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蒸汽管线的节能挖潜分析

文档作者：宋光明文档来源：蚌埠皖投融富投资管理有限责任公司		点击数：	更新时间： 2021年12月03日
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Ｖｏｌ．２４，２０１７，Ｎｏ．１ 　　　　
粮食与食品工业
Ｃｅｒｅａｌ　ａｎｄ　Ｆｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
粮油工程
收稿日期：２０１６－０５－０５
作者简介：宋光明，男，１９７９年出生，工程师，从事化工系统
公用工程研究，主持大型循环水站、制冷车间、总图等的设计
工作。
蒸汽管线的节能挖潜分析
宋光明
蚌埠皖投融富投资管理有限责任公司　（蚌埠　２３３０１０）
摘　要：为提高绝热保温效果，通常可采用降低输送介质温度和降低保温材料传热系数的方
式。本文从以上两方面入手，结合企业现状，实施改造和生产调整，并通过理论分析，确定改造带来
的效果和经济性。
关键词：导热系数；热损失；蒸汽；温度；保温
中图分类号：ＴＳ２１０．８　　文献标识码：Ｂ　　文章编号：１６７２－５０２６（２０１７）０１－０３２－０２
Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ－ｔａｐｐｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ
Ｓｏｎｇ　Ｇｕａｎｇｍｉｎｇ
Ｂｅｎｇｂｕ　Ａｎｈｕｉ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｗｅａｌｔｈ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｂｅｎｇｂｕ　２３３０１０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ
　ｍｅｄｉｕｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ
　ｉｓ　ｕｓｕａｌｌｙ　ａｄｏｐｔｅｄ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｔｗｏ　ａｓｐｅｃｔｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，
ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｙ　ｗａｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｈｅａｔ　ｌｏｓｓ；ｓｔｅａｍ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｈｅａｔ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ
随着我国工业经济进入高速发展的阶段，在工
业能源和生活能源的需求上，也不断提升。在我国
的能源结构中，以电能、矿物质化学能为主，其中二
次热能随着社会发展，需求的大幅增长，从而使集中
供热项目得到迅速地发展，在我国的能源结构中，占
重要的一席之地。集中供热是以热水或蒸汽作为热
媒，利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站
等，向一个城市或城市中较大区域的各个用户提供
热能。
长期以来，以煤为主的能源结构形式使我国面
临较大节能减排压力，据统计，２０１１年我国能源消
耗总量达３４．８亿ｔ标准煤，ＣＯ２
排放量位居世界第
二并快速增长。为履行２０２０年单位国内生产总值
ＣＯ２
排放比２００５年下降４０％～４５％的承诺，节能
减排问题亟待解决。
１　项目概况
本文根据国家的产业政策，结合项目现场的实
际情况，因地制宜的进行节能改造，降低能源消耗。
项目地点为安徽蚌埠某大型化工企业，企业具备自
备电厂１座，有背压机组３台。由背压机组抽汽端，
引２根ＤＮ８００蒸汽管线至生产区，输送生产用蒸
汽。蒸汽压力为０．８　ＭＰａ，流量为１８０　ｔ／ｈ，工作温
度为２９０℃。此次改造，采用两种方式相结合，即首
先降低输送蒸汽的品质，由原温度２９０ ℃降低至
２４０℃。为不影响背压机组的正常运行，维持原有
背压机组出口的蒸汽干度，背压机组运行参数不在
调整，在机组出口蒸汽管线上，增加加湿机组两台，
一开一备，降低输送蒸汽温度。同时，去除原保温效
３２
粮食与食品工业　Ｃｅｒｅａｌ　ａｎｄ　Ｆｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏｌ．２４，２０１７，Ｎｏ．１
果差的硅酸铝保温材料，更换为导热系数小的超细
玻璃棉的方式。通过调研，生产需求蒸汽压力为
０．４０～０．５５　ＭＰａ饱和蒸汽，改造在节能的条件下，
不影响生产需求的蒸汽品质。
该大型化工生产企业，拥有独立的自备热电厂
和三个化工生产区。自备热电厂至３个化工生产区
供热采用２根ＤＮ８００无缝钢管输送，管线全长Ｌ为
５　５００　ｍ。管道除过路段外，其余段均采用架空低矮
支架敷设。实际运行中，自备电厂出口蒸汽参数为
０．８　ＭＰａ，温度ｔｆ１
为２９０ ℃；终端蒸汽压力为
０．７　ＭＰａ，温度ｔｆ２
为２６０℃。管道保温材料为硅酸
铝，导热系数λ＝０．０５６＋０．０００　１１　ｔｃｐ，保温厚度为
１６０　ｍｍ；当地的年平均气温ｔａ
为１５℃，风速Ｗ 为
３　ｍ／ｓ。能源的结算方式采用内部定价方式，独立
核算，每吨蒸汽结算成本价为１５５元。
该项目管线的热损失，主要为管道外表面向外
界的热辐射和与大气的对流散热，约占输送能源的
１．８％，其次是管线输送过程中的凝水排放损失或阀
门等管附件的泄露损失，由于倒凝及泄露量极低，可
忽略不计。本文重点针对管道表面的对流和辐射造
成的能源浪费，采用将输送蒸汽温度降低５０℃和将
保温材料硅酸铝更换为超细玻璃棉的方式，实施改
造和生产调整，通过技术经济比较，确定项目实施的
合理性，并通过项目实施验证。
２　能耗指标计算
２．１　现蒸汽管线的热损失
（１）改造前蒸汽管线保温层的平均温度ｔｃｐ
及岩
棉保温材料实算导热系数λ１
值［１］
蒸汽管线首端平均温度ｔｃｐ１＝（ｔｆ１＋ｔｓ）／２＝
１５５℃
式中：ｔｆ１
为蒸汽管线首端内壁蒸汽温度，取自
生产运营记录，ｔｆ１＝２９０℃；ｔｓ
为蚌埠地区年平均温
度，取自气象资料，ｔｓ＝２０℃。
蒸汽管线末端平均温度ｔｃｐ２＝（ｔｆ２＋ｔｓ）／２＝
１４０℃
式中：ｔｆ２
为蒸汽管线末端内壁蒸汽温度，取自
生产运营记录，ｔｆ１＝２６０℃。
蒸汽管线综合平均温度ｔｃｐ＝ （ｔｃｐ１＋ｔｃｐ２）／２＝
１４７．５℃
岩棉保温材料导热系数λ１ ＝０．０５６＋
０．０００　１１ｔｃｐ＝０．０７２　２２５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）。
（２）热损失ｑ１、ｑ２
热损失ｑ１＝（ｔｆ１－ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／（２πλ）＋１／
αＤ１］＝４２５．４８　Ｗ／ｍ
热损失ｑ２＝ （ｔｆ２－ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２π＋１／
παＤ１］＝３７８．３５　Ｗ／ｍ
式中：ｑ１、ｑ２
为改造前蒸汽管线首尾段传热强
度，Ｗ／ｍ；Ｄ１、Ｄ２
为管道外径和内径，ｍ；根据项目
建设当地的气候条件及工程资料，取总给热系数α
为２３．８　Ｊ／ｍ·ｓ·℃。
（３）总热损失Ｑ１
改造前蒸汽管线总热损失Ｑ１＝（ｑ１＋ｑ２）／２Ｌ＝
２　２１０　５４１．７　Ｗ
式中：Ｌ 为蒸汽管线长度，取自工程现场，为
５　５００　ｍ。
２．２　降温后蒸汽管线热损失
（１）管线的平均温度
将热电生产区蒸汽管线出口蒸汽温度由２９０℃
降至２４０℃，终端蒸汽温度ｔ２
按２１０℃计算：
蒸汽管线降温后蒸汽平均温度ｔｆ１′＝ｔ１′＋ｔ２′＝
２２５℃
式中：ｔ１′、ｔ２′为降温后蒸汽管线首尾段管道内
壁温度的，℃。
（２）保温层的平均温度ｔｃｐ
及导热系数λ 值
蒸汽管线保温层平均温度ｔ′ｃｐ３＝（ｔ′ｆ１＋ｔｓ）／２＝
１２２．５℃
λ′＝０．０５６＋０．０００　１１ｔｃｐ３＝０．０６９　４７５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）
（３）热损失ｑ３
降温后蒸汽管线首尾段传热强度ｑ′３＝（ｔｆ１′－
ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２πλ′＋１／παＤ１］＝３１１．０６８　Ｗ／ｍ
（４）总热损失Ｑ２
蒸汽管线降温后总热损失Ｑ２ ＝ｑ３ ×Ｌ ＝
１　７１０　８７５．８　Ｗ
２．３　通过降温和选用高效保温材料计算热损失
（１）总导热系数λ″［２］选用超细玻璃棉制品作为
保温材料，λ″ ＝ ０．０２５ ＋ ０．０００　２３ｔｃｐ３ ＝
０．０５３　１７５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）。
（２）热损失ｑ４
降温后和更换保温材料后，蒸汽管线首尾段传
热强度ｑ４ ＝ （ｔｆ１′ －ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２πλ＋１／
（παＤ１）］＝２３９　Ｗ／ｍ
（３）总热损失Ｑ３
Ｑ３＝ｑ４×Ｌ＝１　３１５　４１６．７　Ｗ
２．４　经济效益测算
根据生产工艺现状实测，每吨（下转第４０页）
３３
粮油工程贾小丽等：罗勒精油的提取及成分分析
３　结论
超声波辅助萃取罗勒挥发油的正交工艺研究表
明，萃取的最佳工艺为：功率６０　Ｗ、温度４５℃、溶剂
用量１∶１２、超声时间３５　ｍｉｎ；该条件下，挥发油的
得率为３．１３％。参见张文成［１８］等研究的水蒸气蒸
提取罗勒挥发油最佳工艺的条件下进行试验，所得
挥发油的得率仅０．３５％。气相色谱分析挥发油中
烯丙基茴香醚及丁香油酚含量，超声波辅助萃取挥
发油中两种成分含量分别为０．７５８　ｍｇ／ｇ、
７．１６６　ｍｇ／ｇ，而水蒸气蒸馏提取挥发油中分别为
０．８５６　ｍｇ／ｇ、４．８５１　ｍｇ／ｇ。
故综合罗勒挥发油的两种方法提取方法及气相
色谱成分分析结果比较可知，超声波辅助萃取罗勒
挥发油的得率高，提取速度快，且挥发油中丁香油酚
含量大，烯丙基茴香醚含量与水蒸气提取所得挥发
油中其含量相差较小；水蒸气蒸馏提取挥发油的得
率小、时间长，效率低。
参考文献
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萃
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［１５］于威威．苍术挥发油、脂肪酸的提取及分析［Ｄ］．长春：
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甘肃农业大学，２００９．
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［Ｊ］．人参研究，２０１２，２４（３）：３５－３９．
［１８］张文成，潘　见，谢慧明．罗勒挥发油的中试开发工艺
研究［Ｊ］．食品科学，２００４，２５（６）：１０１－１０４
檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹檹
．
（上接第３３页）蒸汽可利用热值为２　７７２　ｋＪ×１０３，
每吨蒸汽公司内部成本价为１５５元，即每１ｋＪ热量
价值为０．０５５　９元。
通过降温和增加保温的方式，每小时节约的热量：
改造前后热量损失降低值Ｑ ＝Ｑ１ －Ｑ３ ＝
８９５　１２５　Ｗ。
每年产生的经济效益Ｍ＝Ｑ×０．０５５　９×２４×
３６５×２／（１０　０００×１　０００×１　０００）＝３１５．７万元。
３　结论
经分析，该项目蒸汽管网系统，降温和更换超细
玻璃棉改造后，均有巨大的经济效益，每年可节约运
行费用３１５．７万元，节能效果明显，节能潜力巨大。
该项目于２０１０年２月完工，２０１０年８月趋于稳定
运营，并经财务部门、审计部门测算，经济效益与计
划吻合。
参考文献
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［２］神家锐，葛绍岩．传热学在能源节约中的应用［Ｊ］．能
源，１９８４（５）：１８－２１．
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03-11