调研分析外供蒸汽在铁路装备主机厂运行及优化方案
李致平 刘通贺 李圆 郭丽君
中图分类号：F53 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2019）2-179-02
摘 要 本文在充分分析中车唐山机车车辆有限公司蒸汽用途和原热源供应形势的基础上，对阶段性蒸汽改造运行情况进行了阐述和评价，并结合现状及问题提出了外供蒸汽优化方案建议，为其他制造行业尤其是铁路装备主机
关键词 蒸汽 供应 优化方案
一、外供蒸汽投运背景分析
中车唐山机车车辆有限公司为满足厂区生产办公对蒸汽等热源的需要，建设运行了多台燃煤锅炉，持续运行供汽30余年，随着环保形势的逐渐严峻，蒸汽供应形式调整势在必行，结合原供应形式调研热源改造可行性，提出外供蒸汽的实施投运。
（一）原供应形式
2018年5月底前丰润厂区主要由中车唐山机车车辆有限公司锅炉房内多台燃煤蒸汽炉和热水炉提供生产、采暖蒸汽和采暖热水。热源采用锅炉+管网系统供应形式，以锅炉房为蒸汽供应中心通过各传输管道送至各用户。
锅炉燃煤蒸汽主要用于换热站采暖（采暖季4个月）、涂装漆房加热（生产）、除湿机组加热（调节厂房环境）、喷漆线加热（生产）和浴池加热（生活），其中采暖和漆房加热用量最大。在其运行的30来年里，为公司的发展经营提供了可靠充足的能源保证。
（二）中车唐山机车车辆有限公司热源改造需求分析
随随着京津冀地区环保形势异常严峻，唐山地区环保形势更甚，各项检查、限产、停产管控愈发严格，当地政府明确提出了限期停用拆除燃煤锅炉、清洁能源改造和替代的要求，公司环保社会责任艰巨，要实现重点区域的“无煤化”，因此清洁、低排热源改造势在必行。
（三）中车唐山机车车辆有限公司热源改造方案调研分析
在热源改造方面，中车唐山机车车辆有限公司做了系统全面的供热（汽）系统的调研分析。一方面做锅炉改造采用清洁能源：如进行锅炉改造可供考虑的清洁燃料有生物质、天然气和地热能、分布式能源等，但按照年40万吨蒸汽需求量，生物质用量巨大货源不可靠，也存在排烟除尘脱硝等环保问题；目前地源热泵已禁止使用，干热岩技术处于研发阶段，技术不成熟；天然气燃料同样存在用量巨大货源不可靠和脱硝等环保的问题，并且运行安全隐患较大；分布式能源改造工程量大、周期较长，并且无法承担全部蒸汽用量需求，综上锅炉改造、地热能和分布式能源投建经济性、可行性及可靠性较低。另一方面，做了市政热力供应线路和能力调研，当地热电厂有富余蒸汽供应能力400 t/h（参数指标大于公司蒸汽指标），已与多家企业签订了蒸汽供应意向协议并立项敷设中车唐山机车车辆有限公司所在沿途供汽管路，得到了当地政府的大力支持，设计供应过热蒸汽压力能够满足公司使用需求，综合考量外供蒸汽引入优势较大。
（四）外供蒸汽试运行使用
在设备维修、原材料投入、人工成本等方面考虑，外供蒸汽厂内设备设施相对简单，维修量和配件使用量较小，没有原材料投入，人工成本与燃煤锅炉相比大幅缩减，经济性和安全可靠性较高。
为尽快完成限期“无煤化”任务，中车唐山机车车辆有限公司2018年5-8月开始采用临时减温减压站试运行外供蒸汽系统，包括计量站（一级减压）、减温减压站（二级减压），经试运及调整，2018年9月开始持续使用外供蒸汽进行厂内供汽。
二、外供蒸汽投运半年余的综合评价
（一）环保污染零排放
引入外供蒸汽后，除不再采购、存储大宗燃煤外，同样不再产生烟尘、二氧化硫、氮氧化物等一系列大气污染物，公司生产生活用汽真正做到使用清洁能源。同时脱硫、脱硝过程使用的工业碱、生石灰、尿素等原材料不再使用，更加避免了为了控制环保排放可能造成的二次环境污染，可以说外供蒸汽从企业角度讲可以做到环保污染零排放，从社会角度讲，使用热电厂汽源，不仅利于能源充分利用，对环保整体管控更加有益。
（二）供应能力可靠性
实际运行研究设定经公司计量控制站减压装置减至0.6-0.8MPa，送至减温减压设施，再经减温减压至0.4MPa的饱和蒸汽以后，送至原蒸汽分配缸，再分送至各用汽点。
非采暖期公司生产用汽流量在10-40吨/小时，用量较小，为保证安全，试运期间整体输送压力调小，热电厂供应蒸汽出口压力在1.5Mpa左右，260℃，流量大致在10-40吨/小时，到公司后蒸汽压力在0.9-1.1MPa，180-200℃，沿途压降约0.6MPa，温降约70℃，都在正常的设计范围内，至少一台机组长期在网运行，从运行角度就不会出现汽源停供问题，外供蒸汽能够满足生产用汽需求；进入采暖期生产用汽量明显增加，加上采暖用汽，平均用汽流量可达100吨/小时，热电厂在不限产的情况下供应能力能够满足需要，但在限产、企业或居民用汽负荷较大时，汽源供应稳定性略差，汽压变化较大，对公司内部用汽稳定性造成一定影响，公司需保低温运行。
（三）传输设备稳定性
管网管路所有阀门、疏水装置均采用两道阀门控制，焊口100%探伤，大部分故障隐患都可通过定期的检查、检修等进行排除和处理，突发故障的机率很低。中车唐山机车车辆有限公司外供蒸汽试运行期间出现两次外部供应中断，原因是电网调负荷导致热电厂停炉和设备试运故障，运行过程中公司使用的蒸汽参数会远传至热电厂控制中心，根据我公司使用情况，对供应蒸汽参数进行调节，在供应能力达标的情况下设备传输稳定性较好；内部停供两次主要是因为设备配件故障需维修更换处理，均为计划内停供，维修及时。
目前厂内运行中，对蒸汽传输压力稳定性造成影响的主要是外部管网入户计量站内减压装置。系统运行初期，減压设备选型上缺乏经验，选择的是手动减压阀门，由于该减压阀与临时蒸汽分配中心之间管线较长，进行压力设定时不太灵敏，且后期要调整设定压力时，操作不便，限压稳定效果还需进一步提高。
（四）运行操作安全性
从安全和消防角度，外供蒸汽引入后停用燃煤锅炉并逐步拆除，无燃煤、燃油等易燃物，无锅炉正压喷火风险，运行消防安全风险极大降低；操作燃爆、灼伤、坠物、高空跌落等安全危险源不存在或降低，同时新系统增加管道压力为1.0Mpa，和公司原有管道系统（0.6Mpa，）同属工业管道低压级别（小于等于1.0Mpa），没有增加压力密闭容器和管道运行风险，运行安全系数增加。
新增计量和减温减压设备配件种类较少，降低了管理幅度，虽然停送汽和供汽调节依然需要规范高效衔接，但单就运行操作过程来讲，复杂系数大大降低。总体分析，外供蒸汽内部转换供应过程的运行操作安全性显著提高。
（五）外供蒸汽受制性
实施外供蒸汽供应形式后，由于汽源单一完全依靠热电厂供应，公司生产、生活用汽完全受制于热电厂供应能力和管网运行状态，一旦热电厂限产、与居民生活供应矛盾或设备故障，公司生产高峰期和采暖期用汽量大没有补充措施，会对生产生活造成一定的影响。
三、外供蒸汽优化方案建议
（一）新建正式系统集控式蒸汽分配中心
考虑中车唐山机车车辆有限公司能源中心分配优势、管网中心位置功能、终端设备用汽要求及原系统供应方式的基础上，重点调整计量站、临时减温减压站、凝结水系统、软水系统独立运行模式，就近选址兴建正式系统集控式蒸汽分配中心，除入户计量站技改实现远程控制外，减温减压、凝结水和软水系统集中规划到蒸汽分配中心内，设立集控模块，主要功能是对外供蒸汽的处理及分送、凝结水的总回收和输送、软水系统处理使用、计量站远程控制及中心控制功能，系统集控式蒸汽系统方案示意图见图1。
重点要强化中控室建设，增加PLC控制柜、工控机、各种传感和变送器、远程接收和发送设备等，实现对蒸汽供应设备主要参数的收集、设定及关键设备的启停、运行状态显示等（包括两处计量控制站）。
（二）小批量多形式自备热源改造
结合前文分析的供应能力可靠性、传输设备稳定性及蒸汽供应受制性等情况，外供蒸汽一旦发生外部蒸汽停供，内外部没有其他汽源可以调节部分工序停产和采暖冻害问题，尤其在生产高峰期关键用汽工序停产造成的影响不可估量，因此建议小批量多形式进行热源改造，在公司入户双路电源的基础上，主要以电能为主更为可靠。在生产方面，涂装工序新增电烤设备、生产车间除尘机组改造电加热加湿模式等，以上小范围改造可以规避蒸汽停供带来的停产风险；在生活方面浴池改造太阳能加热、换热系统增加备用电辅热（确保管道循环温度不低于5℃），但换热站备用电辅热因改造费用贵，且利用率低建议不实施，结合唐山地区冬季温度情况，冻害维修成本低于换热系统电辅热改造。
（三）强化突发停供应急管理
面对采暖和生产双重供热压力，蒸汽稳定供应是基本保障，突发应急更是重中之重，采暖期外供汽明显不稳定，生产和部分采暖供应频繁调整，压力波动较大，如外供汽突发停供故障，非常必要结合风险点制定《外供蒸汽停供内部应急方案》，并细化分解《生产与采暖供應现场应急操作方法》，从公司整体协调各方资源，减小突发故障或安全风险对生产和采暖用汽供应的影响。
