淺析利用管道模擬軟件對(duì)低壓蒸汽（1.37MPa）管網(wǎng)現(xiàn)狀的模擬及優(yōu)化

趙強(qiáng)，趙剛，呂徑春

（天津渤化永利化工有限公司，天津300271）

淺析利用管道模擬軟件對(duì)低壓蒸汽（1.37MPa）管網(wǎng)現(xiàn)狀的模擬及優(yōu)化

趙強(qiáng)，趙剛，呂徑春

（天津渤化永利化工有限公司，天津300271）

某公司蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，分為高壓蒸汽、中壓蒸汽、低壓蒸汽及低低壓蒸汽管網(wǎng)，同時(shí)存在高壓、中壓、低壓蒸汽減溫減壓系統(tǒng)及部分生產(chǎn)裝置副產(chǎn)中壓、低壓蒸汽，為了更好的了解該公司蒸汽管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，查找在運(yùn)行過程中蒸汽的溫度、壓力、流量的分布，利用管道模擬軟件對(duì)該公司低壓蒸汽（1.37MPa）系統(tǒng)進(jìn)行模擬，通過模擬查找低壓蒸汽管網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在瓶頸，并提出針對(duì)性改造措施，達(dá)到節(jié)能降耗目的。

模擬軟件；蒸汽；流速

某公司各壓力等級(jí)蒸汽年消耗量約為300萬t，對(duì)蒸汽的生產(chǎn)、輸送、使用等過程進(jìn)行用能合理性分析，對(duì)節(jié)能非常有意義。

1　1.37MPa低壓蒸汽管網(wǎng)現(xiàn)狀

該公司1.37MPa低壓蒸汽管網(wǎng)全長(zhǎng)3.82km，主管直徑DN500，供汽源分別為熱電低壓雙減、4.2MPa減溫減壓站、2.7MPa減壓站、蒸汽噴射器等裝置。用汽裝置主要為丁辛醇、聯(lián)堿、空分及公司外用戶。目前熱電低壓雙減出口壓力最高達(dá)到1.48MPa，而丁辛醇裝置入口壓力達(dá)不到1.37MPa，只通過4.2MPa減溫減壓站來保持壓力，降低了蒸汽品位，損失了能量，增加了能源消耗。

2　1.37MPa低壓蒸汽管網(wǎng)分析及優(yōu)化

蒸汽管網(wǎng)的模擬分析及評(píng)價(jià)，所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要有兩類：結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)。

2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.37MPa壓力等級(jí)蒸汽管網(wǎng)按圖1建立數(shù)學(xué)模型。該圖根據(jù)實(shí)際的管網(wǎng)工藝流程圖及管廊布置圖抽象而來，與實(shí)際的低壓蒸汽管網(wǎng)結(jié)構(gòu)相吻合。

2.2操作參數(shù)

模型的工況參數(shù)選取的是2014年10月13日12時(shí)間點(diǎn)的工藝參數(shù)（如表1），其中二期丁辛醇、混合醇醛兩裝置的蒸汽用量分別約為50與5t/h。

3　模擬結(jié)果

圖1　1.37MPa蒸汽管網(wǎng)模型圖

表1　模型對(duì)應(yīng)的操作參數(shù)

根據(jù)上述操作數(shù)據(jù)，進(jìn)行模擬計(jì)算與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值比較如表2所示。大部分計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值的偏差基本在±1%以內(nèi)，但存在部分常數(shù)據(jù)，判斷為儀表異常（因汽源溫度為199.14℃，用戶溫度不可能達(dá)到243.2℃，也不可能低至7.8℃。同樣，氣源壓力為1.43MPa，用戶壓力不可能達(dá)到1.44及1.46MPa）。因此，調(diào)整后的管網(wǎng)模型與實(shí)際情況吻合較好，可用于進(jìn)行管網(wǎng)的分析與評(píng)估。

表2　模擬誤差分析表

4　現(xiàn)狀分析

4.1各管線供汽狀態(tài)

1.37MPa蒸汽管網(wǎng)中各管線的供汽量可知，在現(xiàn)行供汽狀態(tài)下，2.7MPa變1.37MPa蒸汽雙減器要向旭東道方向供汽12t/h左右，環(huán)線輸汽量約為49t/ h，經(jīng)空分道分支點(diǎn)后向空分裝置方向供汽約6t/h，向丁辛醇裝置方向供汽約43t/h左右。

4.2管網(wǎng)壓降梯度分析

1.37MPa壓力等級(jí)蒸汽管網(wǎng)的壓力梯度分布如圖2所示。由圖可知，各管線的壓降梯度均在0.5kPa/m以下，但壓降分別不均，其中2.7MPa減壓出口、至丁辛醇1、2套蒸汽管線壓降相對(duì)較大，仍有改善空間。

圖2　低壓蒸汽管網(wǎng)壓降梯度分布如圖

4.3最優(yōu)流速分析及流速分布

眾所周知，壓損可折算為相應(yīng)的熱和功。在某個(gè)流速下的熱損、壓損之和最小，即總的能量消耗最小，即為最佳流速。據(jù)此DN500及DN350蒸汽管道，最佳流速約為21、23m/s。

低壓蒸汽管網(wǎng)的流率分布如圖3所示。從管段流率的分布來看，至丁辛醇1、2套裝置蒸汽流速值最大，約為32m/s，其能量損失較大。

4.4管網(wǎng)分析結(jié)論

圖3　低壓蒸汽管網(wǎng)流速分布圖

綜上所述，現(xiàn)行管網(wǎng)供汽狀態(tài)大部分良好，但從模擬結(jié)果來看，丁辛醇等處管線壓降及能量損失較大，需對(duì)部分管線進(jìn)行優(yōu)化以降低外供蒸汽壓力，提高能源利用率。

5　優(yōu)化及改造方案

為降低1.37MPa低壓蒸汽供汽壓力及至丁辛醇裝置管線壓力降，通過模擬計(jì)算制定優(yōu)化及改造方案，為了降低編號(hào)為23的管段壓降，對(duì)部分管線進(jìn)行了優(yōu)化，低壓蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化后流程如圖4。

由分析結(jié)果可知，在環(huán)線供汽的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，要滿足一期丁辛醇對(duì)蒸汽壓力的要求，那么熱電的最低供汽壓力數(shù)值應(yīng)為1.435MPa，此方案在4.2變1.37MPa蒸汽雙減器一定負(fù)荷下即可保證丁辛醇用汽壓力，也可降低熱電外供蒸汽壓力，能到達(dá)降低能量損失的效果。

6　1.37MPa蒸汽管網(wǎng)改造后效果

圖4　優(yōu)化后管網(wǎng)

圖5　蒸汽流向示意圖

圖6　各管段流速分布情況

圖7　各管段壓降分布情況

6.1管網(wǎng)改造后運(yùn)行現(xiàn)狀及分析

管網(wǎng)改造后的蒸汽流向如圖5所示?？梢?，管網(wǎng)改造后熱電供1.37MPa低壓蒸汽和2.7MPa雙減所供部分蒸汽合并后，經(jīng)復(fù)線供至丁辛醇一、二期裝置。

管網(wǎng)各管段的蒸汽流速分布如圖6所示，可見管網(wǎng)改造后編號(hào)為23的瓶頸管段蒸汽流速明顯降低，編號(hào)為13、14的管段蒸汽流速略偏高（2.7MPa雙減出口及相連管段），管網(wǎng)整體流速基本維持在合理的運(yùn)行范圍內(nèi)。

管網(wǎng)各管段的壓降分布如圖7所示，可見除編號(hào)為13、14的管段壓降略偏高外，其余管段的壓降均較低。改造后編號(hào)為23的管段壓降明顯降低，管網(wǎng)整體壓降均維持在合理的范圍內(nèi)。

6.2改造后結(jié)論

通過改造后實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)看，熱電供汽壓力最大為1.41MPa，較改造前降低0.07MPa，提高熱電運(yùn)行效率，同時(shí)丁辛醇通過適當(dāng)調(diào)節(jié)4.2變1.37MPa蒸汽雙減器保證了用氣壓力，并降低了蒸汽管線壓降及能量損失。

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.04.011

TP391.9

B

1008-1267（2016）04-0033-05

2016-03-02