蒸汽管线保温改造与节能评价

蒸汽管线保温改造与节能评价

孟敏   ,汪月姣   ,顾晓曼   ,许建选  ,陈宝玺

中国石油辽阳石化公司 辽宁 辽阳 111003

摘  要：某炼化公司中、低压蒸汽管线经过多年连续运行，管线保温外保护层腐蚀现象严重，保温节能测试结果显示，大部分蒸汽保温散热损失超标，经技术比选，选择高铝纤维针刺毯及彩钢板分别作为内保材料和外保护层。改造后的蒸汽管线表面散热损失远低于标准规定值，达到了改造预期目标，可节约蒸汽24万吨/年、减排二氧化碳8.1万吨/年，实现年创效超过5000万元。

关键词：蒸汽  保温  节能

1、前言

公司蒸汽管网主要由6条中压蒸汽和6条低压蒸汽线组成，供生产装置用汽，中压蒸汽运行压力3.4MPa～4.0MPa，运行温度380℃～440℃（设计压力4.0MPa、设计温度450℃），低压蒸汽运行压力0.7MPa～1.1MPa，运行温度120℃～340℃（设计压力1.2MPa、设计温度350℃），蒸汽管网总长约90公里。管线保温材料大部分为硅酸盐管壳，外保护层为0.5mm厚镀锌钢板，经多年连续运行，蒸汽管线保温老化、脱落、腐蚀现象严重，保温效果变差，按照《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264-2013要求，保温节能测试结果显示大部分蒸汽管线保温散热损失超标。

以上问题，一方面造成蒸汽品质变差、蒸汽损失增加；另一方面冷凝水量增加导致凝水回收能力不足。基于以上背景，公司开展了蒸汽管网保温整治专项工作。

2、技术比选

根据蒸汽管道运行、设计温度，按照规范《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264-2013附录A中常用的绝热材料性能，其最高使用温度应高于工况使用温度至少100℃的规定，可选择的绝热材料有硅酸钙制品II型（常用导热系数≤0.062W/m·K，推荐温度≤900℃）、硅酸铝棉及其制品（常用导热系数≤0.044W/m·K，推荐温度≤1000℃）、硅酸镁纤维毯（常用导热系数≤0.040W/m·K，推荐温度≤700℃）、以及高铝纤维针刺毯（常用导热系数≤0.034W/m·K，推荐温度≤1000℃）[1]。

上述材料中，硅酸钙制品因制作工艺限制，一般为小规格片状、0.5米宽的四片绑扎在管道四周，缝隙多、散热损失大、保温效果较差，且施工难度高；硅酸铝制品和硅酸镁纤维毯密度在100kg/m³～110kg/m³之间，烧失率高，柔韧性差，易断裂，寿命短；高铝纤维针刺毯是硅酸铝的升级产品，为高铝型，提高了材料密度（可达130kg/m³～200kg/m³之间），制品双面刺、长丝、不含胶、加防水层，具有优良的化学稳定性、优良的热稳定性、优良的抗拉强度、低热导率、低热容量等特性。且施工技术要求低、难度小。综合比较各类保温材料，高铝纤维针刺毯性价比相对较高。

原蒸汽管道保温外保护层均采用镀锌钢板，因厂区内空气中含油腐蚀性物质，镀锌钢板腐蚀严重，大部分钢板的镀锌层脱落，钢板破损严重，漏水、漏风，致使管道的对流散热加大，更换绝热层后也无法重新利用。彩钢板虽然价格较镀锌板偏高，但在高温管道外保温结构应用方面，较镀锌板具有耐腐蚀、使用寿命长（20年）、外观美观等优点。

3、保温厚度确定

根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264-2013的规定，按管道输送过程中最大允许散热损失计算保温厚度[1]，计算公式如下：

                   （1）

                                   （2）

                     （3）

式中δ—绝热层厚度（m）；

D1—绝热层外径（m）；

D0—管道外径（m）；

λ—绝热材料在平均温度下的导热系数[W/（m·K）]；高铝纤维针刺毯在使用温度450℃时的导热系数(测试值)为0.105W/（m·K），350℃时的导热系数(测试值)为0.0087W/（m·K）。

K—富裕系数，K=0.8～0.9；

[Q]—GB 50264中规定的最大允许散热损失（W/㎡）；

T—管道的外表面温度（℃）；

Ta—环境温度（℃）；

α—绝热层外表与周围空气的换热系数[W/（㎡·K）]。

根据上式计算，低压蒸汽（设计温度350℃，管径范围DN100-DN600）保温厚度δ为90-150mm；中压蒸汽（设计温度450℃，管径范围DN125-DN500）保温厚度δ为120-190mm。

4、应用效果

（1）改造效果分析

改造前、后的保温监测效果如表1所示。

表1  改造前、后保温监测数据表

改造完成后，按Q/SY09193-2019《石油化工绝热工程节能监测与评价》规范要求，对散热损失再次进行评价，表面温升、散热损失大幅下降。改造后的蒸汽管线表面散热损失值远低于标准规定的最大散热损失值，改造完成后蒸汽管线保温效果达到了预期目标。

（2）节能效果及创效分析

① 蒸汽管网降损分析

结合改造前、后的管线保温效果测试数据结果显示，管线保温改造节能量改造后比改造前可节约蒸汽24.39t/h（标准煤3.067 tce/h）。

②透平提效情况

加氢裂化、加氢精制等装置循环氢压缩机由中压蒸汽驱动，为背压式压缩机，中压蒸汽温度对汽轮机中压蒸汽消耗有一定影响，取四套装置进行核算，温度提升对耗汽量减少影响结果显示，改造后透平进汽温度平均提升20℃左右，中压蒸汽温度每提高1℃，平均可节约蒸汽1.78‰。综上所述，蒸汽管网降低热损失节能改造项目实施后可节约蒸汽24万吨/年，可减排二氧化碳8.1万吨/年，年创效5620万元/年。

5、总结

蒸汽管线的保温改造是一个系统性的质量管控过程，需要从施工方案确定、改造效果技术规范要求、保温材料监督、施工全过程监督、第三方监督监测效果评价等环节入手，各环节紧密联系，环环相扣。要保证好的保温节能效果，各环节的质量管控缺一不可，需要有专业部门进行统筹协调。本次公司开展的蒸汽管线保温改造节能效果显著、特点突出，值得石油炼化企业借鉴。

参考文献

[1]GB 50264-2013,工业设备及管道绝热工程设计规范(附条文说明)[S].

[2]成伟,胡足.蒸汽管线热损失的测试及分析[J].甘肃科技,2010,26(10):63-64+44.