格鲁特·索尔医院是一家位于南非开普敦天文台的学术研究医院，拥有975张床位，为西开普省及其他地区的居民提供专科和非专科的医疗服务。医院占地面积为19公顷，包括位于诊疗楼层之间的工程服务楼层，楼高共计15层。医院内有3762名员工，全天候无间断提供医疗服务，其中只有73名工作人员隶属于工程部门。
格鲁特·索尔医院在创建全球绿色医院过程中，特别对锅炉节能进行了改造，其使用的蒸汽管网问题解决策略是全世界的工程师们所熟知的最简单的工程策略之一——“第一性原理”。
咱们先从该医院的锅炉房现状说起——
一、4台4t燃煤锅炉
医院的锅炉房由4台4t燃煤锅炉构成，1965年建设，取代了20世纪30年代后期安装在老医院地下室的原有蒸汽装置系统。在20世纪90年代中期，4台4吨锅炉被两台8吨燃煤锅炉所取代，其中1台4吨锅炉仍旧保留。安装3台锅炉的初衷是，1台锅炉为“使用中”，1台为“待机中”，另1台为“维护中”。这个系统在当时运行良好，直到2003年，系统变得越来越低效，问题突显。
二、引风机和烟灰分离器充满了漏洞
由于锅炉房烟房内的引风机和烟灰分离器充满了漏洞，致使锅炉里充满了烟灰和粉煤灰，结果导致蒸汽系统的缺陷以及大量泄漏。
蒸汽管网的过度泄漏以及冷凝回水系统的故障导致了锅炉的负荷直接增加。回流冷凝水量弥补不了蒸汽产量，需要补充越来越多的水到系统中，这就导致了锅炉水处理化学品的消耗增加，并且降低了锅炉中的水温，从而需要燃烧更多的煤以弥补较低的给水温度。
煤炭的持续高消耗导致煤炭储量减少，负责将煤炭从储煤仓输送到锅炉煤炭进料斗的煤炭输送机使用频繁，致使出现停机故障。由于煤炭输送系统设计为停止-启动模式，几乎不能连续运行，经常出现故障。
在输送机故障期间，需要人工传递替代输送机工作，以保证继续产生蒸汽。但是，由于人力有限，会导致数小时的蒸汽停止生产，其连锁反应就是医院运营的停滞，与蒸汽相关的用于生产生活热水、供暖系统、烹饪和消毒均不能有效运行，这意味着一旦蒸汽压力恢复，锅炉的负载就更高。
加重的锅炉蒸汽负荷等同于更多的煤炭消耗，进而产生更多的烟雾和烟尘，污染周围地区，产生可见和不可见的颗粒物质。
三、能耗问题
鉴于锅炉房和蒸汽管网的运行效率低下，需要彻底地检修和现代化改造。为了满足医院的“蒸汽需求”，锅炉房运行着两台8t锅炉，据统计，冬季每小时消耗煤炭6t，夏季每小时消耗煤炭4.5t。上述煤炭消耗被认为是过度的，鉴于蒸汽生产的工作记录表明，每次只需运行1个锅炉即可为医院提供所有的蒸汽需求。
1.“第一性原理”策略
可持续发展策略适用于解决格鲁特·索尔医院蒸汽过度使用和锅炉房效率低下的问题。格鲁特·索尔医院使用的蒸汽管网问题解决策略是全世界的工程师们所熟知的最简单的工程策略之一——“第一性原理”。
我们追溯到医院的初始记录，以便更深入地了解蒸汽管网的原始设计以及锅炉房的设计和考虑。在设计图纸研究结束后，再进行整个蒸汽管网的实际评估和走线。在对蒸汽管网进行实际评估时，发现并记录了故障疏水阀组、泄漏、多余的支路、冷凝水返回系统以及绝缘层老化现象。
2.列出故障清单
通过列出这些故障清单，将维修清单的各个方面进行了分类，并交给了医院工程机械部门，再将机械部门分成几个团队，将修理清单中的具体任务分配给每个团队，由各个团队完成，无形中形成一种竞争意识。团队之间的竞争确保了项目的正确、快速进行。
由于财力和人力资源受限，这里使用的是“第一性原理”的方法。“第一性原理”方法确保我们能够在内部完成许多维修工作，并且能够和专业的和技术熟练的技工人员一起维护系统。医院工程系统的所有权收回后，减少了故障频率，降低了整体成本，减少了煤炭、水、化学品等的使用，缩短了故障时间，减少了灰烬废物产生，以及因疾病导致的人员更替。
3.实施过程
该项目由格鲁特·索尔医院的工程主管发起，是2009年开始的许多“绿色环保”项目的重要里程。
项目的成功完全取决于医院机电部门的技术人员的专业技术力量。为了提高安装的整体效率，项目的持续高效性依赖于蒸汽管网升级和改造的工程团队的持续动力。
工作人员不需要任何技术培训，因为系统的所有改造都是基于最简单的工程原理。由于“第一性原理”方法的应用，只需在旧有系统上稍作修改，摒弃了所有复杂的管理和过时的系统，并简化为允许在蒸汽管线上重新安装原始的蒸汽系统，并改进蒸汽发生设备。
对蒸汽管网的改进包括：更新绝缘材料；更换有故障的蒸汽阀；修理法兰盘、阀门和设备上的蒸汽泄漏；拆除和清空所有冗余蒸汽管路；更换有故障的冷凝水疏水器组件；更新冷凝水管线绝缘材料；去除冷凝水老化部件；更换冷凝水回水槽；更换热水槽等。
对蒸汽发生设备的改进包括：全面检修所有锅炉的阀门和配件；更新锅炉绝缘材料；锅炉管道和烟道的喷砂；更换烟灰分离器和引风机；在加煤机和送风机上安装变速驱动器；使用最新的控制面板更换原始的锅炉控制器，但保留非可编程控制方法以便于维护；全面升级锅炉房电子网络，以消除冗余，并符合所有现行电气法规。
四、取得的成果
1.经济效益
自从启动了锅炉房和蒸汽管道基础设施的改造之后，从2009年到2015年，格鲁特·索尔医院的煤炭消耗降低了48%，系统效率从30%提高到了78%。
(图) 格鲁特·索尔医院2009年-2015年的煤炭消耗量
2.环境效益
由于现在保证医院有效运作所需要的蒸汽、所使用的煤炭量比之前要少得多，因此环境效益显著。现在不仅产生更少的碳排放量，而且由于蒸汽管网效率的提高，使用更少的水来产生蒸汽，因此减少了水处理化学用品的使用。
3.对人体健康的益处
可以通过锅炉房工作人员的体力负担的减少来衡量，同时降低了周围生活和工作的人群感染呼吸道疾病的概率。
4.其他
随之而来的是蒸汽泄漏的减少，耗水量、水处理的减少，维护费用的降低，尤其是停机次数的减少和锅炉房耗电量的降低更为突出。
五、挑战和教训
项目的成功表明了提出正确的问题的重要性，例如：“为什么我们使用这么多的煤炭，为什么耗费如此多的经费？”这个问题引发了全面的调研，发现了十多年来由于忽视维护，整体能源利用率仅仅达到30%左右，通过简单的维护和大量的清洁工作，可以达到更为理想的能源效率。
另外，工程负责人还就改进方法向工作人员征求意见和见解。这种相互作用激励了工程部门管理层的进步，进而影响到一般员工。该项目证明了要想实现“绿色环保项目”，首先要充分发挥和激励现场工作人员维护整个机构的工程系统和服务。
项目主要的挑战是资金的到位，该项目进展还算平稳顺利。内部开展许多子任务有助于降低成本，并且有利于参与人员拓展其技术技能，提高其业务水平，目前有7名工作人员具有全能技师的资格。
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