蒸汽平衡計(jì)算導(dǎo)則

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 蒸汽

2、系統(tǒng)(SteamSystem)1.3.2 蒸汽平衡(SteamBalance)1.3.3 優(yōu)化(Optimization)1.3.4 能耗(Energy-consumption)1.3.5 蒸汽用戶(SteamUser)1.3.6 符號(hào)1.3.6.1 主要符號(hào)Ne一汽輪機(jī)輸出軸功率，kWFst-汽輪機(jī)入口蒸汽流量，kg/sH蒸汽等嫡始降，kJ/kg閨一蒸汽實(shí)際有效始降，kJ/kgHC一冷凝器始降，kJ/kgQc冷凝器熱負(fù)荷，kW“i一汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率，%“m一汽輪機(jī)機(jī)械效率，%1.3.6.2 腳標(biāo)b一背壓c一冷凝d一除氧器e抽汽f閃蒸罐in一進(jìn)口out出口s烝汽v一放空w水2蒸汽平衡表/圖的繪

3、制1 一股蒸汽系統(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)：1.3 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)；1.3 需要不同等級(jí)的蒸汽來(lái)加（伴）熱和作為生產(chǎn)原料；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；1.3 可以回收大量的蒸汽冷凝水；1.3 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衡圖，將蒸汽系統(tǒng)中的各部件表示出來(lái)。1 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

4、、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。1 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(guò)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。1 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)、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)

5、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5 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

6、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)。5.5 背壓式汽輪機(jī)對(duì)于背壓式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：Na=FstHtqiqm(3.1.1-1)“i=HSt/AHt(3.1.1-2)FstNeJ圖3-1背壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過(guò)程：給定汽輪機(jī)輸出功率相對(duì)內(nèi)效率“i、機(jī)械效率“mffl蒸汽進(jìn)出口參數(shù)，調(diào)整汽輪機(jī)入

7、口蒸汽流量Fst,使其功率Ns滿足工藝要求。5.5 冷凝式汽輪機(jī)對(duì)于冷凝式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為:Na=Fst/XHqiqm(3.1.2-1)Cb=FstAFb(3.1.2-2)T!i=AhSt/AFt(3.1.2-3)計(jì)算過(guò)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“n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,使其功率滿足工藝要求，再進(jìn)一步計(jì)算冷凝器熱負(fù)荷Q。5.5 抽汽背壓式汽輪機(jī)對(duì)于抽汽背壓式汽輪機(jī)，其計(jì)算公式為：Nb=FsteHeqie4me+FstbHbqibqmb(3.1.3-1)Fst=Fste+Fstb(3.1.3-2)“ie=Hte/He(3.1.3-3

8、)“ib=Hstb/Htb(3.1.3-4)FstNeFstetFstb圖3-3抽汽背壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖計(jì)算過(guò)程：給定汽輪機(jī)輸出功率Ne、相對(duì)內(nèi)效率qie和4ib、機(jī)械效率4me和qmb、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M滿足工藝要求。5.5 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：M二FsteHteqie4me+FstcHtcqicmmc(3.1.4-1)Fst=Fste+Fstc(3.1.4-2)Cc=FstcHd(3.1.4-3)“ie=Hste/Hte(3.1.4-4)“ic=Hstc/Htc(3.

9、1.4-5)FstFstcNeFste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(guò)程：給定汽輪機(jī)輸出功率Nb、相對(duì)內(nèi)效率qie和4ic、機(jī)械效率4me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。5.5 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：Nb=Fste1Heiqie14me+Fste2Hte24ie24me2+FstbHbqibqmb(3.1.5-1)Fst=Fste1+Fste2+Fstb4ie1=Hste1/He1qie2=AHste2/He2(3.1.5-2)(3.1.5-

10、3)(3.1.5-4)(3.1.5-5)NeFstb4ib=Ustb/Htb圖3-5雙抽汽背壓式汽輪機(jī)計(jì)算示意圖“ie2和4ib、機(jī)械計(jì)算過(guò)程：給定汽輪機(jī)輸出功率Nh、相對(duì)內(nèi)效率”ie1、效率mme1、mme濟(jì)口4mb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)算公式為:Ne=Fste1Heiqie1mme+Fste2Hte24ie2mme2+FstcHcqicqmc(3.1.6-1)Fst=Fste1+Fste2+Fstc(3.1.6-2)Q

11、=FstcAHd(3.1.6-3)“ie1=AHste1/AHte1(3.1.6-4)“ie2=AHste2/AHte2(3.1.6-5)“ic=Hstc/Htc(3.1.6-6)計(jì)算過(guò)程：給定汽輪機(jī)輸出功率Ne、相對(duì)內(nèi)效率“ie1、刀162和”七、機(jī)械效率“me1、mme2和4mc、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N滿足工藝要求。并計(jì)算冷凝器熱負(fù)荷Q。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(guò)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

12、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(guò)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。1.1.0 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(guò)程中，廢熱鍋爐不能滿足蒸汽需求，需要鍋爐供應(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。1.2.0 除氧器石油化工廠

13、中，除氧器具有以下特點(diǎn)：1.2.1.0 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；1.2.2.0 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。1.2.3.0 有時(shí)化工裝置可能還有少量低壓蒸汽Fsi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:Fd+Fs+(Fi+F2+Fi)+Fsi=Fv+Fout(3.4.3-1)HdFd+HsFs+(HiFi+H2F2+-+HiFi)+HsiFsi=H/Fv+HOutFout(3.4.3-2)FvFdFiFsiF2FsFiFout圖3

14、-7除氧器計(jì)算示意圖計(jì)算過(guò)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。7.4 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龋?，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。Ff=Fv+Fout閃蒸罐的計(jì)算公式為：(3.5-1)(3.5-2)HFf=H/Fv+H)utFoutFvFfFout圖3-8閃蒸罐計(jì)算示意圖計(jì)算過(guò)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Fo

15、uto7.5 減溫減壓器為了保證上級(jí)蒸汽母管的壓力不超過(guò)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：FsinFwinFsout圖3-9減溫減壓器計(jì)算示意圖Fsin+Fwin=Fsout(3.6-1)HsinFsin+HWinFwin=H0utFout(3.6-2)計(jì)算過(guò)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。7.6 蒸汽母管在蒸汽系

16、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(guò)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(guò)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)的確定對(duì)于工藝連續(xù)用汽負(fù)荷，按照工藝條件，一般取其正常用汽量。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。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)

17、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。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)一.一一一2,法提出，則可根據(jù)化工廠米暖面積估算，米暖負(fù)荷按70-110W/m計(jì)算。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%皆慮。蒸汽系統(tǒng)的損失主要體現(xiàn)在各級(jí)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。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。對(duì)于石油化工廠中參數(shù)較高的廢熱鍋爐和高壓鍋爐，具排污率按1.5-2%T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

18、污率。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。在計(jì)算蒸汽平衡時(shí)，一般還沒有汽輪機(jī)制造廠的詳細(xì)資料，具相對(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()10-15030-4910-15030-51151-75050-65151-75052-66751-350066-75751-350067-753501-2000076-7

19、93501-2000076-804.11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廳P軸功率(kW)機(jī)械效率()12500099.54.12在沒有汽輪機(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)算方法蒸汽平衡圖的初步擬定在擬定蒸汽平衡圖時(shí)，

20、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：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)。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)。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。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

21、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)母管之問，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)的總功率及臺(tái)數(shù)，應(yīng)在蒸汽平衡計(jì)算過(guò)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。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。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。在系統(tǒng)中還應(yīng)表示

22、出補(bǔ)充脫鹽水的來(lái)源和數(shù)量。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。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。蒸汽平衡計(jì)算步驟首先查出系統(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）的始值。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。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)

23、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(guò)程迭代的次數(shù)可能會(huì)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)。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

24、這一特定要求。正常生產(chǎn)工況通常是指設(shè)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。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。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)。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。事故情況下的各種工況主要化工裝置低負(fù)荷運(yùn)行。汽輪機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)備跳車。電源中斷，要能使系統(tǒng)安全停車。當(dāng)石油化工廠中的輔助

25、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。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。附錄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(C)產(chǎn)/用汽設(shè)備名稱流量(t/h)備注產(chǎn)汽合計(jì)用汽合計(jì)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

26、，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(DSFCfe),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：通用的、能自動(dòng)建模的軟件，適用于蒸汽母管級(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)。在已知生產(chǎn)過(guò)程對(duì)熱和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的需求、以及各處可回

27、收的工藝余熱的條件下構(gòu)置蒸汽系統(tǒng)后，通過(guò)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。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。生產(chǎn)過(guò)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(shuō)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)。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

28、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。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(guò)程中，一些單位仍采用工程單位制，如流量單位為t/h,始值單位為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。按照工藝提出的蒸汽消耗及冷凝水回收情況，畫出蒸汽平衡圖，見圖7-1。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(guò)計(jì)算才能確定的流量設(shè)定未知數(shù)X1到X9,按照蒸汽及冷凝水的條件，計(jì)算各級(jí)蒸汽及冷凝水的始值。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S第HS1間的減溫減壓量。根據(jù)閃蒸罐的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算閃蒸罐E-FA124E-FA903勺閃蒸蒸汽量。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勺閃蒸蒸汽量為0.004519*X1。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?。▽?duì)應(yīng)的抽汽溫度為288C,始值為722kcal/kg）,排汽壓力為0.012MPaA先建立如下方程：(X8-X9)*100