蒸汽热力管网系统的优化与节能

生体硬面宽度 , m; D 为表体通径 , m; f 为漩涡的
发生频率 , Hz。
2. 3 更新保温
可用蒸汽数据采集与模拟监控系统评估蒸
汽管网的保温是否合理 ,散热速率是否超标 ,寻
找改进保温措施的途径 。模拟结果表明 ,东一至
东四 4 根管线总阻力损失约为 2. 97 ×107 kJ / h,
总散热损失约为 6. 17 ×106 kJ / h,总有用功损失
建立气动式排凝回收站不改变目前蒸汽管 网排凝管的位置 、数量和管径 ,采用受控蒸汽喷 射携带法排凝 ,汽水集中分离 。标定结果显示 , 在蒸汽排凝回收站 ,中压蒸汽 (压力为 3. 1 M Pa, 流量为 1. 04 t/ h)进入中压汽水分离器 ,分离为次 中压蒸汽 (压力为 2. 9 M Pa)和中压凝结水 。低压 蒸汽 (压力为 1. 0 M Pa)和中压凝结水进入低压汽 水分离器 ,分离为次低压蒸汽和低压凝结水 。泵 阀式凝结水排汽站将部分低压凝结水闪蒸为乏 汽 (压力为 0. 3MPa) 。然后以次中压蒸汽为动力 ,
d1 为节流元件的孔直径 , m;ε为可膨胀性系数 ;ρ
为蒸汽的密度 , 采用 IFC (国际公式化委员会 )
1967公式计算 , kg /m3 ;β为节流元件的孔径与直
管段内径之比 ;Δp为差压 , Pa; qv 为蒸汽的体积流
量 , m3 / h; Sr 为斯特劳哈尔系数 ; m 为漩涡发生体
两侧弓形面积与管道横截面积之比 ; d2 为漩涡发
改善保温节能降耗意义重大 数据采集与 模拟监控系统运行结果表明 ,管线裸露面积占管 网外表面积的 1%时 ,热损失增加 10% ,理论散热 损失 (以 蒸 汽 计 ) 为 6 t/ h, 实 际 散 热 损 失 约 为 13. 6 t/ h,节能潜力约为 7. 6 t/ h,改善保温效果对 节能降耗有重要意义 。开工时间按 8 000 h / a计 , 热量浪费量 (以蒸汽计 )为 6. 08万 t/ a。
将蒸汽系统数据采集点划分为 25个 T型站 (既能实现与二次仪表的通讯 ,又能将采集到的 二次仪表信号发送到企业局域网络上 ) ,建立 2个 工作站并与企业局域网服务器联网 。蒸汽数据 采集系统使用的系统平台为 W indow s NT 4. 0,热
网模拟分析采用网络版 HydroNet软件 , 通讯接 口 、数据处理及图表绘制功能均很完善 。 Hydro2 Net分为客户端和服务端 ,服务端软件安装在工 控机上 ,负责数据的采集和处理 ,客户端软件安 装在工作站上 ,可与服务端软件进行实时通讯 , 也可看到工控机上的实时数据 ,便于相关人员在 自己的微机上监测热网运行情况 。
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 。管托裸露等因素致使蒸
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汽管线 (尤其是东一线 、东二线和东三线 )的总散
热损失大于标准值 。模拟结果显示 ,蒸汽管网的
实际散热量为理论散热量的 2. 3 倍 。因此 ,为降
低散热损失 ,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
汽凝结水 。减少蒸汽计量损失和主干管线散热 损失的措施是建立蒸汽系统实时数据采集和在 线智能监测优化离线模拟系统 。
2 采用的方法 2. 1 治理排凝放空损失
治理蒸汽排空排凝采取的措施是正常排放 凝疏水并回收利用 ,即在长期需要排凝的地方增 加疏水器和汽水分离设施 ,正常回收凝结水 ,减 少排放损失和环境污染 。解决正常排凝放空问 题的有效方法是建立气动式排凝回收站 ,工艺流 程如图 1所示 。
① 收稿日期 : 2008 - 05 - 30;修回日期 : 2008 - 09 - 25 作者简介 :梁瑾 ( 1974—) ,女 , 甘肃会宁人 , 工学学士 , 工程 师 ,从事节能技术管理工作 。已发表论文 3篇 。
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石 化 技 术 与 应 用 第 27卷
(1. 中国石油兰州石化公司 动力厂 ,甘肃 兰州 730060; 2. 中国石油兰州石化公司 矿区服务事业部 ,甘肃 兰州 730060)
摘要 :为降低蒸汽系统的物质及能量损失 ,中国石油兰州石化公司动力厂建立了气动式排凝回收站 和凝结水排汽加压站 ,投用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 。蒸汽系统损 失主要由计量损失 、主干管线散热损失和排空排凝损失 3部分组成 ,总损失约为总供汽量的 22%。标 定结果表明 :回收利用低压蒸汽 ,蒸汽损失量约可减少 5 t/ h,凝结水回收量为 10～20 t/ h;蒸汽系统数据 自动采集站投用后 ,蒸汽损失可减少 3. 5 t/ h;管道保温效果的改善 ,可节约蒸汽量为 6. 08万 t/ a。
关键词 :蒸汽热力管网 ;蒸汽损失 ;凝结水 ;实时数据采集 ;在线智能监测优化离线模拟系统 中图分类号 : TQ 083 + . 3 文献标识码 : B 文章编号 : 1009 - 0045 (2009) 01 - 0041 - 04
蒸汽是大型炼油 、石化企业各生产环节的主 要能源之一 ,系统庞大且复杂 。发展和优化蒸汽 热力系统 ,对降低炼油 、石化企业的加工成本 ,提 高能源利用效率 ,增加企业经济效益 ,提升企业 竞争力均有重要作用 。
1 蒸汽热力管网节能的意义 ① 中国石油兰州石化公司炼油厂原油加工能
力已超过 1 000万 t/ a,所用蒸汽主要由兰州西固 热电厂 、动力公用锅炉和炼油装置余热锅炉供 给 。厂内供汽管网分 3. 5 M Pa 级 (中压蒸汽 ) 、 1. 0 M Pa级 (低压蒸汽 ) 、0. 3 M Pa级 (乏汽 ) 3个压 力等级向装置供汽 。热网主干系统于 50 年前开 始建设 ,虽然经过多次技术改造和扩容 ,但仍存 在着许多“瓶颈 ”和流程不合理问题未能解决 ,系 统蒸汽损失较大 , 例如蒸汽主管线的排凝放空 (蒸汽与凝结水同时开放式排放 ) ,造成蒸汽直接 浪费 。
图 2 SROM 的构成与运行流程
数据采集系统实时采集蒸汽管网上 29 个数 据采集点的温度 、压力 、流量 、调节阀开度等信 号 。蒸汽系统与用汽单位交界处的压力和流量 为可选项 。HydroNet软件用建起的数学模型 [已 考虑了阻力降和热损失 ,采用实时温度压力补偿 法 ,如式 (1) , (2 ) , ( 3 )所示 ]对蒸汽管网进行水 力和热力模拟计算 ,结果用于监控 、分析和优化 蒸汽管网 。实时数据库读入采集点的仪表位号
图 1 汽动式排凝回收站工艺流程
分别借助 2台蒸汽喷射泵 ,将次低压蒸汽和乏汽 的压力均提高到 0. 97 M Pa后重新送回低压蒸汽 管网 。此过程中低压蒸汽完全没有损耗且品质 不会下降 ,中压闪蒸汽回收率为 15%。泵阀式凝 结水排汽站自动将未闪蒸凝结水的压力提高 ,然 后送入厂区凝结水泵压管线 。回收完全是闭式 的 ,乏汽没有任何泄漏 ,凝结水不会浪费 ,中压蒸 汽没有损耗 。 2. 2 蒸汽数据采集与模拟监控系统
为 457. 2万元 / a。 数据自动采集系统成效显著 蒸汽系统数
据自动采集站建立后 ,散热损失平均减少量 (换 算为蒸汽 ,包括减少散热损失 、供汽方案的优化 与调整 、减少计量损失等方面 )为 3. 5 t/ h。根据 计算机优化结果 ,先后对供汽方案进行了 38 次 调整 , 每 次 调 整 后 蒸 汽 消 耗 量 均 比 调 整 前 下 降 20～30 t/ h。
蒸汽 管 网 严 格 在 线 模 拟 智 能 监 测 系 统
( Steam Network R igorous Online Intelligent Monito2 ring, SROM )由上位机 (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 (软件采 用 Infop lus) 、模拟分析 (软件采用 HydroNet) 、数 据采集系统等部分组成 , HydroNet软件是 SROM 的核心 ,系统构成及运行流程如图 2所示 。
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 ( 4) : 20 - 24.
约为 2. 12 ×107 kJ / h。开工时间按 8 000 t/ a计 ,
有用功损 失 约 为 1. 69 ×1011 kJ / a, 相 当 于 47 ×
106 kW ·h电 。东一线外表面温度较高 ,传热推
动力 (外表面 与环 境间 的温 度差 ) 为 其他 线的
2倍以上 ,说明这条支线保温效率严重下降 。蒸
第 27卷 2009年
第 1月
1期
石 化 Pe trochem
技术与 ical Technology &
应 App
lica用tion V o l12J7a n. N20o0191
工业技术 ( 41～44)
蒸汽热力管网系统的优化与节能
梁瑾 1 ,秦顺华 2
[ 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, 24 ( 5) : 32 - 33.
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温更新 。
3 实施效果 有效利用低压蒸汽 用回收的低压蒸汽作
凝结水泵的驱动力 ,可有效解决凝结水泵的汽 蚀现象 ,实现蒸汽和凝结水的梯级回收 。采取 这项措施后 ,消除了 71个排凝管线的蒸汽直通 和低点排空冒汽现象 ,蒸汽排空损失减少量约 为 5 t/ h,凝结水回收量为 10～20 t/ h, 经济效益
第 1期 梁瑾等 1蒸汽热力管网系统的优化与节能
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qm = 4
cεπ 1-
β4
d21
2ρ△ρ,
(1)
利用蜗街流量计测量蒸汽体积流量及质量
流量的计算公式如式 (2) , (3)所示 :
qv
πD =
2
m
d2
f
,
4S r
(2)
qm =ρqv ,
(3)
式中 : qm 为蒸汽的质量流量 , kg / s; c为流出系数 ;
和测量值供模拟软件使用 ,模拟结果送回实时数 据库 。借助 Infop lus客户端应用系统 ,模拟结果 (反映管网中任一管段上任一位置蒸汽的温度 、 压力 、流速 、冷凝状况等工况 )及时而准确地显示 在客户端上 ,不但可实时监控 ,而且具备信号报 警 、操作调整提示等功能 。
传感器采用节流组件时 ,计算蒸汽流量的补 偿公式如式 (1)所示 :
[ 2 ] 李国俊 ,郁鸿凌 ,李瑞阳 ,等. 大型蒸汽管网系统的运行优化 调度 [ J ]. 化工进展 , 2007, 26 ( 1) : 77 - 81.
4 结束语 蒸汽凝结水的回收和二次利用既节能 (水资
源利用率提高 )又环保 (可避免环境污染 ) ,意义 重大 。中国石油兰州石化公司采用蒸汽数据采 集系统对东区热力管网的运行情况进行有效评 估 ,运用模拟软件建立蒸汽管网的数学模型 ,对 管网的工况进行了离线模拟和分析 。实际考核 结果表明 ,蒸汽管网的数学模型计算结果可靠 , 节能降耗效果显著 。
现场调查和理论分析结果显示 ,炼油板块蒸 汽系统损失主要由蒸汽计量损失 (约占总供汽量 的 10% ) , 主 干 管 线 散 热 损 失 (占 总 供 汽 量 的 4. 26% ) ,排凝放空损失 (占总供汽量的 7. 72% ) 3部分组成 。降低乃至杜绝排凝放空损失的有效 措施是建立气动式排凝回收站和凝结水排汽加 压站 ( CVP) 。 CVP 是针对蒸汽主管线带汽排凝 研发的专用装置 ,有助于减少排凝损失和回收蒸