蒸汽动力系统模型建立及评估优化技术报告Word文档格式.docx

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1、建立一套蒸汽动力系统模型和评估方法，直观系统运行现状，提高作业效率。

2、通过进行蒸汽动力系统评估，提出3～5个节能改进建议和解决方案。

3、通过理论分析，节约5%能源使用量。

5、结果与分析

（1）蒸汽动力系统模拟可行性分析

随着世界范围内能源危机的出现，如何有效利用能源已经成为现代工业生产的一个重要课题。

蒸汽动力系统是过程工业企业的重要组成部分,其设计水平、运行和控制性能对过程工业的能量利用效率和经济性具有重要影响,在过去的30多年里,蒸汽动力系统的研究一直是国内外学者研究的热点。

近年来，国内许多大型的石化企业对其蒸汽动力系统开展建模研究和系统优化，取得了一定效益。

因此，如何学习借鉴石化企业建模经验，结合公司蒸汽动力系统实际，科学建立蒸汽动力系统模型是一个值得进一步研究的课题。

本项目通过对蒸汽动力系统的模拟，旨在为明晰现场作业层面提供基础资料，为优化系统操作，提高系统运行效率提供理论依据，达到蒸汽动力系统经济可靠运行的目的。

1蒸汽动力系统模拟方法研究

蒸汽动力系统是一种过程系统，过程系统主要有三种基本模拟方法：

序贯模块法、面向方程法和联立模块法。

1.1序贯模块法

序贯模块法是目前最常用的流程模拟方法，其模拟方式是按照由各种单元模块组成的过程系统的结构，序贯的对各单元模块进行计算，从而完成该过程系统的模拟计算。

序贯模块法的优点主要有：

①与实际过程的直观联系强；

②模拟系统软件的建立、维护和扩充都很方便，易于通用化；

③计算出错时易于诊断出错位置。

序贯模块法的主要缺点是计算效率低，不适合动态连续运行模拟。

1.2面向方程法

面向方程法是将整个流程的各个单元过程的数学模型方程组联立成一个大型总体方程组，然后一次同时求解的模拟方法。

面向方程法的优点是各种约束条件方程循环流的迭代计算不再存在，因而计算速度大为提高。

但由于复杂流程的整体数学模型涉及大量的非线性方程组，而这种大型非线性方程组的解算方法尚欠成熟，往往难以保证求解成功。

1.3联立模块法

联立模块法是介于序贯模块法和面向方程法之间的一种模拟方法。

与序贯模拟法相比，在求解设计型、优化型问题时，具有更大的灵活性和较高的计算效率；

与联立方程法相比，由于它只流程水平的简化方程组，因而能处理更大规模的问题。

但该方法需先建立简化模型，需通过多次严格模型对其进行修正。

1.4研究确定模拟方法

公司蒸汽动力系统涉及锅炉、蒸汽管路、真空回潮机、润叶机、复烤机和冷凝水回收系统等，运行工况较为稳定，流程较为明确，易于划分。

本项目蒸汽动力系统模拟目的是建立系统静态模型，了解蒸汽动力系统能源分布，对特定问题进行分析，寻找系统优化空间。

综上三种模拟方法，决定采用序贯模块法，具有流程明确，关联性强，易于发现问题等优点，有利于系统有效真实的模拟。

2蒸汽动力系统图像模型研究与建立

蒸汽动力系统图像模型主要由系统流程图和配置清单构成，图像模型是蒸汽动力系统模型的重要组成部分，目的是明确系统流程，清晰现场作业，为系统数学模型建立提供基础资料。

2.1蒸汽动力系统流程图

蒸汽动力系统流程图分为系统总能流图和各子模块流程图。

基于实际蒸汽网络，我们通过查阅系统施工图、现场比对等方法，研究车间各用汽设备工作原理及现场走向，对蒸汽动力系统进行了划分，共绘制1张系统总能流图和锅炉系统、冷凝水系统、A线一润&

二润等共10张子系统流程图，具体如下：

图1蒸汽动力系统能流图

图2锅炉系统流程图

图3冷凝水系统流程图

图4A线一润&

二润流程图

图5A线叶复烤机干燥区流程图

图6A线叶复烤机回潮区流程图

图7A线梗复烤机&

碎叶复烤机流程图

图8B线叶复烤机干燥区流程图

图9B线叶复烤机回潮区流程图

图10B线梗复烤机&

图11把梗一润&

2.2蒸汽动力系统配置清单

通过查阅资料、现场比对等方法，对蒸汽动力系统配置进行了现场测试、编号挂牌，设计编制蒸汽动力系统配置（疏水阀）清单，清单涵盖吊牌编号、位置、设备、口径、品牌、型号、类型、疏水阀选型、压力、状态等，配置清单如下表：

蒸汽动力系统配置清单

编号

位置

设备

口径

品牌

型号

类型

疏水阀选型

压力

状态

备注

ST001

锅炉房

分汽缸

40

Ari

未知

浮球

不合适

9

泄漏

原因：

疏水阀选型过大改进措施：

更换为DN25FT14-14

ST002

除氧器蒸汽管道底部

25

合适

其他问题：

疏水阀后无止回阀；

改进措施：

更换为DN20FT14-14；

安装DN25DCV3止回阀

ST003

室外

蒸汽管道

32

国产

排水不畅

疏水管道已腐蚀生锈改进措施：

更换疏水阀组（DN20BSA2T*3+DN20TD16F+DN20DCV3）

ST004

闪蒸汽管道

0.2

更换疏水阀组（DN20BSA2T*3+DN20TD16F+DN20DCV3）或移除现有闪蒸汽管路

ST005

冷凝水站

1#分汽缸

50

8.7

更换为DN25FT14-14

ST006

2#分汽缸

ST007

A线复烤机

回潮2区蒸汽管道末端

20

6

正常

安装DN20DCV3止回阀

ST008

1#干燥区

Gestra

1.2

安装DN50DCV3止回阀

ST009

Spirax

FT43-14

ST010

2#干燥区

FT43-10

安装DN40DCV3止回阀

ST011

ST012

3#干燥区

FT43H-14

1

疏水阀失流；

ST013

ST014

4#干燥区

2

ST015

ST016

5#干燥区

ST017

干燥区蒸汽管道末端

7.5

ST018

回潮一区蛇形管蒸汽

4.5

ST019

回潮二区蛇形管蒸汽

15

3

安装DN15DCV3止回阀

ST020

回潮区周边蒸汽

ST021

加热顶鹏蒸汽盘管

未使用

ST022

A线碎叶复烤机

滚筒疏水

更换为APT10泵组

ST023

A线梗复烤机

一区疏水

0.8

并联APT泵组；

疏水阀后安装DN40DCV3止回阀

ST024

并联APT泵组并联APT泵组；

ST025

ST026

主蒸汽管道末端

FT14-10

7

ST027

二区疏水

ST028

A线一润

滚筒底部

FT43H-10

ST029

ST030

ST031

ST032

A线二润

ST033

ST034

ST035

ST036

B线一润

安装DN25DCV3止回阀

ST037

ST038

ST039

ST040

B线二润

ST041

ST042

更换为DN25FT14-14；

ST043

ST044

B线复烤机

ST045

ST046

ST047

ST048

ST049

ST050

ST051

ST052

ST053

ST054

ST055

ST056

ST057

ST058

B线梗复烤机

ST059

ST060

ST061

ST062

ST063

B线碎叶复烤机

其他问题：

改进措施：

注：

因项目开展时，B线未生产，部分疏水阀状态待下一步检测。

3蒸汽动力系统数学模型研究与建立

根据序贯模块法，我们将过程能量系统多层次集成建模的思想应用到蒸汽动力系统数学模型建立上，从蒸汽产生、管网输送和蒸汽使用进行模块划分，根据锅炉效率、关键设备的工艺要求以及常规操作下的数据，利用相关能量平衡方程，分别建立了锅炉房能耗计算模型、室外管道能耗计算模型、室内管道及阀门能耗计算模型、生产设备（含真空回潮机、润叶机、复烤机等）能耗计算模型等数学模型。

图12锅炉房能耗计算模型

图13真空回潮机能耗计算模型

图14叶一润能耗计算模型

图15叶二润能耗计算模型

图15叶复烤机能耗计算模型

图16梗复烤机能耗计算模型

（2）蒸汽动力系统评估方法建立与应用

1蒸汽动力系统评估方法建立

根据蒸汽动力系统模型，结合系统设计、运行控制、维护保养等多个方面建立蒸汽动力系统评估方法，评估步骤主要为：

①观察蒸汽动力系统模型运行数据

②依据系统能量平衡和一定的经验查找节能机会

③根据节能机会，设定优化和节能策略，制定出设想方案，修改模型数据，计算新的能量平衡

④基于模型新的平衡条件，观察系统的供求关系和设备约束条件是否满足，同时观察设想方案实施前后的特性数据，对策略进行评估，进行经济效益分析

⑤制定解决方案。

2蒸汽动力系统评估优化

根据蒸汽动力系统评估方法，我们对公司现有蒸汽动力系统进行了全面细致评估，发现了一些改进机会，并提出了节约蒸汽使用、改善蒸汽品质、提高系统运行安全性的改进建议和解决方案。

其主要内容包括以下几方面：

Ø

工艺节能的评估结果和改进建议；

非工艺节能的评估结果和改进建议；

系统布置的评估结果和改进建议；

2.1工艺节能的评估结果和改进建议

（1）预热一润和二润的回风

现状：

目前，叶一润和叶二润热风加热器的回风温度分别为45℃、49℃，采用蒸汽加热后的温度分别为135℃、135℃。

一润现有的耗汽量如下所示：

分析：

若利用余热将一润和二润热风加热器的回风温度预热至75℃，那么一润的耗汽量如下所示：

和现有状况比较，一润热风加热器耗汽量减少了394.12-262.75=131.37kg/h。

按全年生产2700小时，一年减少的蒸汽耗量为355吨，折合费用为8.88万元。

同样，二润热风加热器每年减少的蒸汽耗量307吨，折合费用为7.68万元。

改进建议：

利用公司生产余热给一润和二润热风加热器回风预热，每年将减少蒸汽耗量662吨，节约费用为16.56万元。

（2）降低叶二润产品出口水分

目前，叶二润出口水分含量为18%，叶二润和叶复烤机的现有耗汽量如下所示：

若将叶二润出口水分含量调低0.5%，那么叶二润和叶复烤机的耗汽量如下所示：

那么叶二润和叶复烤机蒸汽量减少61.73kg/h，软化水耗量减少84.81kg/h；

每年将减少蒸汽耗量166.7吨，软化水耗量减少229m³

，每年节约费用为4.28万元。

将叶二润出口产品的水分降低0.5%，每年将减少蒸汽耗量166.7吨，软化水耗量减少229m³

，每年节省费用为4.28万元。

（3）提高叶复烤机产品入口温度

现状：

目前，叶复烤机产品入口温度为30℃，现有的耗汽量如下所示：

若利用余热将叶复烤机产品入口温度提高至40℃，那么叶复烤机的耗汽量如下所示：

和现有状况比较，叶复烤机耗汽量减少了2515.25-2421.59=93.66kg/h。

按全年生产2700小时，年减少的蒸汽耗量为253吨，折合费用为6.3万元。

利用公司生产余热将叶复烤入口产品温度从30℃提升至40℃，每年将减少蒸汽耗量253吨，节约费用为6.3万元。

（4）降低叶复烤机干燥区排潮风机