工業(yè)蒸汽系統(tǒng)改造方案探討

楊 凱

(中國五冶集團(tuán)機(jī)電分公司, 四川成都 610000)

工業(yè)蒸汽系統(tǒng)改造方案探討

楊 凱

(中國五冶集團(tuán)機(jī)電分公司, 四川成都 610000)

文章結(jié)合工程實(shí)例，論述工業(yè)蒸汽系統(tǒng)在使用過程中一些常見問題的創(chuàng)新性解決方案。例如蒸汽系統(tǒng)疏水閥組的改造、車間集中用氣點(diǎn)配管和通過選擇閥門來達(dá)到不同使用要求、車間利用蒸汽和給水的結(jié)合來增加熱水使用點(diǎn)等問題。

工業(yè)蒸汽系統(tǒng)； 疏水閥組改造； 集中用氣管配管和閥門選擇； 增加熱水使用點(diǎn)

隨著工業(yè)的發(fā)展，作為主要熱能之一的蒸汽被廣泛應(yīng)用。蒸汽系統(tǒng)因設(shè)計(jì)、施工過程的遺留缺陷在長期運(yùn)行過程中，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，需要對系統(tǒng)設(shè)施進(jìn)行改造。蒸汽從生產(chǎn)到有效利用是一個系統(tǒng)工程,根據(jù)蒸汽管道材質(zhì)、壓力和用氣設(shè)備的不同，影響蒸汽使用效率的因素有許多，確定解決方案時要根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的方法。本文結(jié)合工程實(shí)例探討了工業(yè)蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行問題的改造方案。

1 蒸汽主管疏水閥組漏氣問題

1.1 工程實(shí)例

某廠區(qū)各車間的工業(yè)蒸汽是通過蒸汽管道由蒸汽鍋爐集中輸送的，蒸汽管道的介質(zhì)為過熱蒸汽，操作參數(shù)：0.8 MPa、300℃，設(shè)計(jì)參數(shù)：1.0 MPa、320℃。根據(jù)維保合同要求，需對原已安裝的管道進(jìn)行檢修和重新保溫，通過與業(yè)主的溝通了解發(fā)現(xiàn)存在的問題是，蒸汽管溝中原已安裝的4根工業(yè)蒸汽管道在使用過程中，除去存在保溫層嚴(yán)重脫離的問題外，最主要的問題是蒸汽泄漏問題。

1.2 改造方案

經(jīng)過進(jìn)一步的考察發(fā)現(xiàn)，泄漏的主要原因是工業(yè)蒸汽管道采用國產(chǎn)蒸汽疏水閥組，在經(jīng)過長時間的使用之后，在疏水的同時也會有大量蒸汽溢出，導(dǎo)致蒸汽管溝上方長期白霧繚繞，不僅造成了蒸汽管道泄漏嚴(yán)重的假象，而且成為了一個很大的安全隱患。

經(jīng)過分析和方案比對，同時以一小段蒸汽管道來多次做通氣試驗(yàn)之后，采用通過設(shè)置落水袋來解決這個問題，不僅成本最低，同時也能保證在疏水閥組不起作用時，手動疏水的安全性。

落水袋設(shè)置見圖1所示。

圖1 落水袋設(shè)置

2 主管與用氣點(diǎn)管徑壓力不匹配

車間蒸汽流量滿足條件下，主管管徑壓力與用氣點(diǎn)管徑壓力不匹配問題。

2.1 工程實(shí)例

某廠區(qū)改造工程，需更換鋼結(jié)構(gòu)平臺上的反應(yīng)釜設(shè)備，鋼結(jié)構(gòu)平臺上的7臺反應(yīng)釜由廠區(qū)工業(yè)蒸汽管道進(jìn)行供氣，其中反應(yīng)釜為新采購設(shè)備，每臺反應(yīng)釜的進(jìn)氣管為DN45的無縫鋼管，工作壓力0.4 MPa，由于反應(yīng)釜的供氣主管為原車間蒸汽主管，其中蒸汽主管的管徑是DN50，工作壓力1.0 MPa，經(jīng)過計(jì)算流量滿足要求。

2.2 改造方案

根據(jù)當(dāng)時現(xiàn)場情況，建議第一步在反應(yīng)釜蒸汽接口前端加減壓閥組來降低壓力(為保證用氣點(diǎn)的壓力，減壓后的壓力為0.6 MPa，再通過閥門對用氣點(diǎn)壓力進(jìn)行微調(diào))，同時為保證用氣點(diǎn)的流量，采取簡易分氣缸的原理來保證用氣點(diǎn)的流量分配，并在施工前再進(jìn)一步相應(yīng)設(shè)計(jì)計(jì)算。

簡易分汽缸具體結(jié)構(gòu)詳見圖2所示。

1-氣缸本體2-主氣管3-截止閥4-螺旋突起5-法蘭盤6-支氣管7-柱塞閥

如圖2所示，本裝置包括水平設(shè)置的氣缸本體1以及與氣缸本體1下部連接的主氣管2、多個與氣缸本體1上部連接的支氣管6，沿氣缸本體1軸線方向在其內(nèi)壁上安裝有兩個螺旋突起4(進(jìn)一步降低蒸汽流速的作用)，兩個螺旋突起4對向設(shè)置且分別位于主氣管2出氣口的兩側(cè)；氣缸本體1的兩端均設(shè)置有法蘭盤5；支氣管6的個數(shù)為奇數(shù)，主氣管2設(shè)置在氣缸本體1的中部，位于氣缸本體1上且所屬排序號為中位數(shù)的支氣管6正對主氣管2；螺旋突起4的內(nèi)徑沿氣缸本體1中心指向其兩端的方向遞減。

進(jìn)氣主管上的閥門3采用截止閥，截止閥在蒸汽上的采用最為普遍，因?yàn)榻刂归y閥門非常適合作為切斷或調(diào)節(jié)以及節(jié)流用。同時該類閥門的閥桿開啟或關(guān)閉行程相對較短，在出現(xiàn)問題時，能夠以最快的速度切斷蒸汽。出氣管道上的閥門7采用柱塞閥，柱塞閥是由閥體、閥蓋、閥桿、柱塞、孔架、密封環(huán)、手輪等零件組成。當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)，通過閥桿帶動柱塞在孔架中間上下往復(fù)運(yùn)動來完成閥門的開啟與關(guān)閉功能。柱塞閥的關(guān)閉由一個不銹鋼柱塞、上下兩只富彈性密封圈及一個金屬隔框組成，密封效果由柱塞與密封圈緊密配合來達(dá)到，柱塞插在兩只密封圈中，密封面積遠(yuǎn)大于普通截止閥；開關(guān)柱塞閥時，柱塞在密封圈中緩慢移動，接觸面幾乎不磨損，關(guān)閉時，柱塞插入下密封圈，截?cái)嗔鞯?；開啟時，柱塞雖然脫離下密封圈，但仍藏在上密封圈內(nèi)，保持與外界隔離，不致發(fā)生泄漏。柱塞閥相比截止閥，壽命長，操作省力。但調(diào)節(jié)行程比截止閥要長，所以節(jié)流控制比截止閥要難。

在蒸汽閥門的長期使用過程中發(fā)現(xiàn)，柱塞閥相比截止閥還有一個明顯的優(yōu)點(diǎn)，由于柱塞閥的調(diào)節(jié)行程長，可以通過柱塞閥的開閉程度來手動控制出氣管道的壓力，在設(shè)備壓力要求不精確的情況下，可以通過一邊緩慢手動開閉柱塞閥，一邊觀察壓力表變化的方式來來手動調(diào)節(jié)反應(yīng)釜進(jìn)氣蒸汽的壓力，達(dá)到滿足不同生產(chǎn)負(fù)荷下的需求。

3 車間熱水使用點(diǎn)不足的問題

3.1 工程實(shí)例

某廠區(qū)安裝工程施工完成后，車間內(nèi)設(shè)計(jì)熱水點(diǎn)位不足，需增加熱水點(diǎn)位。

3.2 改造方案

經(jīng)過方案比選，利用車間內(nèi)已經(jīng)布施好的供水管路以及供汽管路，在需要增設(shè)熱水點(diǎn)位的工位上安裝一個能夠快速實(shí)現(xiàn)汽水混合的裝置來達(dá)到增加熱水點(diǎn)位的目的。

自制汽水混合器及進(jìn)氣孔見圖3、圖4所示。本裝置包括內(nèi)套管3，在內(nèi)套管3的兩端分別與進(jìn)液管1、出液管6連通，在內(nèi)套管3外壁上安裝有外套管2，且外套管2與內(nèi)套管3之間設(shè)置有環(huán)空，在內(nèi)套管3管壁上開有多個進(jìn)氣孔4，環(huán)空通過進(jìn)氣孔4與內(nèi)套管3內(nèi)部連通，外套管2側(cè)壁上連接有進(jìn)氣管7。

工作時，蒸汽由進(jìn)氣管7進(jìn)入到環(huán)空部分中，環(huán)空是指外套管2與內(nèi)套管3之間的環(huán)形間隙，然后液體由進(jìn)水管道流入至內(nèi)套管3內(nèi)，蒸汽再通過多個進(jìn)氣孔4進(jìn)入到內(nèi)套管3后與液體混合，即發(fā)生熱交換，被加熱的液體直接由出液管6排出，即形成一個新增的熱水點(diǎn)位；大量的蒸汽利用環(huán)空部分對內(nèi)套管3外壁進(jìn)行預(yù)熱，同時部分蒸汽透過進(jìn)氣孔4直接進(jìn)入到內(nèi)套管3中，在液體進(jìn)入內(nèi)套管3后，內(nèi)套管3自身因預(yù)熱而吸收的熱量會被部分沿內(nèi)套管3內(nèi)壁流動的液體所吸收，而位于內(nèi)套管3中部的液體則開始吸收部分蒸汽所攜帶的熱量，通過環(huán)空與透氣孔，對進(jìn)入內(nèi)套管3中的液體進(jìn)行內(nèi)外層分層加熱，使得最后由出液管6排出的液體受熱均勻。并且，本裝置利用車間內(nèi)已經(jīng)布施好的供水管路以及供汽管路，在需要增設(shè)熱水點(diǎn)位的工位上能夠快速實(shí)現(xiàn)汽水混合器的安裝布置，無須單獨(dú)進(jìn)行熱水管道的鋪設(shè)或是進(jìn)行定制單獨(dú)的汽水混合器，大大降低了車間內(nèi)的建設(shè)施工成本。多個進(jìn)氣孔4沿內(nèi)套管3軸線方向分布，且進(jìn)氣孔4設(shè)置在內(nèi)套管3的周向上。多個進(jìn)氣孔4沿內(nèi)套管3的軸線方向平行設(shè)置，即使得蒸汽在進(jìn)入內(nèi)套管3時實(shí)現(xiàn)分層進(jìn)入，在進(jìn)液管1中進(jìn)行通液時，分層的蒸汽流會對液體進(jìn)行逐層加熱，保證流出內(nèi)套管3的液體受熱充分。

1-進(jìn)液管2-外套管3-內(nèi)套管4-進(jìn)氣孔5-保溫層6-出液管7-進(jìn)氣管

41-縮小段42-平直段3-內(nèi)套管43-擴(kuò)大段

本裝置中，進(jìn)氣孔4包括沿其軸線依次設(shè)置的縮小段41、平直段42以及擴(kuò)大段43，縮小段41與環(huán)空連通，擴(kuò)大段43與內(nèi)套管3內(nèi)部連通，縮小段41的孔徑沿其軸線朝靠近平直段42的方向上遞減，擴(kuò)大段43的孔徑沿其軸線朝遠(yuǎn)離平直段42的方向上遞增。高速移動的蒸汽通過進(jìn)氣孔4才能進(jìn)入到內(nèi)套管3，而自身攜帶初始速度的蒸汽容易將進(jìn)液管1內(nèi)的液體截層，即將液體截?cái)喑啥鄠€不相連的斷層，嚴(yán)重滯緩內(nèi)套管3內(nèi)的液體流動；而本實(shí)用新型中的進(jìn)氣孔4包括縮小段41、平直段42以及擴(kuò)大段43，且縮小段41的孔徑沿其軸線朝靠近平直段42的方向上遞減，擴(kuò)大段43的孔徑沿其軸線朝遠(yuǎn)離平直段42的方向上遞增，使得蒸汽流的流速在進(jìn)入進(jìn)氣孔4后實(shí)現(xiàn)三級變化，即蒸汽進(jìn)入縮小段41后，其運(yùn)動區(qū)域由原來的環(huán)空變?yōu)殄F形空間，沿環(huán)空不斷旋轉(zhuǎn)移動的蒸汽經(jīng)過縮小段41的逐步穩(wěn)定轉(zhuǎn)換成沿進(jìn)氣孔4的軸線進(jìn)行直線移動，而進(jìn)入平直段42后，蒸汽的流速相對平穩(wěn)，而當(dāng)蒸汽移動至擴(kuò)大段43后，其流通區(qū)域驟然增加，進(jìn)而使得蒸汽的流速驟然降低，使得蒸汽的運(yùn)動趨勢緩慢下來，在保證蒸汽與液體能夠發(fā)生混合的前提下，避免內(nèi)套管3內(nèi)的液體發(fā)生截流現(xiàn)象。

在實(shí)際使用過程中，蒸汽進(jìn)氣閥門應(yīng)采用柱塞閥，通過調(diào)節(jié)閥門來控制蒸汽量的變化，達(dá)到控制熱水溫度的目的。

4 結(jié)束語

由于工業(yè)蒸汽系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工或運(yùn)行操作過程中的缺陷或失誤，為了保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行，都需要不斷結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、新工藝、新的思路來對系統(tǒng)進(jìn)行改造、完善，因此應(yīng)不斷總結(jié)，不斷學(xué)習(xí)、研究工業(yè)蒸汽系統(tǒng)施工技術(shù)，在解決問題中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提煉方法，形成各種形式的成果，并將其推廣，使之在城市建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

TU833+.12

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[定稿日期]2017-06-17

楊凱(1990～)，男，本科，助理工程師。