低壓蒸汽管理及應用
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1蒸汽管理
蒸汽是輪胎及化工企業主要的生產介質和載熱體，被廣泛應用在原材料脫水、設備及工藝加熱、輪胎硫化及采暖和生活等方面，其壓力一般在2.0MPa以內，屬于低壓蒸汽的范圍。蒸汽在輪胎及化工企業的動力成本中所占比例較高，因此，如何以最低的成本生產蒸汽、以最佳的效果使用蒸汽、以最科學的方法管理蒸汽就顯得尤其重要。本文從低壓蒸汽的生產、使用和管理過程中應該注意的問題加以分析，供同行參考。
2蒸汽的生產
輪胎及化工企業所用的低壓蒸汽一般來自熱電廠或者是自備蒸汽鍋爐。熱電廠的鍋爐噸位大、熱效率高、蒸汽的壓力較高，通常是通過汽輪機做功發電后再分流至需要蒸汽的地方。現在許多新建輪胎及化工企業都有自己的熱電廠以供應蒸汽，其綜合效益比較明顯。熱力發電是一個專門的學科，在此不做探討。對于不具備熱電供汽的企業，特別是一些老企業，還是利用自備蒸汽鍋爐生產蒸汽。這些自備蒸汽鍋爐的蒸發量一般在10～35t之間，以帶爐排的燃煤蒸汽鍋爐居多，且同時配置兩臺或多臺。要保證鍋爐正常運行，降低蒸汽生產成本，應注意下列幾點。
2.1嚴格控制燃煤指標
在燃煤蒸汽鍋爐運行過程中，燃燒是基礎，產生蒸汽是目的，而燃燒的效果直接取決于煤的種類和指標。每種鍋爐都有適用的煤種，必須對爐選煤，否則就會對鍋爐產生不良影響。當燃用發熱值偏低的煤時，發熱量的降低會使鍋爐的效率和出力都下降。因為發熱值低的煤一般是水分大或灰分大或兩者的含量都大，致使爐膛內燃燒溫度低，爐拱溫度和輻射的熱量都低，使著火困難。要使爐膛內燃燒溫度達到使用要求，必須加快爐排的運行速度或提高煤層的厚度，有利于煤的充分燃燒。
2.2保持鍋爐的完好
蒸汽鍋爐是利用煤（或其他燃料）燃燒釋放的熱能加熱給水，以獲得規定參數和品質的蒸汽的設備，具有高溫帶壓力的特點，必須保持鍋爐的完好，才能確保安全經濟運行。首先要保持鍋爐主體各部位完好。完好的蒸汽過熱器可以在一定壓力下，將飽和蒸汽加熱到規定的溫度。省煤器能利用排煙余熱來提高給水溫度，從而節約燃煤。空氣預熱器將冷空氣預熱成一定溫度的熱空氣，再送入爐內供燃料燃燒，提高鍋爐的效率。確保爐排、傳動裝置及相關部件達到鍋爐的完好標準。其次要確保鍋爐自動控制系統靈敏。鍋爐的自動控制是依靠工業自動化儀表作為工具來實現的，在鍋爐運行中起著監視、控制和調節的作用，使鍋爐在最安全、經濟的條件下運行。工業自動化儀表的原理是基于平衡原理，按其功能分為檢測儀表、顯示儀表、調節儀表和執行器四類。同時要保證鍋爐的安全裝置及附件完好可靠。安全裝置及附件包括安全閥、壓力表、水位表、高低水位報警器、排污裝置及相關的閥門及儀表等。
2.3科學合理地運行鍋爐
合理調節鍋爐鼓、引風機。在保證爐膛一定負壓的前提下，盡量延長高溫煙氣在爐膛中停留的時間，降低排煙溫度。根據爐膛燃煤預熱干燥區、揮發物析出區、燃燒區、灰渣形成區等不同區域合理送風。根據鍋爐運行及燃煤情況定期清理、疏通省煤器和空氣預熱器，及時清理鍋爐引風機風輪上的積灰，保證引風量。根據不同的煤質和用汽量的大小調節煤層厚度和爐排轉速，使煤充分燃燒，降低灰渣中可燃物的含量。確保鍋爐補充水水質達到《工業鍋爐水質標準》，保證鍋爐除氧加熱器軟化水的除氧效果，并使水溫控制在95～102℃之間。杜絕鍋爐長期滿負荷或超負荷運行。一般情況下，新鍋爐的出力率在80%～95%時，生產單位蒸汽的用煤量最少、運行成本最低，而小于80%或大于95%時，用煤量會相應增加；新度系數偏低的鍋爐，出力率在70%～85%時，用煤量會相對減少，超出此范圍的用煤量會相應增加。因為當鍋爐滿負荷或超負荷運行時，為達到爐膛溫度和出汽量，爐排的運行速度加快，煤燃燒不充分，爐渣排放時的溫度高，浪費的熱量較大；而鍋爐在負荷相對有余量運行時，爐膛內的空間相對增大，爐排的運行速度慢，延長了煤的燃燒時間，使煤得到充分燃燒，爐渣的余熱被爐膛充分吸收，爐渣排出時溫度較低，用煤總量就相對減少。
3蒸汽的使用和管理
蒸汽從自備鍋爐或者熱電廠出來后，通常采用管道高壓輸送到熱動力站，然后根據需要進行降壓分流，以滿足不同的要求。如果蒸汽在輸送、管道配置安裝、保溫、冷凝水回收等使用和管理環節不同，最終效果會有較大差別。
3.1正確選擇、安裝管道
在輸送管道安裝前，應根據蒸汽需求量正確選擇管道直徑。如果管徑過大，投資增多，熱損失加大，形成的冷凝水也相應地增加；如果管徑過小，蒸汽使用點壓力會下降，沒有足夠的蒸汽量，容易產生水錘和沖蝕。因此，要根據實際需要的流量、壓力、流速來選擇合適的管徑。管道安裝時，如果管道布局總體向下，要有一定的坡度，坡度以1/250為宜；在30～50m之間加一個冷凝水排放點；重新布置至高點時，最好增加汽水分離器或疏水器。如果管道布局總體向上，要逐步增大管徑，且每15m增加一個疏水點。布置疏水點時，一定要有25～30mm的集水槽，否則疏水點就不起作用。管道要盡量減少縮口、變徑、彎道和支管，以減少產生水錘的機會。蒸汽特別是飽和蒸汽通過管道輸送時，不可避免的會向周圍散熱，部分蒸汽會冷卻成小水滴。蒸汽中的水分不僅使熱能減少，且影響換熱效果。而布置在管路上的疏水點只能捕捉管路底部的冷凝水，但對管路中央的小液滴卻無能為力。增加汽水分離器不但能排除管路底部的冷凝水，還可以有效排除蒸汽中的小液滴，甚至可以聚集空氣，從而可以有效提高管道輸送蒸汽的質量。
3.2高壓輸送、低壓使用
要達到高效輸送和使用的目的，應遵循高壓輸送、低壓使用的原則。高壓輸送蒸汽主要有以下優點：（1）蒸汽管道口徑小，熱損失少；（2）管道費用低；（3）管道的隔熱保溫費用低；（4）蒸汽的運行效率高、品質好；（5）在高壓時，鍋爐更容易達到最佳運行狀態，運行效率高；（6）鍋爐的儲熱能力增加，容易處理負荷的變化，減少汽水共騰和攜帶水的可能性。低壓使用蒸汽有以下優點：（1）壓力降低，可以提供蒸汽中更大比例的潛熱；（2）減少冷凝水所含熱量，減少熱量損失；（3）減壓后，在使用點蒸汽具有更高的干燥度；（4）中間設備減少。在選擇減壓閥時，其通徑要比管徑小。在減壓閥前一定要安裝過濾器和汽水分離器，過濾器要比正常裝的傾斜90°。減壓閥后的壓力表要裝在截止閥之前，以方便壓力調節。減壓閥一般都加旁通，可用旁通通過一部分蒸汽，余下部分用減壓閥調節。減壓閥調節的比值為10:1，超出此范圍可用二次減壓，以提高減壓精度。
3.3安裝蓄熱器
為減少蒸汽在輸送和使用過程中的壓力波動，在進入熱動力站前的主管路上可以安裝一臺容積適當的蒸汽蓄熱器，可以保證蒸汽在輸送和使用過程中壓力平穩；并且在鍋爐供汽出現短期故障時，壓力不會降低的太快，從而可以提供緊急處理的時間，減少損失。蒸汽蓄熱器的工作原理是在充熱器和導流筒之間通過水、汽的熱交換，完成蒸汽的蓄熱或水的汽化。當系統用汽量小時（此時蒸汽的壓力高），多余蒸汽的熱能便蓄存在充熱器的水中；當系統用汽量增大時（此時蒸汽的壓力低），蓄存在充熱器水中的熱能迅速汽化為蒸汽，滿足用汽量的需求，并能使系統的蒸汽壓力保持平穩。當用汽量最小、供汽量最大時，蓄熱器的蓄熱量最大；反之用汽量最大、供汽量最小時，蓄熱器的蓄熱量最小。
3.4合理保溫
在輪胎及化工企業，需要保溫的主要是溫度高于環境溫度的蒸汽或熱水管道及設備。保溫的目的是減少熱損失，提高熱效率，節約能源。例如，溫度是350℃的蒸汽在Φ159×4.5的無縫鋼管內流動，裸露時管外壁溫度會達到330℃左右，此時可看作是通過圓筒壁的定態導熱過程，這時單位管長的熱損失將達到58kW/m，單位面積的熱損失為117kW/m2（11.7w/cm2）。以此推算，一只裸露的蒸汽閥門的熱損失將是十分驚人的。因此保溫效果的好壞將直接影響到蒸汽的品質和成本的高低。需要保溫的部位按形狀區分，主要有平面（或近似平面）和圓形兩類，像直徑較大的容器外表面都可以看作近似平面。對平面部位的保溫，主要側重保溫材料和保溫方式的選擇。保溫材料和保溫方式不同，對平面部位的保溫效果會有較大的差別。一般情況下，隨著保溫層厚度的加大，保溫效果提高，熱損失就減少。但是對直徑較小的管道保溫，像蒸汽支管及機臺管必須做到保溫層厚度合適，否則效果會適得其反。在此，就有必要了解保溫層臨界厚度的作用。在保溫層的臨界厚度內，保溫層不但起不到保溫作用，反而起到加快熱量散失的作用；只有當保溫層的厚度大于臨界厚度時，熱損失才隨著保溫層厚度的增加而減少，這時保溫層才真正起到保溫的效果。當然，無論在保溫層的臨界厚度之內還是之外，隨著保溫層厚度的增大，保溫層外表面的溫度始終是降低的。
3.5正確使用疏水閥
蒸汽疏水閥的作用是從蒸汽系統中有效排除冷凝水和不凝性氣體，從而增加系統的熱效率和可靠性。蒸汽疏水閥主要有三種類型：熱靜力型疏水閥，利用溫度差操作，主要用于保溫；機械型疏水閥，利用浮球或浮筒操作，主要用于換熱設備；熱動力型疏水閥，結構簡單、工況穩定，但必須有壓力才能操作。其他種類的疏水閥都是在這三種基礎上改進的。選用蒸汽疏水閥主要根據蒸汽的用途、系統壓力、背壓、溫度、壓差、最大負荷、最小負荷、安全系數、溫度控制、環境溫度、振動及冷凝水是否回收等因素來確定。要正確使用疏水閥，避免產生水垢或在蒸汽中混入雜物，堵塞疏水閥，使疏水閥無法打開或產生空氣閉鎖，造成積水或溫度控制不穩定甚至發生水錘等危害。若疏水閥無法關閉，則會造成蒸汽浪費。如果蒸汽進入冷凝水管道，冷凝水管被加壓，就無法維持恒定的壓力和溫度。
3.6二次蒸汽的再利用
不同的設備和工藝需要不同參數的蒸汽。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降低。這部分壓力和溫度降低的蒸汽，經過簡單的處理（要求低的可不做處理），還可以作為二次蒸汽繼續使用。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使用，充分利用其余熱和余壓，最后變成冷凝水。從熱電廠出來的蒸汽大部分就是汽輪機的二次蒸汽，只有很少一部分是從鍋爐分汽缸直供的。為滿足要求，可根據二次蒸汽的需求參數（包括用量、壓力、溫度等），在輸送管道上安裝汽水分離器或疏水器等輔助設施，以保證二次蒸汽的品質。在輪胎生產過程中，有幾個工序需要蒸汽傳熱和保溫，其中以硫化工序的硫化蒸汽、煉膠工序烘膠房及硫化工序烘胎房的采暖使用量最大。這部分蒸汽在完成熱交換后，溫度和壓力雖然有所降低，但是可以收集起來，冬季用于成型車間的采暖、其他季節用于加熱洗澡水。這部分二次蒸汽完成熱交換后，蒸汽中的熱值得到充分利用，基本變成溫度較高的冷凝水。再將這部分冷凝水回收到集水罐，用泵加壓后，冬季用于辦公區域的采暖，其他季節在進行雜質過濾后直接輸送到鍋爐除氧器。蒸汽經過這幾次熱交換后，所含有的熱值得到最大限度的利用。另外，鍋爐排污膨脹擴容器內的蒸汽也要充分利用，不要直接排掉。這部分蒸汽由連續排污、定期排污兩部分組成，其中的水分因鹵根高、堿性大，利用價值不高；但排污蒸汽的熱值較高，如果直接排掉，熱量得不到充分利用則造成浪費。為此，可將鍋爐排污蒸汽在冬季用于采暖，夏季可通過制作套管式換熱裝置加熱鍋爐除氧器的供水。充分利用好二次蒸汽，可以節約大量的一次蒸汽，對能源的綜合利用大有裨益。
3.7冷凝水的回收
蒸汽完成熱交換后，最終會變成冷凝水。因此水是蒸汽中熱量的載體，形成蒸汽前是軟化水，蒸汽的熱量散失后就會變成冷凝水。冷凝水要盡可能地回收。目的之一是節約軟化水，軟化水是地下水或自來水經過處理后形成的，成本較高，回收冷凝水不但節約水源、減少排污，更降低了水處理的費用；另外，冷凝水的硬度為0，堿度、氯根含量低，因此品質更優良，對鍋爐運行更為有利。目的之二是節省能量，蒸汽變成冷凝水后，并不是全部的熱量都散失，冷凝水中還存在一部分熱量，可以用于采暖或輸送到鍋爐除氧加熱器，在鍋爐中再產生蒸汽。
4結束語
能源的綜合利用不但對降低企業的生產成本有利，在能源日益緊張的今天更能產生廣泛的社會效益。由于蒸汽固有的特點，在我們的日常生產和管理中還存在或多或少的問題，而且有些問題像鍋爐的配置與運行、管道及附件的正確安裝、管道保溫層的臨界厚度及冷凝水的回收等，還沒有引起我們足夠的了解和重視。因此，作為輪胎及化工企業重要的生產介質和動力，如何以最低的成本生產蒸汽、以最佳的效果使用蒸汽、以最科學的方法管理蒸汽就是我們時刻關注和控制的問題。這些問題解決的好，企業就相當于擁有了一個聚寶盆，在無形中就會積累或節省大量的資金；相反，這些問題不被重視或處理的不好，就像給企業的生產成本捅了一個無底洞，在不經意間就會使成本上升許多。所以在蒸汽的生產、使用和管理上，必須不停地探索最好的方式，才能取得最佳的效益。
