蒸汽平衡计算导则

蒸汽平衡计算导则

1总则

1.1编制目的

为指导热工专业人员进行蒸汽平衡计算，统一本公司蒸汽平衡计算方法，使之更合理、更准确可靠，特制订本导则。

1.2适用范围

本导则适用于石油化工厂新建、扩建和改建工程中单套装置或全厂的蒸汽平衡计算。由于国内尚没有很好的工程化的蒸汽系统优化设计的计算软件，目前的蒸汽平衡主要以利用计算机软件辅以手工计算为主，所以本导则主要用于指导以这种方式进行蒸汽平衡计算，同时，也可以指导相应的计算机软件开发。

关于燃气-蒸汽联合循环，由于本公司的工程经验尚不丰富，所以本导则暂不涉及燃气-蒸汽联合循环。

本导则有待于在以后的工程实践中进一步补充、完善。

1.3术语、符号

1.3.1 蒸汽系统 (Steam System)

1.3.2 蒸汽平衡 (Steam Balance)

1.3.3 优化 (Optimization)

1.3.4 能耗 (Energy-consumption)

1.3.5 蒸汽用户 (Steam User)

1.3.6 符号

1.3.6.1 主要符号

N e—汽轮机输出轴功率，kW

F st—汽轮机入口蒸汽流量，kg/s

△H t—蒸汽等熵焓降，kJ/kg

△H st—蒸汽实际有效焓降，kJ/kg

Q c—冷凝器热负荷，kW

ηi—汽轮机相对内效率，%

ηm—汽轮机机械效率，%

1.3.6.2 脚标

b —背压

c —冷凝

d —除氧器

e —抽汽

f —闪蒸罐

in —进口

out —出口

s —蒸汽

v —放空

w —水

2蒸汽平衡表/图的绘制

2.1一般蒸汽系统的构成

石油化工厂的生产工艺在热能利用方面有以下特点：

2.1.1 需要蒸汽来驱动发电机、压缩机、泵或风机；

2.1.2 需要不同等级的蒸汽来加(伴)热和作为生产原料；

2.1.3 可以回收大量余热，用以产生副产蒸汽或加热给水；

2.1.4 可以回收大量的蒸汽冷凝水；

2.1.5 一些大型石油化工厂还设有自备电站，满足装置部分用电。

石油化工厂的蒸汽系统一般包括以下部件：母管、锅炉、余热锅炉、汽轮机、除氧器、闪蒸罐、减温减压器、工艺蒸汽用户、放空消音器等。

在进行蒸汽平衡计算时，由于习惯不同，一般采用蒸汽平衡表或者蒸汽平衡图，将蒸汽系统中的各部件表示出来。

2.2 蒸汽平衡表

在蒸汽平衡表中，按照不同蒸汽等级的产汽设备、用汽设备，分别列出其产汽量、用汽量，各等级蒸汽的产、用汽量必须相等。

常用的蒸汽平衡表格式为第7章附录中表7-1。该表只列出了一种等级蒸汽的产/用汽情况，对于不同等级蒸汽，应列出不同表格。

2.3 蒸汽平衡图

在蒸汽平衡图中，需按蒸汽等级画出各级蒸汽母管，再按照蒸汽系统中的各主要部件所产生或消耗的蒸汽参数，在相应的蒸汽母管下画出这些主要部件，然后经过计算调整，使各级蒸汽母管的进出蒸汽量相等。

常见的蒸汽平衡图可参照第7章附录中蒸汽平衡计算实例。

2.4 蒸汽平衡表和蒸汽平衡图的区别

蒸汽平衡表对于各部件的产、供汽的平衡状况比较直观，蒸汽平衡图则有利于蒸汽系统的设计、运行及管理人员对整个系统的不同工况的安全性、稳定性、可靠性进行分析，并在系统设计中采取相应的措施，或在生产中进行适当的调度，以保证整个蒸汽系统安全、稳定、连续的运行。本公司一般采用蒸汽平衡图，本导则也主要指采用蒸汽平衡图的方式进行蒸汽平衡计算。

3 蒸汽系统中主要部件的数学模型

3.1 汽轮机

汽轮机是驱动机泵和将各级蒸汽母管相互连接起来，实现各蒸汽母管之间能量梯级利用的重要部件。石油化工厂中采用的汽轮机的种类较多，按照型式不同，常用的汽轮机主要有背压式、冷凝式、抽汽背压式、抽汽冷凝式、双抽汽背压式、双抽汽冷凝式，另外还有三抽汽冷凝式、抽汽注汽式；按照用途不同，汽轮机可分为驱动工艺设备和驱动发电机两种。对于驱动工艺设备的汽轮机，计算时先给定汽轮机的功率；对于发电用的汽轮机，计算时则不给定汽轮机的功率，而是根据蒸汽平衡情况，按照“以汽定电”的原则，最后计算出发电机的功率。在进行蒸汽平衡计算时，如果没有汽轮机的性能曲线，按下述模型计算；如果有汽轮机的性能曲线，则可以直接在曲线上确定汽轮机的各管口流量，而不需按下述模型计算。

常用的每种型式的汽轮机的数学模型如下(以驱动用的汽轮机为例)。

3.1.1 背压式汽轮机

对于背压式汽轮机，其计算公式为：

N e=F st△H tηiηm (3.1.1-1)

ηi=△H st/△H t (3.1.1-2)

Ne

图

计算过程：给定汽轮机输出功率N e、相对内效率ηi、机械效率ηm和蒸汽进出口参数，调整汽轮机入口蒸汽流量F st，使其功率N e满足工艺要求。

3.1.2 冷凝式汽轮机

对于冷凝式汽轮机，其计算公式为：

图

N e=F st△H tηiηm (3.1.2-1)

Q c=F st△H c (3.1.2-2)

ηi=△H st/△H t (3.1.2-3)

计算过程：给定汽轮机输出功率N e、相对内效率ηi、机械效率ηm、蒸汽进口和冷凝器出口参数，调整汽轮机入口蒸汽流量F st，使其功率N e满足工艺要求，再进一步计算冷凝器热负荷Q c。

3.1.3 抽汽背压式汽轮机

对于抽汽背压式汽轮机，其计算公式为：

N e=F ste△H teηieηme+F stb△H tbηibηmb (3.1.3-1)

F st=F ste+F stb (3.1.3-2)

ηie=△H ste/△H te (3.1.3-3)

ηib=△H stb/△H tb (3.1.3-4)