=0.01,β=50。

4.5 预测结果分析

利用贝叶斯神经网络模型对小波降噪后的数据进行网络训练,得到训练后的优化网络模型。再选用不同的样本数据对网络模型进行验证,得到预测结果与实际值的趋势如图6所示。经过计算,预测结果与实际数据的最大误差仅5.21%,表明小波变换-贝叶斯神经网络模型与实际工况有较好的拟合度,预测精度高,为调度人员提供了精确的数据支持,保障了蒸汽系统及时准确地调度,有效提高了管网的稳定性。

采用相同的训练样本数据和相同的网络结构,运用传统的BP神经网络对蒸汽管网压力进行预测,得到预测结果与实际值的趋势如图7所示。可以看出,采用传统的BP神经网络所得预测结果与实际检测数据之间存在着明显的误差,拟合程度差,无法满足准确预测的目的。

结合图6、7可以得出这样的结论:采用了贝叶斯算法后,提高了传统BP算法的泛化能力,因此预测效果要明显优于传统的BP算法,具有更好的实用性。

为了充分体现笔者提出的小波预先降噪的作用,另采用贝叶斯神经网络对未降噪的数据进行预测,得到预测结果与实际值的趋势如图8所示,其中最大误差为8.49%。

通过比较图6、8的预测结果,以及对应的最大绝对误差值,可以看出,采用小波变换对数据降噪后,预测精度比标准的贝叶斯神经网络有了进一步的提高,尤其在数据波动较大之处,采用小波变换-贝叶斯神经网络模型得到的曲线拟合度更好,从而有效证明了笔者提出的小波变换对数据进行预先处理步骤的合理性。

为了进一步验证模型的有效性,将该模型与BP神经网络预测方法进行效果比较。采用标准均方根误差和平均绝对百分比误差两个指标来评估结果,详见表1。

5 结论

5.1针对钢铁企业蒸汽管网含噪高、波动大的特点,首先采用小波变换对数据进行降噪处理,然后构建贝叶斯神经网络模型对蒸汽管网压力进行预测。仿真对比结果表明,该网络模型具有较强的泛化能力。并且从预测结果可以看出,先对数据进行降噪处理后,预测精度比标准贝叶斯神经网络方法有了进一步的提高,可以为蒸汽管网的调度提供科学有效的指导。

5.2从NRRMSE和MAPE的对比可以看出,小波变换-贝叶斯神经网络的标准均方根误差和平均绝对百分比误差在整体上都优于传统的BP神经网络。

5.3预测结果表明,该组合模型具有较好的拟合性、较强的泛化能力和更高的预测精度,具有一定的可行性和实际工程应用价值。

蒸汽热力管网节能措施的应用篇3

兰州石化公司炼油区已经达到年加工原油1000万t的能力。使用的蒸汽主要由西固热电厂和动力公用锅炉及炼油装置余热锅炉供给。厂内供汽管网分为三个压力等级向装置供汽, 即3.5MPa级 (中压蒸汽) 、1.0MPa级 (低压蒸汽) 、0.3MPa级 (乏汽) 。热网主干系统50年前开始建设, 进过多次技术改造和扩大, 存在着许多“瓶颈”问题和流程不合理问题, 造成蒸汽系统损失大。例如:蒸汽主管线的排凝放空 (开放式蒸汽与凝结水同时排放) 就是其中的一个问题, 也是蒸汽动力系统的最为直接、最为可惜的浪费根源。

根据现场调查和分析, 炼油区蒸汽系统损失主要由以下几方面构成:蒸汽计量损失 (约占总供汽量的10%) ;主干线散热损失 (占总供汽量的4.26%) ;排空排凝损失占总供汽量的7.72%。在总结石化公司蒸汽系统概况和蒸汽系统损失原因的基础上, 对这三方面的损失有针对性的分别采取了措施。

首先, 为了解决排凝放空损失, 建立气动式排凝回收站和凝结水排汽加压站 (CVP) 是一种有效的方法, 它们是蒸汽系统优化技术设计的一种专门针对蒸汽主管线带汽排凝的专门装置, 它将有助于减少排凝损失和蒸汽凝结水的回收。

其次, 为了减少蒸汽计量损失和主干线散热损失, 建立了蒸汽系统实时数据采集及在线智能监测优化离线模拟系统。该系统实现了带温、压补偿的流量检测系统的计算机辅助分析和计算, 都有助于减少蒸汽计量损失和主干线散热损失。采用了计算机在线模拟监控系统, 可以使工作效率大大提高, 达到了计量数据的采集和自动上报功能, 节省了劳动力, 为提高公司经济效益提供了保障。

1 采用的方法

1.1 排空排凝损失的治理

蒸汽管网的安全、稳定、高效的运行, 是一个系统的问题。彻底消除水击隐患, 就是其中的一个重要方面。针对以上论述, 厂区蒸汽排空排凝治理应采取如下措施。

正常排凝疏水回收利用:即对长期需要排凝的地方增加疏水器和汽水分离设施, 正常回收, 减少排放损失和环境污染。为了解决正常的排凝放空问题, 建立气动式排凝回收站是一种有效的方法, 气动式排凝回收站是蒸汽系统优化技术设计的一种专门针对蒸汽主管线带汽排凝的专门装置。

这种方法不改变目前蒸汽管网的排凝管的位置、数量和管径, 采用受控的蒸汽喷射携带排凝方法, 集中进行汽水分离;经过标定914蒸汽排凝回收站将1.04 t/h (3.1MPa) 的中压蒸汽汽水分离后, 产生的“次中压蒸汽”经过文秋里装置用0.156t/h (2.9MPa) 的次低压蒸汽把1.0MPa的低压蒸汽汽水分离后多余的次低压蒸汽, 以及中压凝结水闪蒸出来的二次蒸汽喷射提升压力后, 能级恢复到0.97MPa后, 重新回到低压蒸汽管网。完全没有低压蒸汽损耗与降质, 并且回收了15%的中压闪蒸汽;低压凝结水与中压凝结水在“泵阀凝结水排汽站”内再次闪蒸出0.3MPa的乏汽。

该乏汽被“次中压蒸汽”提升压力后, 能级上升一级, 并入低压蒸汽管网。中压和低压两级分离出来的凝结水在“泵阀凝结水排汽站”内自动加压后, 将凝结水打入厂内的凝结水泵压管线, 完全闭式回收, 没有任何乏汽泄漏以及凝结水的浪费。在气动式凝结水回收站中, 中压蒸汽在数量上没有损耗, 在品质上由于它对低压蒸汽和乏汽进行了加压做功, 动能基本没有损耗。

1.2 蒸汽数据采集与模拟监控系统

结合现有厂区网络联通的接入点, 尽量利用现有网络互通的便利条件, 将厂区蒸汽系统的数据采集按照就近接入的原则划为25个T型站 (此采集站既能实现和二次仪表的通讯, 又能把采集到的二次仪表的信号发送到厂内网络上) , 建立工作站2个, 并完成与公司总机房联网。使用蒸汽数据采集系统将数据整理、分析, 指导生产。系统平台是NT4.0, 软件上采用的是Canac HydroNet的网络版和PC版语言环境设计开发完成的, 在通讯接口, 数据处理, 图表绘制方面的功能都相当完善。另外该软件还分为客户端和服务端, 服务端软件装在工控机上, 负责数据采集和处理, 客户端软件装在网络中的工作站上, 可以与服务端软件实时进行通讯, 也可以看到工控机上的实时数据, 便于经理和其他科室人员在自己微机上监测热网运行。

SROM的组成包括上位机 (即工业控制机) 、控制器、蒸汽管网仪表系统、局域网、实时数据库Infoplus.21、模拟软件CanacHydroNet、数据采集系统等部分构成。图2表示了SROM各组成部分和它们之间的关系。

数据采集系统采集蒸汽管网上29个数采点的温度、压力、流量和调节阀开度等实时信号。蒸汽系统与用汽单位交界处的压力和流量是可选的。模拟软件 (Canac HydroNet) 遵照兰州石化的蒸汽管网具体情况, 通过Canac HydroNet进行配置组态, 建立起严格、精确描述兰州石化蒸汽管网的数学模型 (模型见图3) 可以对管网进行水力 (该数学模型考虑了阻力降) 和热力模拟计算 (该数学模型考虑了热损失) , 其结果可用于监控、分析和优化蒸汽管网。模拟软件是SROM的核心。从Infoplus.21实时数据库读入有关测点仪表位号和实测值, 供模拟软件使用, 模拟结果, 即包括虚拟测点参数在内的大量计算值送回Infoplus.21实时数据库。从Infoplus.21实时数据库读入有关测点仪表位号和实测值, 供模拟软件使用, 模拟结果, 即包括虚拟测点参数在内的大量计算值送回Infoplus.21实时数据库。客户端应用系统将模拟结果, 即反映管网中任一管段上任一位置的蒸汽温度、压力、流体流率和冷凝等工况, 通过Infoplus.21客户端及时、准确、全面地显示出来, 即进行实时监控, 同时具备信号报警和操作调整提示等。

1.3 根据蒸汽数据采集与模拟监控系统, 实施保温更新

为了减少散热损失, 采用蒸汽数据采集与模拟监控系统, 建立了兰州石化蒸汽管网数学模型, 辅助蒸汽管网运行, 评估蒸汽管网保温是否合理, 散热是否超标, 寻找出需改进之处。模拟表明, 东一～东四线四根管线总阻力损失约为2.97×107kJ/h, 总散热损失约为6.17×106kJ/h, 总有用功损失约为2.12×107kJ/h。每年按照开工8000小时计, 每年有用功损失约为1.69×1011kJ, 相当于4700万度电的能量。东一线外表面温度较高, 传热推动力 (外表面温度和环境温度的差值) 是东三线等的两倍以上, 说明该支线保温层效率下降较严重。兰州石化蒸汽管网绝大部分管架直接接触钢管外壁, 裸露缝隙较大, 保温效果不好。考虑管托裸露导热等因素, 蒸汽管线总的散热增加, 实际模拟热流均高于合格热流, 尤其时东一线、东二线和东三线散热高于合格标准较大。

该管网实际散热量是理论散热量的2.3倍, 按照模拟情况, 动力厂对保温层效率较差, 保温损坏比较严重且散热量较大的东三线和东四线进行了保温更新。

2 实施效果

1) 该项目利用回收的低压蒸汽作为凝结水泵的驱动动力, 有效解决了由此带来的凝结水泵的“汽蚀”现象的发生, 实现蒸汽和凝结水的梯级回收。实施后, 消除了71个排凝管线的蒸汽直通和低点排空冒汽现象, 每小时可减少蒸汽排空损失5t/h、凝结水10～20t/h。

2) 全厂蒸汽系统数据自动采集站建立后, 实现了计算机对全厂蒸汽用户的压力、温度、流量等数据的自动采集, 并根据用户需求变化情况, 及时优化全厂蒸汽运行方案, 减少系统火用损失和散热损失。全年减少散热损失平均可节汽3.5t/h;通过计算机优化, 目前巳根据计算机优化结果调整全厂供汽方案38次, 每次调整后蒸汽消耗量比调整前下降20～30t/h。

3) 通过蒸汽数据采集与模拟监控系统的运行表明, 若管线裸露面积占管网外表面积的1%, 则热损失增加10%, 理论散热损失量相当于6t/h蒸汽量, 而实际散热损失量约相当于13.6t/h的蒸汽量, 节能潜力约为7.6t/h蒸汽量。因此, 改善保温对于兰州石化公司节能降耗有重大的意义。

3 结束语

若蒸汽凝结水回收系统技术研究取得期望的效果, 将对炼化企业蒸汽凝结水的回收和二次利用有很高的实用价值。

蒸汽数据采集系统的实施和运行, 对兰州石化公司东区的热力管网运行进行有效评估, 以模拟软件为平台, 建立了兰州石化蒸汽管网数学模型, 对管网工况做了离线模拟和分析。经实际考核, 表明该模型的计算结果可靠, 能用来评估兰州石化蒸汽管网系统, 达到安全生产、节能降耗的目的, 经济效益显著。

参考文献

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[3]饶丽君, 姚家新.热力管网的拓扑优化[J].区域供热, 1996, (04) :18-19.

[4]卢丽冰, 高岩波.热力管网小口径节流与节能[J].油气田地面工程, 2005, (05) :32-33.

蒸汽管网的建模和设计优化篇4

作为蒸汽输送载体的蒸汽管网,是指连接产汽装置与用户之间的,用于蒸汽的输送、分配、使用和回收的管路网络。蒸汽管网设计是否合理,直接影响管路网络的投资和效率[1]。

目前国内的研究主要集中于蒸汽管道的直埋技术,对管网优化方面的研究比较少。徐鹏[2]等根据规范和设计参数进行蒸汽管网管径和保温厚度的程序化设计,并建立目标函数和约束对其进行优化,按经济性的优劣,依序列出多组设计方案可供设计选择,同时对优化计算的可行性和有效性进行了讨论。刘金平[3]等在火用经济分析的基础上,得出了蒸汽管线优化设计的目标函数。分析了管线长度对管网中蒸汽最优流速的影响,得出了管线短的,蒸汽流速要适当加大,管径减小;管线长的,蒸汽流速要适当减小,管径加大;随着不同管线长度差距加大,对蒸汽管网系统进行优化设计得到的经济效益更加显著的结论。

本文以树状数据结构简化实际蒸汽管网,建立了求解模型。以投资总费用最少为目标函数,将单变量搜索和多变量优化相结合,取主轴斜角α(以驻汽站为原点建立坐标系,主蒸汽管道与x轴正方向的夹角)和用户的分枝管长xi(用户在干管上的分杈点到驻汽站的距离)为优化变量,实现整个管网的优化设计。

1 目标函数

树状模型(见图1)是数据结构中常用的一种模型,其优点是从属关系明确,子节点和父节点通过“枝”连接,每个节点两个子分支,“叶”位于从属关系的底层,没有分支。这种模型由于关系明确,非常易于遍历和搜索,而数学上也有许多成熟的方法对这种数据模型进行优化[4]。同时,枝状管网布置简单,管道的直径随着用户距离热源的距离逐渐减小,金属耗量少,基建投资小,运行管理简便[5]。故本文以树状模型简化蒸汽管网,建立求解模型。

根据热经济学原理,蒸汽管网优化设计目标函数包括初投资费用(钢管投资、基建投资和年平均维修费用),散热损失折合费用和压力降导致的年动力消耗费用。

$E = E_{t} + E_{r} + E_{y} = \sum_{i = 1}^{n} L_{i} \times (e_{g i} \times β_{g} + e_{b i} \times β_{b}) + \sum_{i = 1}^{n} E_{w i} + \sum_{i = 1}^{n} L_{i} \times \sum_{i = 1}^{n} Q_{i} \times Τ \times C_{r} + C_{d} \times Τ \times \sum_{i = 1}^{n} G_{i} \times \sum_{i = 1}^{n} Δ Ρ_{i} (1)$

式中:E—年总投资费用,元;

Et—初投资费用,元;

Er—年热损失折合费用,元;

n—管网的总级数;

Ey—运行费用,元;

Li—各级管长,m;

egi—单位长度不同管段的管道投资,元/m;

βg—管道年折旧率;

ebi—单位长度不同管径的保湿层投资,元/m;

βb—保温层年折旧率;

Ewi—各级管道年维修费用,元;

Qi—不同管径的管道单位时间热损失,t/h;

T—年运行时间,h;

Cr—蒸汽价格,元/t;

Cd—电价格,元/t;

Gi—各级管道流量,kg/s;

ΔPi—各级管道压力降,Pa。

$Δ p = ρ g h = ρ g (h_{f} + h_{j}) = ρ g (\frac{v^{2} L}{c^{2} R} + \frac{v^{2} ξ}{2 g}) (2)$

式中:ρ—密度,kg/m3;

g—重力加速度;

h—总水头损失;

hf—沿程水头损失;

hj—局部水头损失;

v—蒸汽断面平均流速;

c—谢才系数;

L—总管长;

ξ—局部阻力系数;

R—过水断面水力半径,圆管满流时R=0.25D。

从管网末端开始,沿管网供水反方向进行节点流量的累加,直至该管段上游节点,即可得该管段的计算流量。管网节点流量即管网中管段连接点配出的流量。实际管网中节点特别多,而且极为复杂,因此必须进行简化。将管段沿线流量一分为二,简化为管段两段的节点流量,集中流量可以直接加到所处节点上;节点设计流量是最高时用汽集中流量、沿线流量和供汽设计流量之和,假定流量流出节点为正向,则管网中任一节点的节点流量为:

$q_{j} = q_{m j} - q_{s j} + 0.5 \sum_{i \in s_{j}} q_{m i} (j = 1, 2, 3, 4, \dots, Μ) (3)$

式中:qj—节点j的节点设计流量,kg/s;

qmj—最高时位于节点j的集中流量,kg/s;

qsj—位于节点j的(驻汽站)供汽设计流量,kg/s;

qmi—最高时各管段沿线流量,kg/s;

Sj—与节点j关联的所有管段编号的集合;

M—管网的节点总数。

2 优化算法

2.1 优化模型

蒸汽管网系统的设计由热媒(蒸汽)、热源(热电厂或区域锅炉房等)和蒸汽用户的相互位置和用户的种类、热负荷大小及其性质等多种因素决定。其中,用户种类如何划分是管网最终设计结构的决定性影响因素之一。本文根据用户的蒸汽需求量对用户分级,随着级数的递增,用汽量递减。具体方式如图2所示,用户A是一个工厂,其包含车间a1、a2、a3、a4,其中a1和a4需要使用蒸汽;用户B是一个住宅小区,有b1、b2、b3三幢楼,均需要用蒸汽。若A、B用汽量相当,则分级后A、B是第一级,a1、a4和b1、b2、b3是第二级。

在用户分级的基础上,本文提出了一种新的优化模式,即分级递进优化。先对第一级网络进行优化计算,此时蒸汽管网只有两个用户:A(简化为ZA)和B(简化为ZB);接下来优化第二级,有5个用户分成两个系统。ZA、a1、a4组成第一个二级系统;ZB、b1、b2、b3是第二个二级系统。这两个二级系统是平行的,优化时分先后进行,互不干扰。需要注意的一点是,此时ZA、ZB被看作第二级系统的驻汽站,已由上级优化完成。如此类推完成整体网络的优化设计。此优化方法将蒸汽管网分解为多个小系统,分别进行优化,不但很好地表现了用户之间的依赖关系,同时保证每一级都能得到最优结构,具有可操作性强的优点。

总费用最低的目标要求蒸汽管网的总管长最短。实际中驻汽站和用户的位置是不能改变的(第二级中ZA、ZB的位置也受到各种因素的影响不能随意取定),优化时首先以总驻汽站为原点建立平面坐标系,X、Y轴正方向可以随意取定(建立把用户最多的区域设为第一象限),然后在此坐标系中表示出各用户的位置,最后取主轴斜角α(主蒸汽管道延伸方向与X轴正方向的夹角)和分枝管长xi(用户在干管上的分杈点到驻汽站的距离)为优化变量对整体管网系统进行优化设计。根据蒸汽管网建立优化模型,如图3所示。

分级优化时,管长也分级计算。每级的总管长分干管长和枝管长两部分。干管长指主蒸汽管道的延伸距离,枝管长指每个用户到连接到主管道的距离。以图3第一级为例,干管长为XB,枝管长FA+FB。因此本优化方法的目标函数转化为:

$\begin{array}{l} L = \sum_{i = 1}^{k} L_{i} = \sum_{i = 1}^{k} f (α, x_{1}, x_{2}, \dots, x_{n}) (4) \\ L_{i} = L_{G i} + \sum_{i = 1}^{n} L_{z i} (5) \end{array}$

式中:L—管网总管长;

Li—各级的总管长;

LGi—各级的干管长;

Lzi—各级中单个用户的分枝管长;

k—各级中用户总数。

2.2 约束条件

优化计算要满足国家标准规定[3]中的约束和用户端对蒸汽最低参数的约束,因此存在如下约束条件:

(1)管内蒸汽流速v的约束:v≤vmax;

(2)保温层外表面温度Ts的约束:Ts≤Tmin;

(3)保温层外表面允许最大散热密度Q的约束:Q<Qmin;

(4)用户端对压力p的约束:pi≥pmin;

(5)用户端对流量q的约束:qi≥qmin。

2.3 优化方案

如果蒸汽管网有N个用户,则产生N+1个优化变量:一个主轴斜角α和N个分枝管长xi。从上文的目标函数可以看出:只有确定α才能求解用户分枝管长xi,即α和xi不能同时优化,则优化计算被分成两部分:单变量α的优化和多变量xi的优化。因此,本文将单变量搜索的黄金分割法和多变量优化的单纯形法相结合,采用分级递进的优化模式编写程序完成整体网络的优化工作。

程序运行如下:

(1)以驻汽站为原点建立平面坐标系,确定用户位置;

(2)用户分级;

(3)取角度初始值α,调用黄金分割法程序优化第一级网络;

(4)对应α,取分枝长度xi的初始值,调用单纯形优化程序计算该角度下的最优结构;

(5)单纯形法优化结束,收敛判断。满足则根据此时的管长计算投资总费用并返回黄金分割法程序;

(6)黄金分割法程序继续以步骤(5)的方式运行,最后收敛判断,根据函数值判断搜索方向,改变角度α的值,重复步骤(4)、(5)直到满足优化目标函数的收敛条件;

(7)此时第一级系统优化结束,以第二级系统的原点建立新的坐标系返回步骤(3)进行第二级优化,重复执行步骤(3)～(7),完成整个网络的优化工作;

(8)优化结束。

3 算例

某蒸汽管网,年运行时间2080h,电价以0.15元/kWh计,蒸汽密度18.5kg/m3,蒸汽价格以12.6元/t计,管道折旧率为0.032,保温层折旧率为0.044。以驻汽站为原点建立坐标系,各用户的坐标如表1所示。

网络最高时用汽量为35.98L/s,节点1接工厂,要求供汽量为12L/s。表2为计算过程参数,优化结果如表3所示。整个网络形成三个系统,Z、1、2构成第一级,第二级第一个系统包括11、12、13、14;第二级第二个系统由21、22、23组成。首先优化第一级,收敛情况如图4所示。第二级系统收敛情况分别如图5、图6所示,最终结构如图7所示。

4 结论

以树状数据结构为基础简化蒸汽管网,建立了蒸汽管网的求解和优化模型,取主轴斜角α和用户的分枝管长xi为优化变量,将单变量搜索和多变量优化相结合,完成了蒸汽管网的优化设计。

(1)提出了一种全新的优化方案和相应的分级递进优化方法。

(2)将单变量搜索的黄金分割法和多变量优化的单纯形法相结合,很好地避免了变量数多对于单纯形法的限制,极大地扩大了该方法在蒸汽管网优化上的使用规模。

参考文献

[1]刘军.蒸汽管道的设计与安装[J].能源研究与利用,2003,(4):41-45.

[2]徐鹏,葛斌,殷戈.蒸汽管网设计建模和优化[J].华东电力,2007,35(3):16-20.

[3]刘金平,华贲,陈志勤.石化企业蒸汽管线的优化设计[J].华南理工大学学报,1997,25(12):22-27.

[4]Lorente S,Wechsatol W,Bejan A.Optimization of tree-shaped flowdistribution structures over a disc-shaped area[J].International Journal of Energy Research,2003,27(8):715-723.

蒸汽热力管网系统的优化与节能篇5

1我国蒸汽热力管网系统存在的问题及优化措施的概述

就目前来看, 我国大部分工厂中的热网主干系统的建设时间都比较早, 主要都是在20世纪60年代左右建成的, 尽管经过了多次的扩增和技术改造, 但其流程仍然存在许多不合理的问题一直迟迟未能解决, 使得系统的蒸汽遭到了很大损失。例如, 在蒸汽主管线中, 凝结水和蒸汽同时进行开放式排放, 使得蒸汽造成了很大浪费。通过实地考察可以发现, 蒸汽系统损失主要是由三个部分组成的, 分别为排凝放空损失、主干管线散热损失以及蒸汽计量损失这三部分。而凝结水的排汽加压站以及气动式的排凝回收站的建立能有效杜绝或降低排凝放空的损失。关于蒸汽主管线的带汽排凝所研发出来的专用装置CVA, 不仅能实现对蒸汽凝结水回收, 而且也有助于排凝损失的减少。此外, 通过建立在线职能检测对优化离线的模拟系统以及蒸汽系统的实施数据采集系统也能有效地减少主干管线的散热损失和蒸汽计量损失。

2热力管网实现优化节能所采取的措施

2.1 更新蒸汽管网系统保温

关于这一项措施的实施, 可通过采集模拟监控和蒸汽数据对蒸汽管网的保温和散热速率进行评估, 从而实现改进管线保温。具体操作如下:通过观测蒸汽管线的表面温度, 如发现管线外表面的温度与环境温度差比其它管线大许多, 则可确定此段管线的保温效率出现严重下降。而蒸汽管网中的大部分管架是与钢管的外壁直接接触的, 由于其裸露的缝隙比较大, 因此这些管线的保温效果也不理想。管托裸露也是造成管线总散热损失超过标准值的最重要因素。通过有关的实验模拟结果可得, 蒸汽管网在实际操作过程中的散热量要比理论上的散热量大1.3倍左右。因此要实现减少散热损失, 必须对散热量较大、保温损失严重、保温效率较差的管线进行及时地保温更新。

2.2 降低蒸汽系统损失

正如上述所提到的, 蒸汽系统损失主要是由排凝放空损失、主干管线散热损失以及蒸汽计量损失这三个部分组成的。首先, 针对排凝放空损失, 我们应采取实现凝疏水的正常排放以及对凝疏水进行回收和利用, 具体的优化措施如下:可在长期需要排凝的位置进行汽水分离设施以及疏水器的设置, 实现凝结水的正常回收, 使蒸汽系统既减少了排放损失, 又达到保护环境的目的。要使正常排凝放空的问题得到解决, 最有效的办法就是在不改变目前蒸汽管网排凝管的管径、数量和位置的基础上, 在整个蒸汽系统中建立起一个气动式的排凝回收站, 在排凝方式上可选用受控蒸汽喷射携带的方法进行排凝, 实现汽水的集中分离。

2.3 建立蒸汽模拟监控和数据采集系统

首先, 可把蒸汽系统中数据采集点化为多个T型站, 而这个T型站既能把采集来的二次仪表信号传发到企业局域网上, 又能与二次仪表实现通讯, 并通过工作站的建立实现与企业局域网服务器联网。此外, 安装在工作站上的客户端软件不仅能和服务端的软件进行实时的通讯, 而且对于工控机的实时数据也能通过客户端软件看到, 工作人员直接在微机上就可以实现对热网运行情况的检测。

其次, 蒸汽管网在线模拟职能检测系统主要是由数据采集系统、模拟分析系统、实时数据库、局域网、蒸汽管网仪表系统、控制器以及工业控制机等各个部分组成的。通过数据采集系统, 可对蒸汽管网上的数据采集点的调节阀开度、流量、压力以及温度进行采集。此外, 在整个监控系统的操作过程中, 可把对蒸汽管网的热力和水力模拟计算结果用于对蒸汽管的分析和监控, 从而实现优化蒸汽管网的目的。

3蒸汽热力管网的优化效果

3.1 改善热力管网的保温性能

通过数据采集和模拟监控系统运行结果可以发现, 经过对蒸汽热力管网的节能性能的更新, 可以改善热力管网中管线的保温效果, 使得热力管网实现了节能降耗的优化效果。实践证明, 当管网外表面积存在比例为1%的管线裸露面积时, 其热损失量就会增加10%左右, 实际散热损失要比理论散热损失大7.5t/h左右, 也就意味着蒸汽管网的节能潜力为7.6左右。通过对热力管网保温的改进, 每年可有效节约蒸汽为60000t左右。

3.2 有效利用低压蒸汽

凝结水回收时所产生的低压蒸汽具有很大的利用价值。可以把回收过来的低压蒸汽作为凝结水泵中的一个驱动力, 不仅使凝结水泵中出现的汽蚀现象得到有效解决, 而且还能实现对凝结水和蒸汽的梯级回收。通过凝结水的回收, 可以对排凝管线中的低点排空以及蒸汽直通的冒汽现象进行消除, 从而让蒸汽排空的损失量出现很大幅度的降低, 而凝结水的回收量也得到加大, 大大提高了整个蒸汽管网运行的经济效益。

3.3 数据自动采集和监控系统取得了很好的成效

通过实践证明, 在计算损失的减少、供气方案的调整与优化、散热损失的减少等各方面蒸汽系统中的数据自动采集和监控系统都取得了很好的成效, 其中散热损失的平均减少量可达3.5t/h左右。此外, 通过对蒸汽方案的不断调整, 使得调整后的蒸汽消耗量比调整前的蒸汽消耗量出现大幅度下降。

4结束语

对于蒸汽凝结水进行回收以及再次利用具有很重要的意义。它不仅能有效减少在蒸汽管网运行过程中对环境造成的污染, 而且还能提高水资源的利用效率。而通过数据采集和检测对热力管网的运行情况的评估和蒸汽管网运行的数学模型的建立, 有效实现了蒸汽管网工况的分析和离线模拟, 且模拟的结果也十分可靠, 具有显著的节能效果。

参考文献

[1]卢丽冰, 高岩波.热力管网小口径节流与节能[J]油气田地面工程, 2005, 24 (5) .

蒸汽管网设计问题与安装工艺研究篇6

1.1蒸汽管网布置类型

热源、热用户与蒸汽管网之间存在一定的联系,在布置蒸汽管网时,需要提供经济、安全的双重保障。蒸汽管网的设计是为了提高供热的可靠性,减小供热等不确定因素造成的热负荷等不良影响。很多城市的蒸汽管网系统都采用的是环状的布置类型,即从环网上直接连接热用户的管网,呈现出分散状态。这种蒸汽管网的布置方式是为了其日后使用供热更加快捷、方便、安全、可靠,同时,供热性能良好。但是,还是要在经济性和安全性两方面多加强考虑。如果将蒸汽管网布置成为放射状分支网状结构,可以架设骨架敷设管道。在作业时,要关掉管道之间的连接阀门,如果发生分段事故,可以采用连通管供热。

1.2蒸汽管网的敷设方式

在选择敷设方式时,需要考虑热原位置和热负荷分布,还有水文地质条件、地下管道、园林绿地和建筑等因素。一般会采用架空和地埋敷设方式。为了方便管道的日后维修,降低企业成本,会采用架空敷设的方式。但是,在城市集中供热中,需要考虑总体规划和市容市貌。鉴于此,可以采用地埋敷设的方式。这种敷设方式的优点是不需要占用较大的面积,周期比较短,有很好的保温效果,可以有效降低热散失程度,有利于提高能源的利用率,实现节约能源的目的。其缺点是价格成本比较高,维修不方便。

1.3蒸汽管道的热补偿

为了更好地布置蒸汽管道,实现能源利用率最大化,应当对蒸汽管进行热补偿设计,减少温度变化产生的冷热应力,避免破坏蒸汽管网,防止管网事故的发生。补偿有补偿器和自然补偿两种方式,补偿器中有套筒式补偿器、方形补偿器、环球补偿器和波纹管补偿器几种,每一种补偿器都有其各自的优缺点。所以,在建设时,应当根据实际情况和设计要求采取合理的补偿措施,发挥补偿器最大的作用。

1.4蒸汽管道的保温

根据实际情况建设蒸汽管网,需要以提高经济效益、节约能源为原则,具体包括以下几点:①因为管网的铺设距离比较长,所以,为了保证供热管网的供热参数,管道建设要采用相应的保温材料。如果温度高于300℃,采用复合硅酸铝材料;如果温度低于300℃,可以考虑采用高温玻璃棉。②对于长距离供热输送,在计算保温层厚度时,应采取控温的方法。③根据管径大小设置保温层次,并在最外层顶部加装保温层,以减少热量损失。④保温层之间采用阻燃铝箔玻纤布反射层缠绕,铝箔反射层比较耐高温,一般适用于内保温层。采取以上保温措施可以减慢管道的散热速度,达到节约能源的目的。

2蒸汽管网的安装工艺研究

2.1施工材料进场的检验

检验施工材料是否符合工程建设的质量要求,确保材料有产品合格证书和质量检测资格证书,同时,要注意施工材料是否达到了国家规范标准。针对施工所需的阀门,在使用之前,应当按照规范进行压力测试,如果发现不符合标准的阀门,应当停止使用;如果在检查其他施工材料时也出现了类似的情况,可以采用退货的方式处理,避免工程存在安全质量问题。

2.2蒸汽管网的施工技术

2.2.1地埋管道的安装

在安装地埋管道前,先要进行土方施工。整个土方施工技术采用的是机械与人工互相交错施工的方式,合理利用资源。探坑挖掘需要先确定开挖的位置,然后确定是否有障碍物,采用机械和人工交错的挖掘方式。在挖掘过程中,需要把土堆放于沟边,沟边与堆底边距离保持在0.6~1 m之间,避免管道受力不均匀。

2.2.2铺设管道和安装管件

为了保证管道保温层完好无损,在吊装过程中,需要采用吊装带,避免保温层被破坏。在铺设管道时,需要设置相应的坡度,从侧面、主管上方接出蒸汽支管,避免管中流入凝结水。在安装管道时,需要合理安排管道的安装位置,避免触碰造成管道损伤。

2.2.3管道支架安装

在安装管道支架时,采用等离子方法或者是机械法切割,用专业砂轮片打磨操作,用螺栓固定支架,将其紧固于型钢斜面上,并搭配斜度一致的斜垫片,保持平衡。在焊接管道时,要确保管道吊装完成,焊接缝与支架的距离在150~200 mm范围之内。钢管管道支架的最大间距如表1所示。

2.3蒸汽管网的施工工艺

在敷设蒸汽管网时,首先要进行测量放线操作。根据测量放线的结果,由专业操作人员搭建支架位置。然后,依照蒸汽管网的施工特点制作混凝土柱,制作、组对架空管道。当这些完成之后,需要对管道进行压力测试,压力测试主要有气密性试验和水压试验2种,如果采用的是地埋管道敷设方式,需要采用同样的方法进行测量放线操作,最后还要严格检查管道的焊接,进行防腐补口和无损探伤检查。在这一系列蒸汽管网的施工过程中,要着重注意支架搭建的位置,结合专业的测量结果,按照建设的实际情况安装。

3结束语

蒸汽管网的设计和安装是城市建设项目中的重要内容。所以,不管是在设计方面,还是在安装工艺方面,都需要单位和相关部门高度重视。城市居民的生活质量、企业的生产情况都取决于蒸汽管网能否有效运行。在设计蒸汽管网时,要遵循相关设计技术原则。在安装过程中,应认真做好每个环节的施工,相关人员应当积极发挥主观能动性,根据实际情况和经验提出合理的建议,以降低企业的成本和安装难度,提高供热效率,保证蒸汽管道的安全运行。

参考文献

[1]李慧哲.关于蒸汽管网设计方面的问题探究[J].科技创新与应用,2014(23):249.

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[3]陈雄兵.浅析蒸汽管网工程安装工艺[J].能源与节能,2016(1):120-121.

建立集中供汽点优化蒸汽管网运行篇7

对于多热源的蒸汽系统, 为了保证某个热源出现故障时蒸汽系统能正常运行, 各热源之间通过系统管线连接, 并且连接管线较大。而正常运行时由于热源向用户直接供热, 使连接线蒸汽流量较小。当热源与用户在不同的运行负荷时, 热源之间的连接管线可能存在不同的蒸汽流向。为了降低管网压差, 有时还形成环网运行。

根据蒸汽系统具体情况, 建立集中供汽点, 热源的汽主要通过集中供汽点再向用户供汽, 可解决多热源蒸汽系统热源间连接线负荷变化大, 系统阻力大, 温降严重等缺点。由于石化装置蒸汽系统使用背压透平驱动的压缩机较多, 提高了用汽点的温度与压力, 也就提高了背压透平的进汽参数, 提高了蒸汽系统运行安全性与经济性, 并进一步降低了石化企业能耗。

1 集中供汽点模型

现以两个热源与两个用户的简单蒸汽管网为例进行建模分析。见图1。

没有建立集中供汽点时 (模型图左侧) , 热源1 (本文默认热源1为热源, 负责整个蒸汽系统的平衡与压力调整) 主要向用户1供汽, 热源2主要向用户2供汽。热源2产汽过多时向热源1供汽, 热源2产汽不足时热源1向其供汽以达到系统平衡。当热源2通过热源1向用户1供汽流量较大时, 热源2与用户1压差较大, 使得热源1调压范围较小。

在热源1与热源2之间建立集中供汽点O点 (模型图右侧) , 热源1与热源2产汽均通过O点再向用户供汽。这样蒸汽流向稳定, 压力稳定, 有利于计量与压力调整。

2 具体系统分析

当系统较为复杂时, 容易存在多条母线与环网, 蒸汽管道负荷变化大, 容易产生负荷过大与过小引起的压差过大与温降过大, 蒸汽系统运行效率低。

以某石油化工公司 (以下简称石化公司) 3.5MPa蒸汽系统为例。只分析主要热源与主要用户, 其他装置对系统分析不产生影响, 在此忽略。管网改造前系统见图2。

燃油炉、一部、渣油加氢、公司甲等为早期热源与用户。后公司发展新建了CFB装置、3#催化、公司乙等装置。正常运行时燃油炉停运, CFB装置担任中心热源作用。3#催化余热炉产汽较多。

当公司乙不运行时 (较长时间未运行) , 3#催化有70t/h蒸汽通过CFB装置再经过燃油炉系统向其它用户供汽, 使得3#催化蒸汽压力高而渣油加氢等装置压力低, 压差最大时达1.1MPa。

当公司乙运行时, CFB装置向3#催化供汽10t/h, 使该管线流量过小而温降较大。

当3#催化故障使余热炉产汽降低时, CFB装置向3#催化供汽以满足3#催化及附近用户 (包括公司乙, 其他图中未画出) 用汽需求。

为了解决3#催化与渣油加氢、一部等装置压差大的问题, 对系统进行了改造, 改造后系统见图3。

O点位于3#催化与CFB装置蒸汽连接线上, 离A点较近 (同一管架上) 。通过安装O点至A点连接蒸汽线, 使O点成为集中供汽点, 3#催化与CFB装置产汽大部分经过O点向用户供汽。将公司甲、公司乙蒸汽均进行相应改造, 使用经过O点A点的蒸汽。运行时停运CFB装置至燃油炉系统、燃油炉系统至公司甲和3#催化至公司乙管线, 管线总长度缩短, 蒸汽最长流程缩短, 使系统温降与压降减小, CFB装置调压范围增大, 渣油加氢等处温度压力均上升。3#催化与渣油加氢压差降为0.25MPa。

3 建立集中供汽点改造蒸汽管网原则

3.1 突出较大供汽点的热源地位

石化公司最大的供汽单位为CFB装置与3#催化, 在此两装置连接线上靠近用户集中的位置建立集中供汽点, 有利于缩短蒸汽总流程, 将低压降与温降。

石化公司热源较多, 有些热源对系统影响小, 可不予重点考虑。

当蒸汽系统较大负荷的热源较多且对系统都有重要影响时, 可根据实际管网构造, 建立两个或多个集中供汽点, 这些集中供汽点最好离中心热电装置较近。

3.2 避免蒸汽管网环网运行

热源 (或集中供汽点) 在中心位置的辐射状蒸汽管网运行经济性与安全性均优于环形管网与中心热源不突出的多热源管网。

建立集中供汽点并对管网进行改造后, 要及时停运可以停运的管道, 避免环网运行, 减少总散热量。

3.3 校核管道流量

建立集中供汽点后, 管道流量发生变化, 要计算流量变化对阻力与温度的影响, 必要时更换管道。

4 建立集中供汽点改造蒸汽管网效果

4.1 缩短最长流程, 减小压降与温降