用于减温减压装置在热备用状态实现节能的装置及方法与流程

本发明属于工业或生活的集中或分散供热领域，具体涉及一种用于减温减压装置在热备用状态实现节能的装置及方法。

背景技术：

为了合理高效使用能源，所有热电联产的电厂（包括社会及化工等工矿企业的自备热电厂）都配置相对高参数的锅炉，产出的高温高压过热蒸汽进入对应配置的汽轮发电机组产出电能，在产出电能的过程中蒸汽的压力和温度随之降低，之后汽轮发电机组的排汽（指背压式汽轮机）或抽汽（指中间抽汽式汽轮机）（大部分情况还需要喷水降温后）再供给用户的用汽设备或生产工艺使用。为了保证用户端用汽不会因发电机组停运导致中断，必须配置与汽轮发电机组并联的100%流量的减温减压装置或减温减压器（如图6所示）以备发电机组停运时使用。又因为供给热用户的蒸汽一般用于工艺加热或驱动动力装置，突发的中断或大幅度波动都会给用户安全生产造成影响乃至造成重大经济损失。而汽轮发电机组又是一个复杂的系统，意外紧急停机状况不能完全避免。

为了保证因汽轮发电机组突然停机而瞬间中止对外供汽时，所配备的减温减压装置或减温减压器可以迅速投入运行，就要求减温减压装置或减温减压器必须处于热备用状态（就是始终保持一定流量的蒸汽通过减温减压系统）。

蒸汽系统作为过程工业能量系统重要组成部分，担负着为过程工业提供所需要的工艺蒸汽、热能和动力的使命。一个大型装置所建设配套的蒸汽系统既庞大又复杂，他们往往至少由高压过热蒸汽管网、中压过热蒸汽管网和低压过热蒸汽管网组成，这些管网之间毫无例外地需要使用减温减压装置（或减压减温器）根据蒸汽实际使用状况进行平衡和联络，为了实现系统的合理调度和快速响应，有一部分减温减压装置（或减压减温器）需要进行热备用。

所以关于减温减压装置或减温减压器的热备用，从理论的角度是需要的，实际上也经常是这样操作的。发表于《煤气与热力》杂志第38卷第2期（2018年2月）的论文《发电机组意外停机快速恢复供汽试验与优化》和发表于《冶金动力》杂志2015年第2期（总第180期）的论文《减压减温器（rtp）运行中漏量大的处理方案》都有提及减温减压装置或减温减压器的热备用。

通常情况下，减温减压装置（或减压减温器）的热备用，是将装置前后的辅助截止阀完全打开，由装置中的减压阀调节蒸汽流量。在热备用状态，人为设定减温减压装置（或减压减温器）的减压阀一个较小的开启量，允许一定流量的蒸汽通过，这部分蒸汽能够维持装置本体及相关蒸汽管道保持在一个相对较高的温度状态（与正常操作运行温度差值一般不大于100℃），同时减温水阀门开启在自控系统控制下调节减温水流量来维持该要求的温度值。也可以说减温减压装置（或减压减温器）的热备用，实际就是减温减压装置（或减压减温器）的低负荷运行。

这样首先，在减温减压装置（或减压减温器）的整个热态备用期间，实际上都有一定量的高参数蒸汽通过装置降低为低参数蒸汽，在热电厂这部分蒸汽相当于绕过了汽轮发电机组，而它本来可以通过汽轮发电机组输出更多的电能。

其次，需要进行热备用的减温减压装置（或减压减温器）设计流量相对都比较大，相应的减压阀口径也比较大，大口径阀门在低流量调节时调节误差会大一些，操作中从安全等因素考虑，会倾向于使阀门开度更大一些，导致热备期间蒸汽流量增大。

再次，一般减温减压装置（或减压减温器）的减温水调节都设计为主要满足全流量时的调节，在较低负荷运行时往往不能稳定运行，实际操作中为实现装置安全运行有效多数都是适当加大蒸汽流量。其结果就是有多于热备用实际需求量的蒸汽通过减温减压装置（或减压减温器），从而造成更多的能量损失。（关于减温减压装置（或减压减温器）的小负荷运行前述论文《减压减温器（rtp）运行中漏量大的处理方案》有详细提及）

现阶段普遍使用的减温减压装置（或减压减温器）在小流量工况运行时一直存在着一些缺陷。发表在《辽宁化工》1994年第五期上的《亚威蒸汽减温减压阀及其在石油化工中的应用》有比较详细的论述。

技术实现要素：

本发明为了解决上述现有技术中减温减压装置（或减压减温器）在热备用期间无法避免的高品位能量损失和小流量工况运行时存在运行缺陷的问题，提供了一种既可以维持装置的热备用状态，保证满足在紧急状况及时投入运行的要求，又能将蒸汽参数降低过程中的能量进行有效利用的用于减温减压装置在热备用状态实现节能的装置及方法。

本发明的技术方案：一种用于减温减压装置在热备用状态实现节能的装置，

在减温减压装置上前端增加设置一个辅助截止阀，并在该辅助截止阀上并联设置一蒸汽膨胀能量回收通道和一备用通道；

在热态备用期间，将减温减压装置自有的调节阀始终置于全开或某个预设开度位置，并且辅助截止阀和备用通道保持关闭，

减温减压装置进入热备状态运行时，辅助截止阀前的一次蒸汽因辅助截止阀关闭无法直接通向装置，而是通过与之并联的蒸汽膨胀能量回收通道，通过蒸汽膨胀能量回收通道膨胀为低参数蒸汽即二次蒸汽后，导入辅助截止阀后与减温减压装置连通的管道，经过减温减压装置之后排入管网；

蒸汽在蒸汽膨胀能量回收通道中由一次蒸汽膨胀到二次蒸汽的过程中将热能转变为机械能，可以用以驱动动力设备或驱动发电机发电；

在蒸汽膨胀能量回收通道故障或其他原因停运时打开备用通道，允许热备用蒸汽通过，维持设备热备用状态。

优选地，所述蒸汽膨胀能量回收通道由通道前隔离阀、控制及危急遮断阀、蒸汽膨胀装置、由蒸汽膨胀装置驱动的设备和通道后隔离阀构成；在正常运行状况下，通道前、后隔离阀和控制及危急遮断阀全部打开状态，热备用蒸汽通过蒸汽膨胀能量回收通道中的蒸汽膨胀装置转换输出机械能，驱动由蒸汽膨胀装置驱动的设备运转，实现可用能量的回收。

优选地，所述备用通道由通道前截止阀、节流孔板、通道减温器和通道后截止阀构成，在蒸汽膨胀能量回收通道故障或其他原因停运时，通过打开通道前截止阀、通道后截止阀和通道减温器进行开通，允许热备用蒸汽通过，维持设备热备用状态。

优选地，所述蒸汽膨胀装置为轴流式汽轮机、径向蒸汽透平膨胀机或者螺杆膨胀机，其蒸汽流量参数通过经验估算、精确计算或实验验证确定。

本发明的蒸汽膨胀装置还可以采用其它类似的蒸汽膨胀机械设备。

优选地，所述减温减压装置为装置减压器和装置减温器分开设置的分体式减温减压装置或者装置减压器和装置减温器一体设置的一体式减温减压装置。

一种用于减温减压装置在热备用状态实现节能的方法，投运热备用前，所有阀门处于关闭状态，投运时，首先打开装置前隔离阀和装置后隔离阀，然后打开通道前隔离阀和通道后隔离阀，之后开启蒸汽膨胀装置，亦即打开控制及危急遮断阀，系统即投入运行；当在蒸汽膨胀装置因故停运时，控制及危急遮断阀自动或强制关闭，由人工或智能联锁系统打开通道前、后截止阀和通道减温器，备用通道开启运行，然后关闭通道前、后隔离阀，实现对蒸汽膨胀能量回收通道的关闭，以便对其进行必要操作；在需要减温减压装置由热备用切换为运行状态时，打开辅助截止阀，操作装置减压阀和装置减温器投运，同时关闭通道前、后隔离阀和控制及危急遮断阀，或者关闭通道前、后截止阀和通道减温器，即可实现减温减压装置由热备用到运行的切换。

一种用于减温减压装置在热备用状态实现节能的装置，在减温减压装置上直接并联设置一蒸汽膨胀能量回收通道和一备用通道；

在热态备用期间，将减温减压装置自有的装置减压器以及并联的备用通道保持关闭，

减温减压装置进入热备状态运行时，一次蒸汽因装置减压器关闭无法直接通向装置，而是通过与之并联的蒸汽膨胀能量回收通道，通过蒸汽膨胀能量回收通道膨胀为低参数蒸汽即二次蒸汽后，导入减温减压装置连通的管道，经过减温减压装置之后排入管网；

蒸汽在蒸汽膨胀能量回收通道中由一次蒸汽膨胀到二次蒸汽的过程中将热能转变为机械能，可以用以驱动动力设备或驱动发电机发电；

在蒸汽膨胀能量回收通道故障或其他原因停运时打开备用通道，允许热备用蒸汽通过，维持设备热备用状态。

优选地，所述减温减压装置为减压器和减温器分开设置的分体式减温减压装置，所述蒸汽膨胀能量回收通道和一备用通道均并联再减压器上。

优选地，所述减温减压装置为减压器和减温器一体设置的一体式减温减压装置。

本发明的有益效果：1.可以将减温减压装置在热备用期间所使用蒸汽的可用能量进行回收利用，提高能源有效利用率，有利于企业实现节能减排；2.有利于设备的安全可靠运行：蒸汽通过膨胀装置在降低蒸汽压力的同时，其温度也随之降低，也实现了减温的效果。由于蒸汽膨胀设备都具有成熟的设计计算方法，可以根据个体减温减压装置的使用参数要求，通过针对性的设计制作，精确控制热备运行的蒸汽流量和排汽温度。与原有技术通过阀门减压的节流过程相比，不再需要开启减温水控制阀，从而避免减温水控制阀在低负荷的恶劣工况下长期运行，提高设备可靠性和有效寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1的流程示意图；

图2为本发明实施例2的流程示意图；

图3为本发明实施例3的流程示意图；

图4为本发明实施例4的流程示意图；

图5为本发明实施例5的流程示意图；

图6为本发明实施例6的流程示意图；

图7为本发明背景技术中现有减温减压装置的流程示意图；

图中1.装置前隔离阀；2.装置减压阀；3.装置减温器；4.装置后隔离阀；5.通道前截止阀；6.节流孔板；7.通道减温器；8.通道后截止阀；9.通道前隔离阀；10.控制及危急遮断阀；11.蒸汽膨胀装置；12.由蒸汽膨胀装置驱动的设备；13.通道后隔离阀；1a.辅助截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，减温减压装置为装置减压器和装置减温器分开设置的分体式减温减压装置，在其基础上增设若干构件后形成本发明所提出的装置和工艺流程，

本发明中各构成及功能介绍：增设的构件组成两个功能通道，其中通道前隔离阀9、控制及危急遮断阀10、蒸汽膨胀装置11、由蒸汽膨胀装置驱动的设备12和通道后隔离阀13构成蒸汽膨胀能量回收通道；在正常运行状况，前隔离阀9、通道后隔离阀13和控制及危急遮断阀10全部打开状态，热备用蒸汽通过该通道，在流经蒸汽膨胀装置11时，通过蒸汽膨胀装置11转换输出机械能，驱动由蒸汽膨胀装置驱动的设备12运转，实现可用能量的回收。而通道前截止阀5、节流孔板6、通道减温器7和通道后截止阀8构成备用通道，在蒸汽膨胀能量回收通道故障或其他原因停运时通过打开通道前截止阀5、通道后截止阀8和通道减温器7进行开通，允许热备用蒸汽通过，维持设备热备用状态；在正常运行工况通道前截止阀5、通道后截止阀8及通道减温器7处于关闭状态。

各功能通道与原技术流程的对接：在减温减压装置自带的装置减压器2和装置减温器3的蒸汽导入端（习惯称一次蒸汽端）增加设置一个辅助截止阀1a（动作方式：手动、电动、气动或者液动都可以。动作方式和响应速度要根据供热（供汽）特点及用户需求，如用户对蒸汽供应的品位及响应速度要求较高，就需要选用快速动作形式阀门。诸如阀门前后压差不大等条件许可的情况也可以使用系统原有隔离阀门1）。在该辅助截止阀1a前的管道上a点接出一路蒸汽管道（口径由计算所需的热备用蒸汽量确定），在b点处设置三通管分别通往备用通道和蒸汽膨胀能量回收通道，之后蒸汽管路在c点出合并，并由d点接入原蒸汽管道。

操作说明：投运热备用前，所有阀门处于关闭状态（除必要的疏水阀门，疏水阀按常规规程操作，这里不做赘述）。投运时，首先打开装置前隔离阀1和装置后隔离阀2，然后打开通道前隔离阀9和通道后隔离阀13，之后开启蒸汽膨胀装置11，亦即打开控制及危急遮断阀10（因为不同的设备对这个阀门的开启因被驱动设备等因素影响，而存在不同的方法和要求，也可能涉及暖管暖机过程，故具体操作按实际设备的要求进行），系统即投入运行。在蒸汽膨胀装置11因故停运时，控制及危急遮断阀10自动或强制关闭（通常由自动控制系统完成），由人工或智能联锁系统打开通道前截止阀5、通道后截止阀8和通道减温器7，备用通道随机开启运行，然后关闭通道前隔离阀9和通道后隔离阀13，实现对蒸汽膨胀能量回收通道的关闭，以便对其进行必要操作（如保养检修等）。在需要减温减压装置由热备用切换为运行状态时，打开辅助截止阀1a，操作减温减压装置的装置减压阀2和装置减温器3投运，同时关闭阀门通道前隔离阀9、控制及危急遮断阀10、通道后隔离阀13（如此时为备用通道运行，则为关闭通道前截止阀5、通道后截止阀8和通道减温器7），即可实现减温减压装置由热备用到运行的切换。

需要考虑的要点：1.蒸汽膨胀装置：根据减温减压装置需要的热备蒸汽量和二次蒸汽温度进行选型或针对性设计；2.减压器开度：如用户对蒸汽供应的品位及响应速度要求不高，在备用期可以将减温减压装置的减压阀开度设置为额定开度或100%开度；相反如果用户对蒸汽供应的品位及响应速度要求较高，则适宜将减压阀开度设置为额定供汽量时的额定开度，这样在需要紧急切换时，只需要快速打开辅助截止阀1a就可以实现快速响应了。节流孔板：根据热备用蒸汽量决定孔板孔径。

实施例2

如图2所示，减温减压装置为装置减压器和装置减温器分开设置的分体式减温减压装置，所增设的两个功能通道（蒸汽膨胀能量回收通道和备用通道），均与减温减压装置的装置减压器2相并联。在热备用状态时装置减压阀2处于关闭状态，正常工况时热备用蒸汽流经蒸汽膨胀能量回收通道（图中a-b-9-10-11-13-c-d）实现减温减压及能量回收，特殊情况时流经备用通道（图中a-b-5-6-7-8-c-d）保证装置持续热备用。

实施例3

如图3所示，减温减压装置为装置减压器和装置减温器一体设置的一体式减温减压装置，所增设的两个功能通道（蒸汽膨胀能量回收通道和备用通道），均与减温减压装置整体相并联。在热备用状态时减温减压装置整体处于关闭状态，正常工况时热备用蒸汽流经蒸汽膨胀能量回收通道（图中a-b-9-10-11-13-c-d）实现减温减压及能量回收，特殊情况时流经备用通道（图中a-b-5-6-7-8-c-d）保证装置持续热备用。

实施例4

如图4所示，减温减压装置为装置减压器和装置减温器一体设置的一体式减温减压装置，所增设的两个功能通道（蒸汽膨胀能量回收通道和备用通道），均与减温减压装置前设置的辅助截止阀1a相并联。在热备用状态时辅助截止阀1a关闭，而减温减压装置整体处于开启状态（但减温水不投入），正常工况时热备用蒸汽流经蒸汽膨胀能量回收通道（图中a-b-9-10-11-13-c-d）实现减温减压及能量回收，特殊情况时流经备用通道（图中a-b-5-6-7-8-c-d）保证装置持续热备用。

实施例5

对于所有实施例（1-4），备用通道的节流孔板6和通道减温器7组合，可以使用整体式或分体式减温减压装置替代实施。

实施例6

对于所有实施例（1-4），备用通道与蒸汽膨胀能量回收通道通过三通阀门8连接，在需要正常热备工况向特殊工况切换时，三通阀8通过内部切换，切断能量回收通道，同时开启备用通道。备用通道的构件组成可以使用前述各实施例的方法，蒸汽流量也可以直接由三通阀的口径限定。