1、蒸汽平衡計(jì)算導(dǎo)則1 總則1.1 編制目的 為指導(dǎo)熱工專業(yè)人員進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算，統(tǒng)一本公司蒸汽平衡計(jì)算方法，使之更合理、更準(zhǔn)確可靠，特制訂本導(dǎo)則。1.2 適用范圍本導(dǎo)則適用于石油化工廠新建、擴(kuò)建和改建工程中單套裝置或全廠的蒸汽平衡計(jì)算。由于國(guó)內(nèi)尚沒有很好的工程化的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件，目前的蒸汽平衡主要以利用計(jì)算機(jī)軟件輔以手工計(jì)算為主，所以本導(dǎo)則主要用于指導(dǎo)以這種方式進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算，同時(shí)，也可以指導(dǎo)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)。關(guān)于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，由于本公司的工程經(jīng)驗(yàn)尚不豐富，所以本導(dǎo)則暫不涉及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)。本導(dǎo)則有待于在以后的工程實(shí)踐中進(jìn)一步補(bǔ)充、完善。1.3 術(shù)語(yǔ)、符號(hào)1.3.1

2、蒸汽系統(tǒng) (steam system)1.3.2 蒸汽平衡 (steam balance)1.3.3 優(yōu)化 (optimization)1.3.4 能耗 (energy-consumption)1.3.5 蒸汽用戶 (steam user)1.3.6 符號(hào)1.3.6.1 主要符號(hào) ne 汽輪機(jī)輸出軸功率，kw fst 汽輪機(jī)入口蒸汽流量，kg/s ht 蒸汽等熵焓降，kj/kg hst 蒸汽實(shí)際有效焓降，kj/kg hc 冷凝器焓降，kj/kg qc 冷凝器熱負(fù)荷，kwi 汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率，%m 汽輪機(jī)機(jī)械效率，%1.3.6.2 腳標(biāo) b 背壓 c 冷凝 d 除氧器 e 抽汽 f 閃蒸罐 in

3、 進(jìn)口out 出口 s 蒸汽 v 放空 w 水2 蒸汽平衡表/圖的繪制2.1 一般蒸汽系統(tǒng)的構(gòu)成石油化工廠的生產(chǎn)工藝在熱能利用方面有以下特點(diǎn)：2.1.1 需要蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、泵或風(fēng)機(jī)；2.1.2 需要不同等級(jí)的蒸汽來(lái)加(伴)熱和作為生產(chǎn)原料；2.1.3 可以回收大量余熱，用以產(chǎn)生副產(chǎn)蒸汽或加熱給水；2.1.4 可以回收大量的蒸汽冷凝水；2.1.5 一些大型石油化工廠還設(shè)有自備電站，滿足裝置部分用電。石油化工廠的蒸汽系統(tǒng)一般包括以下部件：母管、鍋爐、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、除氧器、閃蒸罐、減溫減壓器、工藝蒸汽用戶、放空消音器等。在進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算時(shí)，由于習(xí)慣不同，一般采用蒸汽平衡表或者蒸汽平

4、衡圖，將蒸汽系統(tǒng)中的各部件表示出來(lái)。2.2 蒸汽平衡表在蒸汽平衡表中，按照不同蒸汽等級(jí)的產(chǎn)汽設(shè)備、用汽設(shè)備，分別列出其產(chǎn)汽量、用汽量，各等級(jí)蒸汽的產(chǎn)、用汽量必須相等。常用的蒸汽平衡表格式為第7章附錄中表7-1。該表只列出了一種等級(jí)蒸汽的產(chǎn)/用汽情況，對(duì)于不同等級(jí)蒸汽，應(yīng)列出不同表格。2.3 蒸汽平衡圖在蒸汽平衡圖中，需按蒸汽等級(jí)畫出各級(jí)蒸汽母管，再按照蒸汽系統(tǒng)中的各主要部件所產(chǎn)生或消耗的蒸汽參數(shù)，在相應(yīng)的蒸汽母管下畫出這些主要部件，然后經(jīng)過計(jì)算調(diào)整，使各級(jí)蒸汽母管的進(jìn)出蒸汽量相等。常見的蒸汽平衡圖可參照第7章附錄中蒸汽平衡計(jì)算實(shí)例。2.4 蒸汽平衡表和蒸汽平衡圖的區(qū)別蒸汽平衡表對(duì)于各部件的產(chǎn)、

5、供汽的平衡狀況比較直觀，蒸汽平衡圖則有利于蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及管理人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的不同工況的安全性、穩(wěn)定性、可靠性進(jìn)行分析，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采取相應(yīng)的措施，或在生產(chǎn)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)度，以保證整個(gè)蒸汽系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)的運(yùn)行。本公司一般采用蒸汽平衡圖，本導(dǎo)則也主要指采用蒸汽平衡圖的方式進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算。3 蒸汽系統(tǒng)中主要部件的數(shù)學(xué)模型3.1 汽輪機(jī)汽輪機(jī)是驅(qū)動(dòng)機(jī)泵和將各級(jí)蒸汽母管相互連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各蒸汽母管之間能量梯級(jí)利用的重要部件。石油化工廠中采用的汽輪機(jī)的種類較多，按照型式不同，常用的汽輪機(jī)主要有背壓式、冷凝式、抽汽背壓式、抽汽冷凝式、雙抽汽背壓式、雙抽汽冷凝式，另外還有三抽汽冷凝式、抽汽注

6、汽式；按照用途不同，汽輪機(jī)可分為驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)備和驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)兩種。對(duì)于驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)備的汽輪機(jī)，計(jì)算時(shí)先給定汽輪機(jī)的功率；對(duì)于發(fā)電用的汽輪機(jī)，計(jì)算時(shí)則不給定汽輪機(jī)的功率，而是根據(jù)蒸汽平衡情況，按照“以汽定電”的原則，最后計(jì)算出發(fā)電機(jī)的功率。在進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算時(shí)，如果沒有汽輪機(jī)的性能曲線，按下述模型計(jì)算；如果有汽輪機(jī)的性能曲線，則可以直接在曲線上確定汽輪機(jī)的各管口流量，而不需按下述模型計(jì)算。常用的每種型式的汽輪機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下(以驅(qū)動(dòng)用的汽輪機(jī)為例)。3.1.1 背壓式汽輪機(jī)對(duì)于背壓式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：ne=fsthtim (3.1.1-1)i=hst/ht (3.1.1-2)nefst圖3-1 背

7、壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率i、機(jī)械效率m和蒸汽進(jìn)出口參數(shù)，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求。3.1.2 冷凝式汽輪機(jī)對(duì)于冷凝式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：冷凝器nefst圖3-2 冷凝式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖ne=fsthtim (3.1.2-1)qc=fsthc (3.1.2-2)i=hst/ht (3.1.2-3)計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率i、機(jī)械效率m、蒸汽進(jìn)口和冷凝器出口參數(shù)，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求，再進(jìn)一步計(jì)算冷凝器熱負(fù)荷qc。3.1.3 抽汽背壓式汽輪機(jī)對(duì)于抽汽背壓式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式

8、為：ne=fstehteieme+fstbhtbibmb (3.1.3-1)fst=fste+fstb (3.1.3-2)ie=hste/hte (3.1.3-3)ib=hstb/htb (3.1.3-4)fstbfstenefst圖3-3 抽汽背壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率ie和ib、機(jī)械效率me和mb、蒸汽進(jìn)口、抽汽口、排汽口參數(shù)，根據(jù)蒸汽平衡情況，確定抽汽量fste，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求。3.1.4 抽汽冷凝式汽輪機(jī)對(duì)于抽汽冷凝式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：ne=fstehteieme+fstchtcicmc (3.1.4-

9、1)fst=fste+fstc (3.1.4-2)qc= fstchc (3.1.4-3)ie=hste/hte (3.1.4-4)ic=hstc/htc (3.1.4-5)fstcfstenefst冷凝器圖3-4 抽汽冷凝式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率ie和ic、機(jī)械效率me和mc、蒸汽進(jìn)口、抽汽口、冷凝器出口參數(shù)，根據(jù)蒸汽平衡情況，確定抽汽量fste，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求。3.1.5 雙抽汽背壓式汽輪機(jī)對(duì)于雙抽汽背壓式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：ne=fste1hte1ie1me1+fste2hte2ie2me2+fstbhtbi

10、bmb (3.1.5-1) fst=fste1+fste2+fstb (3.1.5-2)ie1=hste1/hte1 (3.1.5-3)ie2=hste2/hte2 (3.1.5-4)ib=hstb/htb (3.1.5-5)fstbfste2fste1nefst圖3-5 雙抽汽背壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率ie1、ie2和ib、機(jī)械效率me1、me2和mb、蒸汽進(jìn)口、兩級(jí)抽汽口、出口參數(shù)，根據(jù)蒸汽平衡情況，確定抽汽量fste1和fste2，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求。3.1.6 雙抽汽冷凝式汽輪機(jī)對(duì)于雙抽汽冷凝式汽輪機(jī)，其計(jì)算公

11、式為：ne=fste1hte1ie1me1+fste2hte2ie2me2+fstchtcicmc (3.1.6-1)fst=fste1+fste2+fstc (3.1.6-2)qc= fstchc (3.1.6-3)ie1=hste1/hte1 (3.1.6-4)ie2=hste2/hte2 (3.1.6-5)ic=hstc/htc (3.1.6-6)計(jì)算過程：給定汽輪機(jī)輸出功率ne、相對(duì)內(nèi)效率ie1、ie2和ic、機(jī)械效率me1、me2和mc、蒸汽進(jìn)口、兩級(jí)抽汽口、出口參數(shù)，根據(jù)蒸汽平衡情況，確定抽汽量fste1和fste2，調(diào)整汽輪機(jī)入口蒸汽流量fst，使其功率ne滿足工藝要求。并計(jì)算冷

12、凝器熱負(fù)荷qc。fstcfste2fste1nefst冷凝器圖3-6 雙抽汽冷凝式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖3.2 廢熱鍋爐廢熱鍋爐用于回收工藝余熱，接收鍋爐給水，產(chǎn)生過熱蒸汽，并入蒸汽管網(wǎng)。對(duì)于一種操作工況，廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量是一定的，因此，在做相應(yīng)工況的蒸汽平衡計(jì)算時(shí)，其產(chǎn)汽量、鍋爐給水量、排污量按工藝條件的數(shù)值，計(jì)算過程中不變。有的工藝廢熱鍋爐帶有補(bǔ)燃設(shè)施，可以根據(jù)需要改變蒸汽產(chǎn)量，此時(shí)的蒸汽平衡，就要與工藝專業(yè)相互配合，共同完成計(jì)算。3.3 鍋爐石油化工廠中，鍋爐的主要作用有三點(diǎn)：一是在廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量不足以供化工裝置時(shí)，鍋爐作為補(bǔ)充汽源；二是在化工裝置開、停車過程中，廢熱鍋爐不能滿足蒸汽需求，需

13、要鍋爐供應(yīng)蒸汽；三是利用鍋爐所產(chǎn)蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)，為石油化工廠提供所需的電力。所以，在石油化工廠中，鍋爐通常被稱為輔助鍋爐或開工鍋爐。在進(jìn)行蒸汽平衡計(jì)算時(shí)，按照蒸汽需求，調(diào)整鍋爐產(chǎn)汽量，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整鍋爐給水量和排污量。3.4 除氧器石油化工廠中，除氧器具有以下特點(diǎn)：3.4.1 鍋爐及廢熱鍋爐的參數(shù)一般較高，要求鍋爐給水的殘留溶解氧低，所以，除氧器一般采用壓力除氧；3.4.2 通?；ぱb置可以回收一部分溫度較高、比較干凈的蒸汽冷凝水，直接進(jìn)入除氧器，因而所采用的除氧器一般為部分補(bǔ)給水式。3.4.3 有時(shí)化工裝置可能還有少量低壓蒸汽fs1可直接回收到除氧器，其數(shù)量一般為定值。除氧器的計(jì)算公式為

14、：fd+fs+(f1+f2+fi)+fs1=fv+fout (3.4.3-1) hdfd+ hsfs+(h1f1+h2f2+ hifi)+hs1fs1=hvfv+houtfout (3.4.3-2) fif2f1fsfs1fdfoutfv圖3-7 除氧器計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定除氧器入口、出口物料參數(shù)(壓力、溫度)、以及出口流量fout，調(diào)整除氧器入口水量fd和加熱蒸汽量fs，使上述兩方程平衡。3.5 閃蒸罐石油化工廠中經(jīng)常有溫度較高的水(如鍋爐、廢熱鍋爐的連續(xù)排污、工藝?yán)淠?，為了回收其熱量，便于用泵輸送，通常將其送到閃蒸罐，閃蒸的二次蒸汽回蒸汽管網(wǎng)，或者放空。閃蒸罐的計(jì)算公式為：ff=

15、fv+fout (3.5-1)hfff=hvfv+houtfout (3.5-2)foutfffv圖3-8 閃蒸罐計(jì)算示意圖計(jì)算過程：給定閃蒸罐入口、出口物料參數(shù)(壓力、溫度)、以及入口流量ff，按上述兩方程求得閃蒸罐的二次蒸汽量fv和閃蒸后的水量fout。3.6 減溫減壓器為了保證上級(jí)蒸汽母管的壓力不超過限定值，或者滿足下級(jí)蒸汽母管的壓力，或者工藝要求的蒸汽參數(shù)與母管的參數(shù)不一致，或者作為有抽汽或者背壓式汽輪機(jī)事故狀況的備用設(shè)施，均需要設(shè)置減溫減壓器。減溫減壓器的計(jì)算公式為：fwinfsoutfsin圖3-9 減溫減壓器計(jì)算示意圖fsin+ fwin=fsout (3.6-1)hsinfsi

16、n+hwinfwin=houtfout (3.6-2)計(jì)算過程：根據(jù)工藝要求，或者下游蒸汽管網(wǎng)溫度和壓力，確定減溫減壓器出口參數(shù)和流量fsout，調(diào)整減溫減壓器入口鍋爐給水流量fwin，按上述兩方程求得減溫減壓器入口的蒸汽流量fsin。3.7 蒸汽母管在蒸汽系統(tǒng)中，按照參數(shù)的不同，分為不同等級(jí)的蒸汽母管。在石油化工廠中，通常蒸汽母管分為三至四級(jí)，有些復(fù)雜的系統(tǒng)有五級(jí)。計(jì)算過程：雖然進(jìn)入蒸汽母管的蒸汽參數(shù)可能不盡相同，但在蒸汽平衡計(jì)算過程中，可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為：所有進(jìn)出同一級(jí)蒸汽母管的蒸汽參數(shù)相同，這樣，對(duì)于蒸汽母管，只需保證進(jìn)、出蒸汽母管的流量相等即可。4 蒸汽負(fù)荷及部分系數(shù)的確定4.1 對(duì)于工藝

17、連續(xù)用汽負(fù)荷，按照工藝條件，一般取其正常用汽量。4.2 對(duì)于工藝連續(xù)用汽負(fù)荷，如果工藝提出最大用汽量，并且不同時(shí)出現(xiàn)，則取最大用汽量的70%；若同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)采用正常用汽量，計(jì)算完畢，再根據(jù)最大用汽量，核算系統(tǒng)能力。4.3 對(duì)于工藝間斷用汽負(fù)荷，按照工藝提出的間隔時(shí)間長(zhǎng)短，間隔時(shí)間較長(zhǎng)的，可以不考慮，間隔時(shí)間較短的，可以按用汽量的30-50%考慮。4.4 對(duì)于冬季采暖負(fù)荷，一般由暖通專業(yè)提出用汽負(fù)荷，如果暖通專業(yè)無(wú)法提出，則可根據(jù)化工廠采暖面積估算，采暖負(fù)荷按70-110w/m2計(jì)算。4.5 對(duì)于換熱器、減溫減壓器、閃蒸罐、除氧器等設(shè)備的熱損失按2%考慮。4.6 蒸汽系統(tǒng)的損失主要體現(xiàn)在各級(jí)

18、蒸汽母管的平衡上，一般取母管總負(fù)荷的0.5-2%，對(duì)于母管總負(fù)荷較大、參數(shù)較高的系統(tǒng)，取較小值。4.7 除氧器的蒸汽放空量按0.3-0.8t/h考慮，容量大的取較大值。4.8 對(duì)于石油化工廠中參數(shù)較高的廢熱鍋爐和高壓鍋爐，其排污率按1.5-2%考慮，參數(shù)較低的，按2-5%考慮；若有工藝條件或鍋爐廠資料，則按其選取排污率。4.9 對(duì)于新建的化工廠或裝置，在蒸汽平衡計(jì)算時(shí)，減溫減壓器及放空閥流量應(yīng)為零；對(duì)于改造或擴(kuò)建的化工廠或裝置，即使各級(jí)母管可以平衡，也應(yīng)考慮減溫減壓器在熱備用狀態(tài)時(shí)的漏汽量，一般對(duì)于參數(shù)高的可取3-5t/h，參數(shù)低的可取1-3t/h。4.10 在計(jì)算蒸汽平衡時(shí)，一般還沒有汽輪機(jī)

19、制造廠的詳細(xì)資料，其相對(duì)內(nèi)效率可按表4-1選取。 汽輪機(jī)功率和相對(duì)內(nèi)效率的關(guān)系 表4-1冷凝式汽輪機(jī)非冷凝式汽輪機(jī)功率 (kw)平均內(nèi)效率 (%)功率 (kw)平均內(nèi)效率 (%)10-15030-4910-15030-51151-75050-65151-75052-66751-350066-75751-350067-753501-2000076-793501-2000076-804.11 汽輪機(jī)的機(jī)械效率可按表4-2選取，如果有調(diào)速齒輪箱，還應(yīng)計(jì)及變速效率，一般取0.98-0.985。 汽輪機(jī)機(jī)械效率與軸功率的關(guān)系 表4-2序號(hào)軸功率 (kw)機(jī)械效率 (%)12500099.54.12 在沒

20、有汽輪機(jī)廠家的資料之前，冷凝式汽輪機(jī)的排汽干度一般按0.9-0.92考慮。4.13 為了保證汽輪機(jī)的末段冷卻和防止汽輪機(jī)喘振，所有汽輪機(jī)的背壓排汽量或者冷凝量均有一個(gè)最小值，在沒有汽輪機(jī)廠家的資料之前，雖然冷凝量越小，系統(tǒng)的能耗越低，但一般必須保證汽輪機(jī)的背壓排汽量或者冷凝量不小于汽輪機(jī)進(jìn)汽量的10-12%。5 蒸汽平衡計(jì)算方法5.1 蒸汽平衡圖的初步擬定在擬定蒸汽平衡圖時(shí)，必須遵循有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定和文件要求。蒸汽平衡圖中應(yīng)體現(xiàn)的內(nèi)容和所作的準(zhǔn)備工作包括：5.1.1 確定蒸汽系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，即確定系統(tǒng)中蒸汽母管的壓力等級(jí)數(shù)。5.1.2 確定蒸汽系統(tǒng)的初參數(shù)根據(jù)系統(tǒng)容量大小和用汽參數(shù)確定初參數(shù)。對(duì)于大系

21、統(tǒng)，應(yīng)選取高參數(shù)，對(duì)于中小型系統(tǒng)，一般可選用次高壓、中壓或次中壓參數(shù)，特殊需要時(shí)，也可選高參數(shù)。5.1.3 確定中間和末級(jí)母管的蒸汽參數(shù)，根據(jù)工藝用汽要求，在其允許的最低壓力基礎(chǔ)上，相應(yīng)增加管道阻力、調(diào)節(jié)閥阻力等，即為母管壓力。為此，需將各蒸汽用戶提出的參數(shù)要求進(jìn)行必要的等級(jí)劃分和歸類。5.1.4 確定汽輪機(jī)在母管間的位置根據(jù)“以汽定電”的原則和安全要求，確定用汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)泵并安排在各級(jí)母管間。為了調(diào)節(jié)方便及化工裝置開車前、停車后的蒸汽合理利用，可安排適當(dāng)容量的抽汽冷凝式發(fā)電機(jī)組。一般主力機(jī)組放在1-2級(jí)或1-3級(jí)母管之間，小功率機(jī)組放在壓力等級(jí)較低的母管之間。兩級(jí)母管間汽輪機(jī)的總功率及

22、臺(tái)數(shù)，應(yīng)在蒸汽平衡計(jì)算過程中不斷作出調(diào)整，最后達(dá)到全系統(tǒng)的平衡。其中調(diào)節(jié)因素主要依賴各級(jí)冷凝量的大小。5.1.5 確定減溫減壓器、放空閥、安全閥在各級(jí)母管間的設(shè)置，使系統(tǒng)具有適應(yīng)開、停車及事故處理、工況變動(dòng)的需要，在非正常工況下運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的損失最小，保證蒸汽系統(tǒng)安全運(yùn)行。在開發(fā)蒸汽平衡計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件時(shí)，減溫減壓器的流量應(yīng)該設(shè)為自變量，由軟件自動(dòng)求解。5.1.6 將系統(tǒng)中可能回收的冷凝水，在有檢測(cè)和監(jiān)視系統(tǒng)的情況下，予以回收。5.1.7 在系統(tǒng)中還應(yīng)表示出補(bǔ)充脫鹽水的來(lái)源和數(shù)量。5.1.8 副產(chǎn)蒸汽的參數(shù)、數(shù)量應(yīng)遵循高位余熱用于副產(chǎn)高壓蒸汽，中位余熱用于加熱給水，低位余熱用于加熱脫鹽水的基

23、本原則。因此，副產(chǎn)蒸汽的參數(shù)和用途并入哪一級(jí)母管的選擇，應(yīng)由熱工設(shè)計(jì)人員與工藝設(shè)計(jì)人員共同協(xié)商確定。5.1.9 根據(jù)工程規(guī)定的燃料品種和工藝生產(chǎn)的特殊要求，初步選取鍋爐的型式及容量大小。5.2 蒸汽平衡計(jì)算步驟5.2.1 首先查出系統(tǒng)中各種參數(shù)的蒸汽和水(包括補(bǔ)充脫鹽水、蒸汽冷凝水、鍋爐給水等)的焓值。5.2.2 按照第3章中的數(shù)學(xué)模型，對(duì)蒸汽系統(tǒng)中的各部件進(jìn)行初步計(jì)算。5.2.3 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，按照從低壓到高壓的順序，逐級(jí)進(jìn)行平衡計(jì)算，首先需假定除氧器的用汽量，直至假定值與計(jì)算值十分接近為止。相反，也有人習(xí)慣從高壓到低壓進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果應(yīng)是一樣的。對(duì)于比較大的系統(tǒng)，此計(jì)算過程迭代的次數(shù)可能會(huì)

24、比較多，為了減少工作量，可以將需要計(jì)算確定的各變量設(shè)為未知數(shù)，按各部件的數(shù)學(xué)模型建立方程組，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其求解。6 不同工況的蒸汽平衡6.1 蒸汽平衡計(jì)算的主要工況為使蒸汽系統(tǒng)具有較大的靈活性和適應(yīng)性，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的工況進(jìn)行驗(yàn)算。這種可能出現(xiàn)的工況多達(dá)數(shù)十種。一般情況，在項(xiàng)目前期階段和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，只做夏季和冬季正常工況兩種蒸汽平衡計(jì)算，在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，按工藝條件，需做兩到六種工況的蒸汽平衡計(jì)算。通常情況下，下述工況若能滿足平衡計(jì)算要求，系統(tǒng)就能長(zhǎng)周期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。6.1.1 開車工況此時(shí)工藝生產(chǎn)剛開始，余熱資源由小變大，蒸汽系統(tǒng)必須滿足這一特定要求。6.1.2 正常生產(chǎn)工況通常是指設(shè)

25、計(jì)工況，此時(shí)生產(chǎn)最理想，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)，產(chǎn)品能耗較低。平衡計(jì)算時(shí)，對(duì)此工況應(yīng)作詳盡計(jì)算。6.1.3 冬季生產(chǎn)工況此時(shí)系統(tǒng)生產(chǎn)能力最大。因?yàn)榇髿鉁囟群退疁鼐^低，帶冷凝的汽輪機(jī)功率增加，同時(shí)，生產(chǎn)、生活區(qū)用于采暖的蒸汽量也有較大幅度的增加。蒸汽系統(tǒng)在此種工況下的負(fù)荷最大。6.1.4 夏季生產(chǎn)工況這種工況較正常工況時(shí)的負(fù)荷較小，大氣環(huán)境有較大的變化，但系統(tǒng)還是處于正常生產(chǎn)。6.1.5 正常停車工況此時(shí)要保證系統(tǒng)能安全停車及停車后的保護(hù)，工廠和生活區(qū)的采暖、居民生活用汽必須保證。6.1.6 事故情況下的各種工況6.1.6.1 主要化工裝置低負(fù)荷運(yùn)行。6.1.6.2 汽輪機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)備跳車。6.1

26、.6.3 電源中斷，要能使系統(tǒng)安全停車。6.1.6.4 當(dāng)石油化工廠中的輔助裝置突然停車時(shí)，蒸汽系統(tǒng)應(yīng)能采取措施，維持主裝置的正常生產(chǎn)、減負(fù)荷或安全停車。6.2 蒸汽平衡系統(tǒng)的優(yōu)化蒸汽平衡系統(tǒng)的優(yōu)化是以降低投資和提高能量利用率為目標(biāo)。影響蒸汽系統(tǒng)投資的主要因素是鍋爐和汽輪機(jī)的選型，而影響能量利用率的因素則為汽輪機(jī)的冷凝量、減溫減壓蒸汽量、蒸汽放空量。優(yōu)化的蒸汽系統(tǒng)應(yīng)在降低投資的基礎(chǔ)上，使各種工況下減溫減壓蒸汽量和蒸汽放空量達(dá)到最小值，從而降低化工裝置的能耗。7 附錄7.1 常用的蒸汽平衡表格式見表7-1。蒸汽平衡表 表 7-1蒸汽參數(shù)： 壓力 (mpa(g) 溫度 ()產(chǎn)/用汽設(shè)備名稱流 量

27、(t/h)備 注產(chǎn)汽合 計(jì)用汽合 計(jì)7.2 典型程序簡(jiǎn)介我公司于1994年與清華大學(xué)合作開發(fā)了大型石化廠蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，該軟件是在系統(tǒng)工程理論的指導(dǎo)下，運(yùn)用大系統(tǒng)自動(dòng)建模的技術(shù)完成的。在調(diào)查國(guó)內(nèi)外大型石油化工廠蒸汽系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)中可能采用的各種部件和不同構(gòu)成歸納出通用的蒸汽系統(tǒng)，接著建立各種部件的數(shù)學(xué)模型，選用了一種求解有約束非線性規(guī)劃問題的優(yōu)化算法，即轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸直接搜索可行方向法(dsfd法)，并對(duì)它進(jìn)行了改進(jìn)，以減少尋優(yōu)次數(shù)和時(shí)間，最終編制出了通用的蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。該軟件以蒸汽系統(tǒng)綜合能耗最低為目標(biāo)函數(shù)，其主要功能為：7.2.1 通用的、能自動(dòng)建模的軟件，適用于蒸汽

28、母管級(jí)數(shù)為2-5級(jí)的、各種部件和各種組合方式的大中型乙烯廠和合成氨廠等的蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)。7.2.2 在已知生產(chǎn)過程對(duì)熱和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的需求、以及各處可回收的工藝余熱的條件下構(gòu)置蒸汽系統(tǒng)后，通過軟件運(yùn)算可得到系統(tǒng)在綜合能耗最低的情況下的最佳參數(shù)配合，也可用于蒸汽系統(tǒng)非優(yōu)化的平衡計(jì)算。7.2.3 具有蒸汽系統(tǒng)圖形顯示和連機(jī)輸出最優(yōu)結(jié)果的功能，便于分析。7.2.4 生產(chǎn)過程的工況變化，導(dǎo)致對(duì)熱和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的需求變化，以及各處可回收的工藝余熱變化，運(yùn)用該軟件計(jì)算可得到變工況下蒸汽系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)配合。這說明在設(shè)計(jì)時(shí)可用該軟件來(lái)考察蒸汽系統(tǒng)對(duì)變工況的適應(yīng)能力，在工廠運(yùn)行時(shí)可對(duì)蒸汽系統(tǒng)的最優(yōu)調(diào)度作出指導(dǎo)。7.2.5

29、 在進(jìn)行蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可以選定多個(gè)方案，分別用該軟件計(jì)算得到各自的優(yōu)化結(jié)果，并對(duì)其進(jìn)行分析，以幫助確定最佳的蒸汽系統(tǒng)。本公司利用該軟件，對(duì)某工程的蒸汽系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，其結(jié)果比手工計(jì)算所得能耗降低了2.2%；在另一工程中，對(duì)外商提供的蒸汽平衡進(jìn)行了核算，結(jié)果基本與外商一致。但是，由于該軟件存在一些缺陷，目前尚不能推廣使用。7.3 蒸汽平衡計(jì)算實(shí)例以中原乙烯改造工程冬季蒸汽平衡為例。為了方便計(jì)算，在計(jì)算過程中，一些單位仍采用工程單位制，如流量單位為t/h，焓值單位為kcal/kg，功率則為kw。在以后的工程計(jì)算中，應(yīng)采用法定計(jì)量單位。7.3.1 按照工藝提出的蒸汽消耗及冷凝水回收情況，畫出蒸

30、汽平衡圖，見圖7-1。7.3.2 在蒸汽平衡圖標(biāo)出已知的蒸汽及冷凝水流量，對(duì)需要通過計(jì)算才能確定的流量設(shè)定未知數(shù)x1到x9，7.3.3 按照蒸汽及冷凝水的條件，計(jì)算各級(jí)蒸汽及冷凝水的焓值。7.3.4 由于該工程已有e-gt201的性能曲線，在考慮原有冷凝器仍能滿足改造后工況的情況下，先按性能曲線確定e-gt201的進(jìn)汽及抽汽量。再根據(jù)減溫減壓的數(shù)學(xué)模型，確定由ss至hs之間的減溫減壓量。7.3.5 根據(jù)閃蒸罐的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算閃蒸罐e-fa124、e-fa903的閃蒸蒸汽量。7.3.6 根據(jù)開工鍋爐的參數(shù)，設(shè)定鍋爐排污率為2%，計(jì)算出閃蒸罐e-fa905的閃蒸蒸汽量為0.004519*x1。7.3.7 對(duì)于汽輪機(jī)e-gt501，機(jī)械效率按0.97選取，第一段內(nèi)效率按74.5%選取(對(duì)應(yīng)的抽汽溫度為288，焓值為722kcal/kg)，排汽壓力為0.012mpaa。先建立如下方程：(x8-x9)*1000/3600*(755-575)+x9*1000/3600*(755- 722)*4.18*0.97=4973 (7.3.7-1)7.3.8 對(duì)于第二級(jí)蒸汽母管(hs)