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蒸汽管線的節能挖潛分析

文檔作者：宋光明文檔來源：蚌埠皖投融富投資管理有限責任公司			點擊數：
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Ｖｏｌ．２４，２０１７，Ｎｏ．１ 　　　　
糧食與食品工業
Ｃｅｒｅａｌ　ａｎｄ　Ｆｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ
糧油工程
收稿日期：２０１６－０５－０５
作者簡介：宋光明，男，１９７９年出生，工程師，從事化工系統
公用工程研究，主持大型循環水站、制冷車間、總圖等的設計
工作。
蒸汽管線的節能挖潛分析
宋光明
蚌埠皖投融富投資管理有限責任公司　（蚌埠　２３３０１０）
摘　要：為提高絕熱保溫效果，通常可采用降低輸送介質溫度和降低保溫材料傳熱系數的方
式。本文從以上兩方面入手，結合企業現狀，實施改造和生產調整，并通過理論分析，確定改造帶來
的效果和經濟性。
關鍵詞：導熱系數；熱損失；蒸汽；溫度；保溫
中圖分類號：ＴＳ２１０．８　　文獻標識碼：Ｂ　　文章編號：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
隨著我國工業經濟進入高速發展的階段，在工
業能源和生活能源的需求上，也不斷提升。在我國
的能源結構中，以電能、礦物質化學能為主，其中二
次熱能隨著社會發展，需求的大幅增長，從而使集中
供熱項目得到迅速地發展，在我國的能源結構中，占
重要的一席之地。集中供熱是以熱水或蒸汽作為熱
媒，利用一個或多個熱源通過供熱管網、熱交換站
等，向一個城市或城市中較大區域的各個用戶提供
熱能。
長期以來，以煤為主的能源結構形式使我國面
臨較大節能減排壓力，據統計，２０１１年我國能源消
耗總量達３４．８億ｔ標準煤，ＣＯ２
排放量位居世界第
二并快速增長。為履行２０２０年單位國內生產總值
ＣＯ２
排放比２００５年下降４０％～４５％的承諾，節能
減排問題亟待解決。
１　項目概況
本文根據國家的產業政策，結合項目現場的實
際情況，因地制宜的進行節能改造，降低能源消耗。
項目地點為安徽蚌埠某大型化工企業，企業具備自
備電廠１座，有背壓機組３臺。由背壓機組抽汽端，
引２根ＤＮ８００蒸汽管線至生產區，輸送生產用蒸
汽。蒸汽壓力為０．８　ＭＰａ，流量為１８０　ｔ／ｈ，工作溫
度為２９０℃。此次改造，采用兩種方式相結合，即首
先降低輸送蒸汽的品質，由原溫度２９０ ℃降低至
２４０℃。為不影響背壓機組的正常運行，維持原有
背壓機組出口的蒸汽干度，背壓機組運行參數不在
調整，在機組出口蒸汽管線上，增加加濕機組兩臺，
一開一備，降低輸送蒸汽溫度。同時，去除原保溫效
３２
糧食與食品工業　Ｃｅｒｅａｌ　ａｎｄ　Ｆｏｏｄ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏｌ．２４，２０１７，Ｎｏ．１
果差的硅酸鋁保溫材料，更換為導熱系數小的超細
玻璃棉的方式。通過調研，生產需求蒸汽壓力為
０．４０～０．５５　ＭＰａ飽和蒸汽，改造在節能的條件下，
不影響生產需求的蒸汽品質。
該大型化工生產企業，擁有獨立的自備熱電廠
和三個化工生產區。自備熱電廠至３個化工生產區
供熱采用２根ＤＮ８００無縫鋼管輸送，管線全長Ｌ為
５　５００　ｍ。管道除過路段外，其余段均采用架空低矮
支架敷設。實際運行中，自備電廠出口蒸汽參數為
０．８　ＭＰａ，溫度ｔｆ１
為２９０ ℃；終端蒸汽壓力為
０．７　ＭＰａ，溫度ｔｆ２
為２６０℃。管道保溫材料為硅酸
鋁，導熱系數λ＝０．０５６＋０．０００　１１　ｔｃｐ，保溫厚度為
１６０　ｍｍ；當地的年平均氣溫ｔａ
為１５℃，風速Ｗ 為
３　ｍ／ｓ。能源的結算方式采用內部定價方式，獨立
核算，每噸蒸汽結算成本價為１５５元。
該項目管線的熱損失，主要為管道外表面向外
界的熱輻射和與大氣的對流散熱，約占輸送能源的
１．８％，其次是管線輸送過程中的凝水排放損失或閥
門等管附件的泄露損失，由于倒凝及泄露量極低，可
忽略不計。本文重點針對管道表面的對流和輻射造
成的能源浪費，采用將輸送蒸汽溫度降低５０℃和將
保溫材料硅酸鋁更換為超細玻璃棉的方式，實施改
造和生產調整，通過技術經濟比較，確定項目實施的
合理性，并通過項目實施驗證。
２　能耗指標計算
２．１　現蒸汽管線的熱損失
（１）改造前蒸汽管線保溫層的平均溫度ｔｃｐ
及巖
棉保溫材料實算導熱系數λ１
值［１］
蒸汽管線首端平均溫度ｔｃｐ１＝（ｔｆ１＋ｔｓ）／２＝
１５５℃
式中：ｔｆ１
為蒸汽管線首端內壁蒸汽溫度，取自
生產運營記錄，ｔｆ１＝２９０℃；ｔｓ
為蚌埠地區年平均溫
度，取自氣象資料，ｔｓ＝２０℃。
蒸汽管線末端平均溫度ｔｃｐ２＝（ｔｆ２＋ｔｓ）／２＝
１４０℃
式中：ｔｆ２
為蒸汽管線末端內壁蒸汽溫度，取自
生產運營記錄，ｔｆ１＝２６０℃。
蒸汽管線綜合平均溫度ｔｃｐ＝ （ｔｃｐ１＋ｔｃｐ２）／２＝
１４７．５℃
巖棉保溫材料導熱系數λ１ ＝０．０５６＋
０．０００　１１ｔｃｐ＝０．０７２　２２５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）。
（２）熱損失ｑ１、ｑ２
熱損失ｑ１＝（ｔｆ１－ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／（２πλ）＋１／
αＤ１］＝４２５．４８　Ｗ／ｍ
熱損失ｑ２＝ （ｔｆ２－ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２π＋１／
παＤ１］＝３７８．３５　Ｗ／ｍ
式中：ｑ１、ｑ２
為改造前蒸汽管線首尾段傳熱強
度，Ｗ／ｍ；Ｄ１、Ｄ２
為管道外徑和內徑，ｍ；根據項目
建設當地的氣候條件及工程資料，取總給熱系數α
為２３．８　Ｊ／ｍ·ｓ·℃。
（３）總熱損失Ｑ１
改造前蒸汽管線總熱損失Ｑ１＝（ｑ１＋ｑ２）／２Ｌ＝
２　２１０　５４１．７　Ｗ
式中：Ｌ 為蒸汽管線長度，取自工程現場，為
５　５００　ｍ。
２．２　降溫后蒸汽管線熱損失
（１）管線的平均溫度
將熱電生產區蒸汽管線出口蒸汽溫度由２９０℃
降至２４０℃，終端蒸汽溫度ｔ２
按２１０℃計算：
蒸汽管線降溫后蒸汽平均溫度ｔｆ１′＝ｔ１′＋ｔ２′＝
２２５℃
式中：ｔ１′、ｔ２′為降溫后蒸汽管線首尾段管道內
壁溫度的，℃。
（２）保溫層的平均溫度ｔｃｐ
及導熱系數λ 值
蒸汽管線保溫層平均溫度ｔ′ｃｐ３＝（ｔ′ｆ１＋ｔｓ）／２＝
１２２．５℃
λ′＝０．０５６＋０．０００　１１ｔｃｐ３＝０．０６９　４７５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）
（３）熱損失ｑ３
降溫后蒸汽管線首尾段傳熱強度ｑ′３＝（ｔｆ１′－
ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２πλ′＋１／παＤ１］＝３１１．０６８　Ｗ／ｍ
（４）總熱損失Ｑ２
蒸汽管線降溫后總熱損失Ｑ２ ＝ｑ３ ×Ｌ ＝
１　７１０　８７５．８　Ｗ
２．３　通過降溫和選用高效保溫材料計算熱損失
（１）總導熱系數λ″［２］選用超細玻璃棉制品作為
保溫材料，λ″ ＝ ０．０２５ ＋ ０．０００　２３ｔｃｐ３ ＝
０．０５３　１７５　Ｗ／（ｍ·Ｋ）。
（２）熱損失ｑ４
降溫后和更換保溫材料后，蒸汽管線首尾段傳
熱強度ｑ４ ＝ （ｔｆ１′ －ｔｓ）／［ｌｎ（Ｄ１／Ｄ２）／２πλ＋１／
（παＤ１）］＝２３９　Ｗ／ｍ
（３）總熱損失Ｑ３
Ｑ３＝ｑ４×Ｌ＝１　３１５　４１６．７　Ｗ
２．４　經濟效益測算
根據生產工藝現狀實測，每噸（下轉第４０頁）
３３
糧油工程賈小麗等：羅勒精油的提取及成分分析
３　結論
超聲波輔助萃取羅勒揮發油的正交工藝研究表
明，萃取的最佳工藝為：功率６０　Ｗ、溫度４５℃、溶劑
用量１∶１２、超聲時間３５　ｍｉｎ；該條件下，揮發油的
得率為３．１３％。參見張文成［１８］等研究的水蒸氣蒸
提取羅勒揮發油最佳工藝的條件下進行試驗，所得
揮發油的得率僅０．３５％。氣相色譜分析揮發油中
烯丙基茴香醚及丁香油酚含量，超聲波輔助萃取揮
發油中兩種成分含量分別為０．７５８　ｍｇ／ｇ、
７．１６６　ｍｇ／ｇ，而水蒸氣蒸餾提取揮發油中分別為
０．８５６　ｍｇ／ｇ、４．８５１　ｍｇ／ｇ。
故綜合羅勒揮發油的兩種方法提取方法及氣相
色譜成分分析結果比較可知，超聲波輔助萃取羅勒
揮發油的得率高，提取速度快，且揮發油中丁香油酚
含量大，烯丙基茴香醚含量與水蒸氣提取所得揮發
油中其含量相差較小；水蒸氣蒸餾提取揮發油的得
率小、時間長，效率低。
參考文獻
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的ＧＣ－ＭＳ分析［Ｊ］．熱帶農業科學，２０１３，３３（１０）：
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［１５］于威威．蒼術揮發油、脂肪酸的提取及分析［Ｄ］．長春：
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［１６］李　辛．蓽茇揮發油的提取及化學成分分析［Ｄ］．蘭州：
甘肅農業大學，２００９．
［１７］付　娟，楊世海，馬　玲，等．羅勒研究進展及開發利用
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［１８］張文成，潘　見，謝慧明．羅勒揮發油的中試開發工藝
研究［Ｊ］．食品科學，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頁）蒸汽可利用熱值為２　７７２　ｋＪ×１０３，
每噸蒸汽公司內部成本價為１５５元，即每１ｋＪ熱量
價值為０．０５５　９元。
通過降溫和增加保溫的方式，每小時節約的熱量：
改造前后熱量損失降低值Ｑ ＝Ｑ１ －Ｑ３ ＝
８９５　１２５　Ｗ。
每年產生的經濟效益Ｍ＝Ｑ×０．０５５　９×２４×
３６５×２／（１０　０００×１　０００×１　０００）＝３１５．７萬元。
３　結論
經分析，該項目蒸汽管網系統，降溫和更換超細
玻璃棉改造后，均有巨大的經濟效益，每年可節約運
行費用３１５．７萬元，節能效果明顯，節能潛力巨大。
該項目于２０１０年２月完工，２０１０年８月趨于穩定
運營，并經財務部門、審計部門測算，經濟效益與計
劃吻合。
參考文獻
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４０

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