蒸汽平衡计算导则

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1、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

2、.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(Energyconsumption)1。 3。 5蒸汽用户 (Steam User)1.3.6符号1. 3. 6. 1主要符号Ne -汽轮机输出轴功率,kWFst 汽轮机入口蒸汽流量，kg/sHt -蒸汽等熵焓降,kj/kgHst 蒸汽实际有效焓降，kJ/kgHc 冷凝器焓降，kJ/kg第 1 页共 23 页Qc 冷凝器热负荷，kWn i 汽轮机相对内效率，n m 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

3、 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

4、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

5、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、

6、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：Ne=Fs4Htninm（3。1。

7、1-1）n i=Hst/Ht（3。1.1-2）Ne图31 背压式汽轮机计算示意图计算过程：给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率n机械效率nm和蒸汽进出口参数，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst,使其功率Ne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:Ne=FsQHtninm（3o 1.2-1）Qc=FstHc（3。1.22）n i=Hst/Ht（3。1。23）计算过程:给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率n i机械效率nm、蒸汽进 口和冷凝器出口参数，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst，使其功率Ne满足工艺要 求，再进一步计算冷凝器热负荷Qc。3。1.3 抽汽背压式汽轮机对于抽汽背压式

8、汽轮机,其计算公式为：Ne=FsteHte nien me+FstbHtb nibnmb(3.1.31)Fst=Fste+Fstb(3。1。3-2)n ie=Hste/Hte(3.1.3-3)n ib=Hstb/Htb(3。1.34)FstNeFstb图33 抽汽背压式汽轮机计算示意图计算过程：给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率nie和n让、机械效率nme和nmb、蒸汽进口、抽汽口、排汽口参数，根据蒸汽平衡情况，确定抽汽量Fste，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst,使其功率Ne满足工艺要求。3。1.4 抽汽冷凝式汽轮机对于抽汽冷凝式汽轮机，其计算公式为:Ne=FsteHte nien me+Fst

9、cHtc nicnmc（3。1.4-1）Fst=Fste+Fstc（3.1。42）Qc= FstcHc（3。1。43）n ie=Hste/Hte（3。1。4-4）n ic=Hstc/Htc（3。1。45）计算过程：给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率nie和nic、机械效率nme 和nmc、蒸汽进口、抽汽口、冷凝器出口参数，根据蒸汽平衡情况，确定抽汽量 Fste，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst，使其功率Ne满足工艺要求。3。1。5 双抽汽背压式汽轮机对于双抽汽背压式汽轮机，其计算公式为:Ne=Fste1 Htei n iel n mel+Fste2 Hte2nie2nme2+FstbHtbnibn

10、mb （3 15-1）Fst=Fste1+Fste2+Fstb2）n ie1 = Hste1/Hte1n ie2=Hste2/Hte2n ib=Hstb/Htb（3.15（3.153）（3.1.54）31.55）NeFstFstbFste2图35 双抽汽背压式汽轮机计算示意图计算过程：给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率niei、nie2和nib、机械效率nmei、nme2和nmb、蒸汽进口、两级抽汽口、出口参数，根据蒸汽平衡情况,确定抽汽量Fste 1和Fste2，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst,使其功率Ne满足工艺要 求3.1。6 双抽汽冷凝式汽轮机对于双抽汽冷凝式汽轮机,其计算公式为：Ne=

11、Fste4Htein iel n mel+Fste2Hte2 nie2nme2+FstcHtcnicnmc (3。1o 61)Fst=Fste1+Fste2+Fstc（3.1.6-2）Qc= Fst（3.1。63）n ie1=Hste1/Hte1（3。1.6-4)n ie2=Hste2/Hte2（3.1。6-5）n ic=AHstc/AHtc（3.1。6-6)计算过程：给定汽轮机输出功率Ne、相对内效率niei、nie2和nic、机械 效率nmei、nme2和nmc、蒸汽进口、两级抽汽口、出口参数，根据蒸汽平衡情 况，确定抽汽量Fste 1和Fste2，调整汽轮机入口蒸汽流量Fst，使其功率N

12、e满足工艺 要求.并计算冷凝器热负荷Qc.图3-6 双抽汽冷凝式汽轮机计算示意图3.2 废热锅炉废热锅炉用于回收工艺余热，接收锅炉给水，产生过热蒸汽，并入蒸汽管 网。对于一种操作工况,废热锅炉的产汽量是一定的，因此，在做相应工况的蒸 汽平衡计算时，其产汽量、锅炉给水量、排污量按工艺条件的数值,计算过程中 不变.有的工艺废热锅炉带有补燃设施，可以根据需要改变蒸汽产量，此时的蒸 汽平衡,就要与工艺专业相互配合，共同完成计算。3。3 锅炉石油化工厂中，锅炉的主要作用有三点：一是在废热锅炉的产汽量不足以 供化工装置时,锅炉作为补充汽源;二是在化工装置开、停车过程中，废热锅炉 不能满足蒸汽需求，需要锅炉

13、供应蒸汽；三是利用锅炉所产蒸汽，驱动汽轮发 电机,为石油化工厂提供所需的电力。所以，在石油化工厂中 ,锅炉通常被称为 辅助锅炉或开工锅炉。在进行蒸汽平衡计算时，按照蒸汽需求，调整锅炉产汽 量，同时相应调整锅炉给水量和排污量。3。4 除氧器石油化工厂中，除氧器具有以下特点:3。4。1 锅炉及废热锅炉的参数一般较高，要求锅炉给水的残留溶解氧 低，所以，除氧器一般采用压力除氧；3。4.2 通常化工装置可以回收一部分温度较高、比较干净的蒸汽冷凝水, 直接进入除氧器，因而所采用的除氧器一般为部分补给水式。3。4.3有时化工装置可能还有少量低压蒸汽Fsi可直接回收到除氧器，其 数量一般为定值。除氧器的计算

14、公式为：Fd+Fs+(Fi+F2+.+Fi)+Fs1=Fv+Fout(3。4。31)HdFd+ HsFs+(H1F1+H2F2+.+ HiFi)+HsiFsi=HvFv+HoutFout(3。432)图37 除氧器计算示意图计算过程：给定除氧器入口、出口物料参数 （压力、温度）、以及出口流量Fout，调整除氧器入口水量Fd和加热蒸汽量Fs，使上述两方程平衡。3。5 闪蒸罐石油化工厂中经常有温度较高的水 （如锅炉、废热锅炉的连续排污、工艺 冷凝水等），为了回收其热量，便于用泵输送，通常将其送到闪蒸罐，闪蒸的二 次蒸汽回蒸汽管网,或者放空。闪蒸罐的计算公式为：Ff=Fv+Fout（3.5-1）Hf

15、Ff=HvFv+HoutFout（3.5-2）图38 闪蒸罐计算示意图计算过程:给定闪蒸罐入口、出口物料参数（压力、温度）、以及入口流量按上述两方程求得闪蒸罐的二次蒸汽量Fv和闪蒸后的水量Fout。3.6 减温减压器为了保证上级蒸汽母管的压力不超过限定值 ,或者满足下级蒸汽母管的压 力，或者工艺要求的蒸汽参数与母管的参数不一致，或者作为有抽汽或者背压 式汽轮机事故状况的备用设施，均需要设置减温减压器。减温减压器的计算公式为：图3-9 减温减压器计算示意图Fsin+ Fwin=FsoutHsinFsin+HwinFwin=HoutFout3.6-1）（3。62）计算过程：根据工艺要求，或者下游蒸汽管网温度