輪胎生產(chǎn)企業(yè)蒸汽蓄熱器的選型設(shè)計與使用

王其營 ，曲彥民 ，王善河

(1.中策橡膠（天津）有限公司，天津 300452 ；2.山東岱星金屬設(shè)備有限公司，山東 泰安 271000)

蒸汽流量、壓力和溫度等參數(shù)的穩(wěn)定性對輪胎硫化過程中的產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。無論是企業(yè)自備鍋爐生產(chǎn)蒸汽還是購買蒸汽（以下統(tǒng)稱為汽源），都不可避免遇到蒸汽流量、壓力和溫度的波動，甚至出現(xiàn)供汽故障。為了減少汽源蒸汽流量、壓力和溫度波動對輪胎生產(chǎn)的影響，也為了避免或減少汽源短期故障對生產(chǎn)造成的損失，可以在汽源與用汽單元/ 單位之間安裝一套蒸汽蓄熱器，上述問題就會避免或在一定程度上減少影響和損失。本文根據(jù)筆者多年的實踐經(jīng)驗，就蒸汽蓄熱器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、裝用要求等進行簡要闡述，同時對蒸汽蓄熱器的選型依據(jù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計及在實際使用過程中的作用和效益等進行詳細介紹，供同行參考。

1 蒸汽蓄熱器的綜合介紹

我國對蒸汽蓄熱器的研究自20 世紀60 年代開始，并在20 世紀80 年代從日本全套引進較為先進的設(shè)計和制造技術(shù)。經(jīng)過持續(xù)消化、吸收、改進、優(yōu)化和提高，我國蒸汽蓄熱器技術(shù)日趨完善。但是由于國內(nèi)大多數(shù)蒸汽供應和使用單位/ 企業(yè)對蒸汽蓄熱器技術(shù)不是完全了解，導致蒸汽蓄熱器的使用在國內(nèi)特別是在輪胎生產(chǎn)企業(yè)并不是很普遍，使蒸汽蓄熱器的作用沒有得到充分發(fā)揮，讓蒸汽蓄熱器出現(xiàn)“ 明珠蒙塵” 的現(xiàn)象。

1.1 蒸汽蓄熱器的工作原理和使用流程

（1）蒸汽蓄熱器的工作原理和作用簡述

汽源進入蓄熱器，利用筒體內(nèi)水的蓄熱能力, 將蒸汽中的熱能以高壓飽和水的形式儲存起來（即為充熱過程）；在蒸汽需求量增加時，高壓飽和水瞬間轉(zhuǎn)化為高壓過熱水并發(fā)生“閃蒸”，產(chǎn)生大量的飽和蒸汽（即為放熱過程）。通過不斷地充熱與放熱，實現(xiàn)蒸汽供應系統(tǒng)短時的尖峰和低谷負荷的調(diào)節(jié)和平衡，保證尖峰時供汽的穩(wěn)定性。

蒸汽蓄熱器通過持續(xù)的充熱和放熱，可以穩(wěn)定汽源的壓力、溫度和流量，在滿足供汽要求的前提下，減少汽源的初始投資，降低能源消耗。因此，蒸汽蓄熱器特別適合于汽量波動較大、壓力和溫度有不同需求的用汽單元或企業(yè)。

（2）蒸汽蓄熱器使用過程介紹

利用無頭除氧器將軟化水除氧并加熱至100 ℃左右，輸送至蒸汽蓄熱器筒體中儲存；對于容積較小的筒體，可以直接注入軟化水或除氧水。進入蓄熱器筒體的水位要適宜，一般情況下，初始水位（或下限水位）約占蓄熱器筒體總?cè)莘e的70%，上限水位約占蓄熱器筒體總?cè)莘e的90% ；利用水位下限和上限控制供水泵的啟停，以保證水位滿足蒸汽蓄熱器的要求。蓄熱器筒體的水位不宜過高，以免蓄熱器筒體上方的飽和汽空間太小，導致從蓄熱器輸出的飽和蒸汽含水量過高；當然，水位也不能過低，以免蓄熱器筒體下方的飽和水空間不足，在蒸汽需求量增加時，沒有足夠的飽和水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，從而降低蒸汽蓄熱器的蓄熱效果。故注入蓄熱器筒體內(nèi)的軟化水既是蒸汽和水進行熱交換的介質(zhì)，也是蓄存熱能的載體。

將壓力和溫度較高但是穩(wěn)定性較差的蒸汽通入蓄熱器筒體內(nèi)的水中，水的溫度和壓力都會升高；利用水的蓄熱能力, 將蒸汽中的熱能以高壓飽和水的形式儲存起來。如果汽源是溫度和壓力較高的過熱蒸汽，由于其焓值較高，儲存的熱能也較高，需要補充的軟化水就多，蒸汽蓄熱器的蓄熱效果就會比較明顯；如果汽源是溫度和壓力較低的飽和蒸汽，由于其焓值較低，儲存的熱能較少，需要補充的軟化水就少，甚至由于飽和蒸汽含水量高而出現(xiàn)溢水現(xiàn)象，蒸汽蓄熱器的蓄熱效果就會降低。

在蒸汽需求平穩(wěn)時（即汽源供應的蒸汽與需求量接近），蓄熱器筒體內(nèi)的高壓飽和水處于平衡狀態(tài)，蓄熱器筒體相當于分汽缸，蒸汽會穩(wěn)定輸出；在蒸汽需求量小時（即汽源供應的蒸汽量大于需求量），蒸汽進入蓄熱器筒體后，除正常輸出的部分外，多余的蒸汽熱能加熱蓄熱器筒體內(nèi)的軟化水，使之成為高壓飽和水，這個過程稱之為蒸汽蓄熱器的充熱過程；在需求量增加時（即汽源供應的蒸汽量小于需求量），汽源正常供應的蒸汽量無法滿足使用要求，導致蓄熱器筒體內(nèi)的壓力瞬間下降，這時蓄熱器筒體內(nèi)的高壓飽和水瞬間轉(zhuǎn)化為高壓過熱水，并立即沸騰，發(fā)生“ 閃蒸”，產(chǎn)生大量的飽和蒸汽，彌補汽源供應量的不足，滿足蒸汽需求量的增加，這個過程則稱之為蓄熱器的放熱過程。

蒸汽蓄熱器在工作過程中的蓄熱和放熱主要是依靠蓄熱器內(nèi)部的工作壓力變化而進行的。當蒸汽蓄熱器的容積一定時，其蓄熱量由容積內(nèi)的最高壓力（蓄熱過程終止時的壓力）和放熱壓力（放熱過程終止時的壓力）之差決定。該壓力差決定了蓄熱器的蓄熱能力，壓力變化范圍越大，蓄熱量也越大；反之，該壓力差越小，蓄熱量就會越小。

在安裝、使用蒸汽蓄熱器以后，如果汽源出現(xiàn)短時的故障，可以利用蒸汽蓄熱器放熱過程中轉(zhuǎn)化的蒸汽提供故障期內(nèi)的修復時間或因供汽故障而需要緊急處理的時間，減少故障損失和影響；當然，如果故障時間較長，在蒸汽蓄熱器完成放熱過程后，也不能再提供多余的蒸汽。

1.2 蒸汽蓄熱器的結(jié)構(gòu)

蒸汽蓄熱器不是一個單體設(shè)備，而是一套完整的新型、節(jié)能、高效蒸汽管網(wǎng)設(shè)備。一套完整的蒸汽蓄熱器一般包括汽源、高壓分汽缸、進汽自動調(diào)節(jié)閥、止回閥、補水系統(tǒng)（包括軟化水水箱/ 源、除氧器、補水泵及需要的控制裝置）、蒸汽蓄熱器筒體以及排汽自動調(diào)節(jié)閥、止回閥、低壓分汽缸、固定支架、滾動支架、蒸汽噴頭、循環(huán)筒、水位計、排水閥等附屬裝置。

汽源的特性決定蒸汽蓄熱器的設(shè)計參數(shù)和使用要求。高壓分汽缸、進汽自動調(diào)節(jié)閥、止回閥是蒸汽進入蓄熱器之前的配套設(shè)施，可以有效控制蒸汽的分配和壓力調(diào)整，并防止蓄熱器內(nèi)的蒸汽串回汽源系統(tǒng)。

補水系統(tǒng)的配置會根據(jù)蒸汽蓄熱器容積的大小有明顯的區(qū)別，一般容積較小的蒸汽蓄熱器的補水系統(tǒng)只有軟化水水箱/ 源、補水泵及相應的控制裝置；而容積較大的蒸汽蓄熱器則配備專用的除氧器，將進入蓄熱器的軟化水先除氧、加熱再輸送到蓄熱器筒體內(nèi)，這樣可以避免常溫軟化水與蒸汽溫差太大而造成蓄熱器筒體震動，同時可以縮短蒸汽加熱軟化水成為高壓飽和水的時間，確保從蓄熱器出來的蒸汽質(zhì)量滿足工藝要求。

蒸汽蓄熱器筒體一般是鋼制圓柱形壓力容器，內(nèi)部裝有單排或雙排布置的充蒸汽管，蒸汽管末端裝有蒸汽噴嘴( 蒸汽蓄熱器的核心部件) 和噴嘴循環(huán)筒。蒸汽通過蒸汽管進入蓄熱器時，蒸汽通過噴嘴的噴射迅速溶于水, 達到蓄熱目的。蒸汽蓄熱器的蓄熱能力主要取決于噴嘴的噴射形式或蒸汽溶于水的速率大小，噴嘴所噴出高壓蒸汽的速度越快, 其蓄熱能力越強；反之，噴嘴所噴出高壓蒸汽的速度越慢, 則蓄熱能力就會降低。出汽口處一般都設(shè)置集汽裝置和百葉窗式汽水分離裝置，可以有效防止蒸汽帶水，使蒸汽蓄熱器能夠產(chǎn)生質(zhì)量更好的干飽和蒸汽。由于蒸汽蓄熱器筒體內(nèi)溫度較高，筒體外部必須妥善保溫，保溫層表面溫度不超過50 ℃，并采取適當?shù)姆浪胧?/p>

排汽自動調(diào)節(jié)閥、止回閥、低壓分汽缸、水位計、排水閥等附屬裝置可以滿足蓄熱器的自動控制。蓄熱器的筒體由固定支架和滾動支架支撐，可以在蓄熱器筒體產(chǎn)生位移時能回歸原位，避免出現(xiàn)筒體或支架拉伸，確保安全。

蒸汽蓄熱器有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，通常安裝在汽源與用汽單位之間，室內(nèi)、室外均可安裝。臥式蓄熱器的蒸發(fā)面積大，安裝檢修方便，對強度和穩(wěn)定性要求較低；目前臥式蓄熱器的應用較廣，但是缺點是占地面積較大。立式蓄熱器的優(yōu)缺點與臥式蓄熱器相反，雖然占地面積小，但是蒸發(fā)面積也較小，檢修不方便，對強度和穩(wěn)定性要求較高。

1.3 裝用蒸汽蓄熱器的基本技術(shù)要求

對于蒸汽蓄熱器的裝用條件，一般考慮以下一個或幾方面的因素：

（1）汽源供應蒸汽的流量、壓力、溫度變化較大，甚至有短時的斷供，裝用蒸汽蓄熱器可以實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定地供汽。

（2）用汽負荷頻繁變化，而且這種變化具有一定的周期性，并且最大負荷和最小負荷交替出現(xiàn)。特別是瞬間用汽量較大而平均負荷較小的用汽單元，裝用容積適宜的蒸汽蓄熱器更為有利，可以在滿足用汽要求的前提下減少初始投資。

（3）在使用蒸汽時，對蒸汽壓力和溫度要求較高，不能出現(xiàn)壓力和溫度的頻繁波動。通過裝用蒸汽蓄熱器，可以穩(wěn)定蒸汽的壓力和溫度；而且可以通過蒸汽蓄熱器，提供壓力和溫度不同的蒸汽，滿足實際需要。

（4）汽源壓力必須高于部分或全部用汽單元所需要的蒸汽壓力，而且壓差越大，儲存一定蒸汽量的蒸汽蓄熱器筒體的容積就越小。

（5）汽源的供汽能力必須大于該用汽單元一晝夜的平均用汽負荷。

（6）對于間歇用汽單元比較有利，通過蒸汽蓄熱器的蓄熱和放熱，可以避免蒸汽壓力和流量出現(xiàn)頻繁變化。

（7）蒸汽蓄熱器必須有適宜的安裝場地，不能影響周圍的安全、消防及物流等。如果原有供熱系統(tǒng)改造，遇到場地受限，可以考慮將蒸汽蓄熱器采用鋼結(jié)構(gòu)架空設(shè)置。

2 蒸汽蓄熱器的選型和設(shè)計

根據(jù)上述對蒸汽蓄熱器的綜合介紹可以看出，蒸汽蓄熱器嚴格而言是一種非標準設(shè)備，需要根據(jù)汽源參數(shù)、安裝條件、蒸汽使用要求等實際情況進行個性化選型和設(shè)計。只有把相關(guān)因素都考慮周全，設(shè)計盡量合理，安裝位置和方法科學，使用和維護到位，才能充分發(fā)揮蒸汽蓄熱器的作用。

下面以A 輪胎公司蒸汽蓄熱器的選型和設(shè)計為例進行介紹。

2.1 蒸汽產(chǎn)、用現(xiàn)狀

A 輪胎公司蒸汽使用現(xiàn)狀如下：

（1）汽源及參數(shù)

汽源為兩臺燃氣鍋爐，鍋爐運行最大出汽量330 t/24 h，壓力2.0 MPa，溫度220 ℃。

（2）蒸汽用途及使用參數(shù)

A 輪胎公司蒸汽用途主要有四類：

一是用于氮氣硫化的高壓蒸汽，壓力在1.6 MPa左右。根據(jù)氮氣硫化特點，只是在氮氣充內(nèi)壓前使用，時間較短（每個硫化周期充高壓蒸汽的時間約為10～15 min），故用于氮氣硫化的高壓蒸汽占總蒸汽量的比例較小。

二是用于輪胎硫化工序除氧加熱器的蒸汽，壓力在0.8 MPa 左右。在正常情況下（指不出現(xiàn)內(nèi)壓泄漏、串水等現(xiàn)象），用于除氧加熱器的蒸汽量相對穩(wěn)定，但會隨著硫化產(chǎn)量變化而出現(xiàn)一定的波動；但是如果出現(xiàn)內(nèi)壓泄漏或串水現(xiàn)象，為保證內(nèi)壓水溫度和水位，會集中補水，則蒸汽用量會增加。

三是用于硫化機、硫化罐等設(shè)備的外溫蒸汽，壓力在0.4 MPa 左右。外溫蒸汽的用量較大，而且隨著產(chǎn)量增加而增加，特別是出現(xiàn)胎坯集中裝模、升溫時蒸汽用量波動更大；如果出現(xiàn)硫化罐或硫化機鍋口盤根漏汽，其用汽量會出現(xiàn)瞬間飆升。

四是用于采暖、洗浴等生活用汽，壓力在0.4 MPa 以下。該用途蒸汽用量較少，相對比較穩(wěn)定，可以用回汽或高溫凝結(jié)水代替。

2.2 設(shè)計依據(jù)

根據(jù)A 輪胎公司蒸汽生產(chǎn)、使用現(xiàn)狀分析，符合裝用蒸汽蓄熱器的條件：

（1）鍋爐出口壓力高于全部用汽單元所需要的蒸汽壓力，且用汽單元與鍋爐生產(chǎn)蒸汽存在較大的壓差比，并有不同壓力的要求。

（2）鍋爐的供汽能力大于公司全部用汽單元一晝夜的平均用汽負荷。

（3）輪胎生產(chǎn)的特點存在用汽負荷出現(xiàn)周期性變化，且最大負荷和最小負荷交替出現(xiàn)，導致整個供汽系統(tǒng)運行不平穩(wěn)。

（4）對于局部用汽單元的壓力和溫度要求較高（主要是硫化工序），單獨通過鍋爐控制，不易達到使用要求。

如果裝用一套蒸汽蓄熱器，可以起到對汽源的削峰添谷作用，不但可以消除上述不利因素，并在一定程度上節(jié)約能源，減少浪費，有利于鍋爐的平穩(wěn)運行，使整個蒸汽系統(tǒng)處于相對平穩(wěn)狀態(tài)。

2.3 蒸汽蓄熱量的確定

根據(jù)A 輪胎公司鍋爐最大產(chǎn)汽量可知，公司平均每小時的最大用汽量為：

330 t/24 h=13.75 t/h，則可以確定蓄熱器最大蓄熱量為13.75 t/h。當生產(chǎn)處于低谷、用汽量最小時，可以有足夠的充熱時間；當生產(chǎn)量加大、用汽量達到高峰時，可以通過蓄熱器放熱輸出蒸汽，滿足高峰用汽要求。

2.4 蓄熱器體積計算

（1）蓄熱器容積的計算

蒸汽蓄熱器容積的大小主要與蓄熱器的最大蓄熱量以及蓄熱器的運行壓力有關(guān)。蒸汽蓄熱器的容積計算公式為：

V=G/g.η.ξ

其中：

V— 蒸汽蓄熱器的容積，單位m3；

G— 蓄熱需要的蒸汽量，單位kg ；

g— 單位水體積蓄熱量，單位kg( 蒸汽) / m3；

η— 蓄熱器熱效率，無量綱；

ξ— 蓄熱器充水系數(shù)，無量綱。

蒸汽蓄熱器以蒸汽狀態(tài)放出熱量，必須要有一定的蒸發(fā)面積和容汽空間，以防止蒸汽中嚴重帶水或吊水現(xiàn)象的發(fā)生，保證輸入管道和用汽設(shè)備的安全運行。充水系數(shù)是指蓄熱器內(nèi)水容積占總?cè)莘e的百分數(shù)，一般取為0.7～0.9。但充水系數(shù)值取小時，會使蓄熱器計算體積增大，增加投資；充水系數(shù)值取大時，又可能造成蒸汽嚴重帶水或吊水現(xiàn)象，因此根據(jù)國內(nèi)安裝的蒸汽蓄熱器實際運行充水系數(shù)一般確定為0.85～0.9。

（2）單位水容積蓄熱量計算

蒸汽蓄熱器水空間單位水容積蓄熱量與充熱、放熱壓差成正比。壓差大時，蓄熱器單位水容積蓄熱量相應增大；壓差小時，單位水容積蓄熱量相應減少。根據(jù)汽源工作壓力及恒定供汽壓力的要求，可確定蒸汽蓄熱器充熱及放熱壓力為：

充熱壓力= 汽源輸入壓力— 汽源至蓄熱器噴嘴出口的管系阻力；

放熱壓力= 用戶最低要求壓力+ 蓄熱器至用戶的管系阻力；

蒸汽蓄熱器進口及出口管系阻力一般取0.05 MPa。

（3）蒸汽蓄熱器體積計算

按照上述分析，A 輪胎公司蒸汽蓄熱器最大蓄熱量Qmax=13.75 t，充熱壓力2.0 MPa，放熱壓力0.4 MPa，通過計算得出單位水體積蓄熱量g=125 kg( 蒸汽)/m3，充水系數(shù)ξ選為0.9，蓄熱器熱效率η一般確定為0.99，代入上述公式計算出蓄熱器總體積V=122.5 m3，經(jīng)過圓整，確定為V=130 m3。

（4）蒸汽蓄熱器外形尺寸確定

根據(jù)臥式容器的內(nèi)容積及長度限制，容積為130 m3的蒸汽蓄熱器，如果是單臺制造，蓄熱器的尺寸為直徑Φ3 000 mm、總長度為19 100 mm。由于A 輪胎公司目前確定的安裝空間為長12 000 mm、寬11 000 mm，無法安裝單臺容積為130 m3的蒸汽蓄熱器。

為此，根據(jù)該公司安裝空間，推薦使用兩臺蒸汽蓄熱器串聯(lián)，單臺尺寸為Φ2 800×11 000，其容積之和接近130 m3。在滿足使用要求的前提下，還可以方便運輸和安裝。兩臺蒸汽蓄熱器串聯(lián)布局如圖1 所示。

圖1 兩臺蒸汽蓄熱器串聯(lián)布局圖

2.5 蓄熱器管徑設(shè)計計算

（1）主蒸汽至V1閥前管徑計算

根據(jù)上圖所示，Qmax=13.75 t/h，計算得出管道直徑為114 mm ，為此，可選DN125 管道即可滿足使用要求。也可以采用目前鍋爐出汽管直徑，其最大蒸汽流量會有一定的富裕。

（2）蒸汽蓄熱器V1閥口徑確定

根據(jù)Qmax=13.75 t/h，計算得出DN125 管道能滿足要求，則V1閥門可以采用PN2.5 DN125 ；也可以采用目前鍋爐出汽管直徑相匹配的閥門，同樣可以滿足使用要求。

（3）蓄熱器V2閥口徑確定

根據(jù)Qmax=13.75 t/h， 計算得出管道直徑為161 mm 管道能滿足要求, 圓整后V2閥采用PN1.6 DN200。

（4）蓄熱器V2閥后管徑確定

根據(jù)Qmax=13.75 t/h，計算得出管道直徑為161 mm，采用DN200 管道能滿足要求。

2.6 蒸汽蓄熱器系統(tǒng)設(shè)計

（1）設(shè)備基本配置

蒸汽蓄熱器是一個臥式容器，頂部設(shè)集汽包、人孔，底部設(shè)固定支座和滑動支座各一只；內(nèi)部裝設(shè)充熱裝置，配置水位計、壓力表、溫度計；設(shè)有蒸汽入口、蒸汽出口，進水、放水、排污、放氣及安全閥接管等。

頂部集汽包出口設(shè)汽水分離裝置，以保證出汽不帶水和蒸汽冷凝時水的回流。蒸汽蓄熱器的充熱裝置是由蒸汽分配管和若干噴嘴組組成，每組噴嘴有一只循環(huán)導流筒和一組噴嘴。充熱時蒸汽在噴嘴中將壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽車娙胨校c水混合提高水溫；由于循環(huán)導流筒的作用，低溫水由循環(huán)筒下部進入，被加熱的熱水從循環(huán)筒上部流出，水在每組加熱噴嘴周圍流動，使水均勻加熱。

（1）蒸汽蓄熱器的聯(lián)接方式

蒸汽蓄熱器的聯(lián)接分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種。并聯(lián)系統(tǒng)蓄熱器進汽管與放汽管相聯(lián)通，高壓蒸汽可直接通過自動調(diào)節(jié)閥組流入低壓供汽管系；串聯(lián)系統(tǒng)高壓蒸汽必須經(jīng)過蓄熱器再流入低壓供汽管系。并聯(lián)系統(tǒng)是常用的方式，串聯(lián)系統(tǒng)適用于脈沖式間斷用汽的供熱系統(tǒng)或者蓄熱器兼作減溫器使用的場合。本方案采用串聯(lián)方式。

（2）蒸汽蓄熱器的進水、放水

蒸汽蓄熱器初期使用時，必須向蓄熱器中灌入一定量的軟化水或除氧水。飽和蒸汽供汽系統(tǒng)的蓄熱器，由于低壓蒸汽的汽化潛熱高于高壓蒸汽汽化潛熱，經(jīng)過一個充熱和放熱過程，蓄熱器水位會升高，因此蓄熱器在運行過程中須定期放水。蓄熱器放出的是高溫熱水，應接入鍋爐房除氧水箱或鍋爐給水箱中回收利用。

在過熱蒸汽供汽系統(tǒng)中，進入蓄熱器是過熱蒸汽，隨著充熱和放熱過程，蓄熱器中水位會降低，必須向蓄熱器補水。其補水可從鍋爐房給水系統(tǒng)接入。

（4）止回閥及閥組的設(shè)置

為使蒸汽蓄熱器能自動有效地進行蓄熱和放熱，在蓄熱器進汽管、并聯(lián)系統(tǒng)放汽管上及進水管上必須設(shè)置止回閥。在進汽管設(shè)置止回閥，可以防止蓄熱器中熱水倒流進入進汽管產(chǎn)生水擊事故；在并聯(lián)系統(tǒng)放汽管上設(shè)置止回閥，可以防止充熱時蒸汽倒流進入蓄熱器汽空間，保證蓄熱器充熱完善；在蓄熱器進水管設(shè)置止回閥，可以防止蓄熱器中熱水倒流進入供水系統(tǒng)。

蒸汽蓄熱器出口閥組，可以保證蓄熱器出口壓力恒定，滿足用戶對蒸汽的壓力要求。

（5）蒸汽蓄熱器的自動控制

蒸汽蓄熱器的自動控制主要是對于系統(tǒng)壓力、溫度、液位、流量等參數(shù)的控制。

壓力參數(shù)：通過配備壓力變送器，分別對鍋爐出口、V2閥后及蓄熱器本體壓力進行自動控制。當用戶用汽負荷發(fā)生波動時，V2閥后壓力控制信號反饋并自動調(diào)節(jié)V2閥組，保證蓄熱器出口壓力恒定，滿足用戶的壓力要求。

溫度參數(shù)：配置PT100 鉑熱電阻，分別對蓄熱器本體高、中、低及蒸汽進出管路進行溫度監(jiān)控。

蓄熱器液位：配置平衡容器和液位變送器，當蓄熱器內(nèi)液位發(fā)生變化時，其內(nèi)部壓力發(fā)生變化，在與蓄熱器本體相連的平衡容器內(nèi)壓力信號得到放大，通過液位變送器對本體內(nèi)的液位進行連續(xù)監(jiān)控。

流量參數(shù)：在蒸汽的進出口管路上設(shè)有智能型渦街流量計，通過變送器對出口蒸汽流量進行采集及累計。如果鍋爐及各用汽設(shè)備已經(jīng)裝有流量計，則無需再加設(shè)。

除此之外，設(shè)備本體還配備就地壓力表和耐高溫的磁翻柱液面計。以上所有參數(shù)通過輸入擴展模塊和PLC 進行編程，存儲到CPU 中央處理器，再通過輸出擴展模塊傳送到觸摸屏，通過人機界面進行顯示和控制，并可以上傳到上位機。

（6）蓄熱器的應急處理

在蓄熱器進出口閥組之間設(shè)置旁通供汽管路，防止突發(fā)事故造成調(diào)節(jié)閥不能正常使用，以保證用戶的正常供汽要求。

（7）蓄熱器筒體及管路保溫

蓄熱器筒體保溫采用內(nèi)外層兩種，內(nèi)層采用高密度巖棉保溫板，厚150 mm；外層為聚氨酯整體冷保溫，厚度50 mm，外殼襯0.5 mm 鋁板。管路及閥門為巖棉管保溫，厚150 mm，外殼襯0.5 mm 鋁板。保溫后，保溫層表面溫度不高于50 ℃。

2.7 蒸汽蓄熱器設(shè)計、制造、試驗和驗收標準

有關(guān)蒸汽蓄熱器設(shè)計、制造、試驗和驗收的標準有：

GB/T150.1～150.4—2011 《壓力容器》；

TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》；

NB/T 47042-2014 《臥式容器》；

NB/T47015-2017《壓力容器焊接規(guī)程》；

GB/T8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》；

NB/T47018.2-2017《碳鋼焊條》；

GB713—2014《鍋爐及壓力容器用鋼板》；

NB/T47013-2015《承壓設(shè)備無損檢測》；

NB/T47008-2010《壓力容器用鍛件》等。

2.8 單臺蒸汽蓄熱器主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)上述分析，單臺蒸汽蓄熱器的主要技術(shù)參數(shù)確定如下：

工作壓力：1.5 MPa ；

設(shè)計壓力：2.0 MPa ；

工作溫度：198.2 ℃；

設(shè)計溫度：214.96 ℃；

工作介質(zhì)：飽和蒸汽；

單臺容積：65 m3，雙臺運行為65 m3×2 臺；

主要受壓元件材質(zhì)：Q345R, 內(nèi)部蒸汽噴嘴采用不銹鋼；

設(shè)備外形尺寸：雙臺運行尺寸為DN2 800×11 100 ；

殼體厚度：筒體24 mm，封頭24 mm ；

設(shè)備凈重：兩臺凈重 約44 000 kg（不含平臺扶梯及保溫層）；

設(shè)備運行荷重：約計174 000 kg ；

V1、V2閥控制方式：氣動調(diào)節(jié)控制；

蓄熱器補水控制方式：自動位式控制。

3 蒸汽蓄熱器的作用和效益分析

以上述A 輪胎公司蒸汽蓄熱器的運行分析蓄熱器的作用以及經(jīng)濟效益。

3.1 對汽源質(zhì)量的提升作用

蒸汽從燃氣鍋爐進入蒸汽蓄熱器，經(jīng)過蓄熱器的充熱、放熱作用，蓄熱器所排出蒸汽的壓力和溫度穩(wěn)定；而且由于蓄熱器的儲能作用，可以在蒸汽使用單元出現(xiàn)集中用汽時，也不會因為瞬間用汽量的增加而導致系統(tǒng)蒸汽壓力和溫度的波動，對提高供氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證產(chǎn)品質(zhì)量大有裨益。

3.2 蒸汽蓄熱器的節(jié)能作用

按照上述技術(shù)參數(shù)，對飽和蒸汽通過蓄熱器的汽化熱進行計算，詳見表1。其中，表1 中數(shù)據(jù)1 為A輪胎公司蒸汽蓄熱器的汽化熱，數(shù)據(jù)2、數(shù)據(jù)3 為相對應的數(shù)據(jù)。

表1 飽和蒸汽通過蓄熱器的汽化熱計算

由表1 可以看出，飽和蒸汽通過蓄熱器后，由于其蒸汽焓值較低，產(chǎn)生的汽化熱較少，生成低壓蒸汽的數(shù)量就較少，增加量不足進入蓄熱器總量的1% ；但是通過蓄熱器的吸熱、放熱過程，輸出的低壓飽和蒸汽的壓力和溫度會相對穩(wěn)定，對保證生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定具有較大的幫助。

如果進入蓄熱器之前的蒸汽為過熱蒸汽，由于過熱蒸汽的溫度高，蒸汽焓值也高，則其汽化熱產(chǎn)生的效益更為明顯，詳見表2。

表2 過熱蒸汽通過蓄熱器的汽化熱計算

由表2 可以看出，過熱蒸汽通過蓄熱器后，由于其蒸汽焓值較高，產(chǎn)生的汽化熱較多，生成低壓蒸汽的數(shù)量相應增加，增加量超過進入蓄熱器總量的10%。因此，蒸汽蓄熱器對過熱蒸汽汽源的經(jīng)濟效益會更明顯。

4 結(jié)語

通過上述分析可以看出，蒸汽蓄熱器在使用過程中是一種新型的節(jié)能產(chǎn)品，可以把多余的熱能轉(zhuǎn)化為蒸汽，增加低壓蒸汽的數(shù)量；在運行過程中則是以水為熱載體間接儲蓄蒸汽的壓力容器，對穩(wěn)定汽源壓力、溫度、流量以及保證產(chǎn)品質(zhì)量起到較好的作用；同時，還可以在汽源系統(tǒng)出現(xiàn)故障上，提供應急處理時間，減少故障損失和影響。因此，輪胎生產(chǎn)企業(yè)可以根據(jù)上述原理、結(jié)構(gòu)及裝用要求介紹，結(jié)合企業(yè)汽源實際，判定是否需要增加蒸汽蓄熱器并進行正確的選型、合理的設(shè)計，以取得最佳的效益和效果。