热力系统的运行与节能

　　企业主要能耗为两大类——热能和电能，对许多化工企业来说，热能消耗往往要比电能消耗还多。节能不但关系到企业经济效益，更关系到我省乃至我国经济持久发展的头等大事，各行各业必须加强加深节能意识。

　　工业二次热能主要来源于蒸汽，这些年来，导热油传热也得到了广泛应用，而电加热，虽方便灵活，但代价大，通常不提倡连续大量应用，因为电能来之燃煤传热产汽而发电，若再把电转回去发热甚至产汽，多少存在着逆向倒退含意。

　　例如：5000千卡/公斤的普煤，通过锅炉燃烧产出4000千卡热值的蒸汽，价值约0.8元。1度电100%效率的换热，也只能换成860千卡热值，4000千卡的热要用4000÷860=4.65度电来换得，4.65度电的谷电和尖峰电代价分别为1.6元和4.4元(尖峰谷电均价也要2.8元)，显然电热比蒸汽发热代价大的多。

　　热力系统节能包含：燃煤、产热、输送、使用、回用及系统优化运作等环节，我们这里侧重从蒸汽及导热油的日常运行，用一些简化了的计算和介绍一些节能知识及经验，供企业里从事项目设计、布局、施工和生产使用、操作、保养、维修及管理工作者参考。

　　一、 空气是传热系统的一大隐患

　　空气只有流动起来才有利于传热，而静止不动的空气是传热系统中的一大障碍，这是因为空气自身导热系数很小，在100℃时，棉花的导热系数为0.07W/m.℃，而空气的导热系数仅为0.032W/m.℃,空气导热系数要比棉花小一倍多，热阻与导热系数成反比，故静止空气的热阻很大，这将严重阻碍着热的传递。

　　(一) 空气来源：

　　① 空气随锅炉给水一并进入锅炉，然后随蒸汽进入系统;

　　② 在蒸汽系统停用时，系统的剩余蒸汽会凝结，凝结会产生真空，容易将外边空气从系统各种连接部件缝隙中吸入;

　　③ 蒸汽系统在拆装维修时进入的空气。

　　(二) 空气危害：

　　① 蒸汽管道系统的空气会降低蒸汽输送速度;

　　② 空气积在传热设备或盘管内表面会产生冷点，冷点成为应力集中点(1毫米气膜的热阻相当于13米厚铜的热阻,两者热阻相差13000倍)，造成散热器等的局部应力损坏;

　　③ 有报道：如果蒸汽中存在重量含量1%的空气，约使换热系数降低60%;

　　④ 换热设备疏水器端积聚空气，会产生气锁，阻碍冷凝水的排放;

　　⑤ 空气中的氧气等是金属氧化腐蚀的根源，空气中的二氧化硫、二氧化碳及氮氧化物等酸性成分会酸蚀金属部件;

　　⑥ 空气属于不凝性气体，混合在蒸汽里，会减少单位容积的蒸汽所含热能，使蒸汽冷凝温度降低(由于空气的分压存在，使蒸汽的实际压力要比显示的表压要低，蒸汽实际压力低，冷凝温度就低)。

　　【注】道尔顿分压定律：混合气体的总压，等于各组成气体的分压总和，每一组成气体都单独占据空间，而各气体的性质不变。(例如：某设备管道指示压力为0.8Mpa，假如其中的空气压力为0.2Mpa，那么实际蒸汽压力仅为0.6Mpa，0.6Mpa饱和蒸汽的温度为165℃，不会是0.8Mpa饱和蒸汽的温度175℃。

　　⑦ 这些年来，在我省绍兴地区的导热油锅炉就有一千多台，导热油管道系统内也会积聚空气和挥发气体，同样影响着传热。更怕气体使导热油锅炉循环油泵产生空转，空转会使高温炉膛盘管内的导热油流速变慢、甚至停止不流动，引起导热油过热、过烧或结焦，而这时的炉外温度计是显示不出炉内静止油的高温情况，这种隐患会使导热油过早、粘稠、劣化，甚至爆管，威胁锅炉安全运行。

　　(三) 排除空气：

　　我们在管道安装布置和走向中尽量减少聚气死角，在系统设备的高端及末端可能积聚气体处，装手动或自动排气阀，减少聚气隐患，提高换热效果;

　　导热油锅炉系统的油气分离器、高位槽高度、膨胀管坡度及流量、超温或压差报警保护装置等都要按《有机热载体炉安全技术监察规程》规范制作和施工，司炉工要正确无误按操作规程司炉。

　　二、冷凝水的排放和利用

　　冷凝水排放不良是造成蒸汽系统运行不良的主要问题，它会形成腐蚀和侵害蒸汽热力系统，造成换热设备及阀门、阀芯等部件过早的蚀损失效。

　　(一)冷凝水积聚和滞留带来的危害：

　　①流入管道设备死角区的冷凝水，会吸收二氧化碳和氧气形成酸性腐蚀液;

　　②蒸汽凝结水滴，其密度比蒸汽增加千余倍，水滴随蒸汽高速运行(通常水速仅1-3米/秒，而蒸汽流速往往达20-40米/秒)成“高速子弹”(称之为水锤)，撞击和冲刷设备、管道、弯头外侧、阀座和阀芯等。

　　③设备容器积留的冷凝水，会被开启时的大量蒸汽汽化，体积瞬间膨胀千余倍(常压100℃时的水,汽化后体积增加1700倍)，会膨胀损坏相关阀门等部件。

　　④换热设备冷凝水不及时排出或堵塞严重，会影响换热或无法进行热量交换。水的热阻是钢板的60倍，传热表面水膜增厚不但影响传热，更会占据蒸汽空间，会使蒸汽凝结潜热放热逐渐变成单相对流显热放热，换热效率大大降低。

　　所以，我们在安装管道系统时要减少积水死角，在冷凝水容易聚集的管道与设备低处，必须安装疏水阀，以便及时有效排放冷凝水。

　　(二)冷凝水的价值(热值单位：千卡、kcal)

　　冷凝水是蒸汽换热的必然产物，其本质与汽化前的饱和水并无区别，仍具有可观价值，绝不可视为废水。

　　假如，某设备用汽量为10吨/时(10000公斤/时)，冷凝水排放温度为90℃，环境温度为20℃，水比热为1千卡/公斤.℃，一年按7200小时计算，则：

　　① 热量价值：(90-20)×1×10000×7200=504000万千卡，若蒸汽按65万千卡/吨、130元/吨计，其热量价值504000÷65×130=100.8万元。

　　② 水处理价值：冷凝水是软化水，可供锅炉用水，处理费按2元/吨计，

　　水处理价值=10×2×7200=14.4万元。

　　③ 水本身价值：按1.5元/吨计，10×1.5×7200=10.8万元.

　　④ 热水排放负面价值:通常热水排放的处理费要高于购水费,法规规定：液体排放至公共下水道温度不得超过43℃。

　　仅比较①②③项就可看出凝结水的热量价值很高。更何况不少疏水阀漏率汽高达6%，另外，汽压高、背压大的凝结水温都超过100℃，在排到大气时形成二次蒸汽，其热量的利用价值将更大。

　　不少凝结水管道保温差或未保温，其实只回用了水的本身价值，未利用其价值高的热能价值。我们应设法在冷凝水温度尽可能高的时候加以充分回收。

　　三、疏水阀的失效、泄漏及损失

　　疏水阀英文常写成“steam trap”意为“蒸汽捕集器”，我们称其为“蒸汽节能器”更为恰当。疏水阀虽小，却是蒸汽节能的关键之一。一些企业习惯用明令淘汰的价廉质次的万能型热动力式疏水阀，这种疏水阀正常工作，在排水时被带出的蒸汽也达3%以上，且其使用寿命短。人们如果缺乏对疏水阀价值的理解，常会使疏水阀形同虚设。我们发现一些企业对疏水阀存在如下欠缺：

　　选型缺依据、购买择便宜、安装欠监管、光用不维护、故障走旁通。

　　疏水阀是处在温度、压力、汽液混相、频繁动作和冲击腐蚀等恶劣条件下工作，选型、购置、安装、使用及维护等方面的欠缺都会加剧其失效。

　　(一)疏水阀失效原因及措施：

　　①正常使用的磨损。及时拆修换件;

　　②污垢杂质的堵塞。及时清理维护;

　　③蒸汽系统的水锤等损伤。要缓慢开启进汽，冷车开旁通阀前，应将疏水阀前的截止阀关闭(疏水阀与旁通阀同时打开易破坏疏水阀水封和损坏密封件)，当旁通阀出蒸汽时，及时关闭旁通阀，开通疏水阀;

　　④锅炉给水经水处理后，水中硬度成分(钙镁离子)基本被去除，但水中碱度成分(碳酸根离子等)却没有变化。这些碱度成分在高温、高压下会分解出二氧化碳进入蒸汽、冷凝水系统。二氧化碳溶于冷凝水中成碳酸，使冷凝水呈酸性(10ppm的 CO2浓度就可将pH值从7降至5以下)。酸性冷凝水对碳钢管路腐蚀性很强，故要尽量减少或防止炉水随蒸汽带出(炉水害处后述);