提高蒸汽管網效率,降低管損的技術要點和實施方案一

1、提高蒸汽管網效率，降低管損，節(jié)約能源杭州瓦特節(jié)能工程有限公司技術服務中心蒸汽技術工程師李少鵬鍋爐產生的蒸汽必須通過管網輸送到使用熱量的用汽點。通常從鍋爐有一根或多根蒸汽主管向用汽車間方向輸送蒸汽，然后通過小口徑的分支管道將蒸汽送給各個用汽設備。蒸汽源到使用點的蒸汽輸送過程。蒸汽源可以是鍋爐房或者熱電聯產的供給。鍋爐可以是燃煤、油和天然氣的鍋爐，也可以是余熱鍋爐一使用高溫過程產生的廢氣。無論汽源如何，為了在用汽點得到高品質的蒸汽一正確的蒸汽量和壓力，高效的蒸汽分配系統(tǒng)是關鍵所在。當鍋爐的冠狀閥打開（緩慢打開），蒸汽立即從鍋爐進入蒸汽主管。在初始狀態(tài)，蒸汽管道是冷態(tài)的,因此熱量從蒸汽傳遞給管道。管

2、道周圍的空氣更冷,管道會傳熱給空氣。除了蒸汽加熱管道引起的蒸汽冷凝（稱為“起動負載”）以外，管道傳遞給空氣的熱量使蒸汽冷凝更快（稱為“運行負載”）。這樣形成的冷凝水積累在管道底部，被蒸汽攜帶和重力的作用（通常蒸汽主管沿蒸汽流動方向有一向下的梯度）沿蒸汽流動方向流動。當用汽設備的閥門打開，蒸汽從分配系統(tǒng)進入用汽設備并接觸冷態(tài)的加熱面，蒸汽釋放出蒸汽燃加熱設備（起動負載），并連續(xù)不斷傳遞熱量給工藝制程，然后冷凝成水?，F在有一連續(xù)的蒸汽流來自鍋爐以滿足所連接設備的負載要求，為了維持該蒸汽供給，鍋爐必須產生更多的蒸汽。為此，更多的燃料加入鍋爐，更多的水泵入鍋爐以補充水蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽產生、輸送、使用、

3、冷凝水回收的一個典型循環(huán)選擇工作壓力蒸汽分配系統(tǒng)是汽源和用汽設備之間的重要連接。蒸汽分配系統(tǒng)必須在最小散熱損失和最小費用的情況下，提供正確的流率和正確的壓力。用中的最動阻揄送必須使曲力系我們必須時刻記住，在工藝制用的是干飽和蒸汽（并非過熱蒸輸送蒸汽的壓力取決于用汽點壓力。但我們必須記住，由于蒸和散熱損失引起的蒸汽冷凝，使統(tǒng)后壓力有所下降。因此在決定和備管汽送程1)0設汽蒸輸加所道在壓熱需的通力應要流過時考慮一定的余量?？傊?，在選擇工作壓力時，我們必須考慮以下幾占八、 用汽設備需要的壓力 沿管道的流動阻力引起的壓力降（摩擦） 管道的熱損失我們知道，高壓下蒸汽比容較小，因此在高于使用壓力的壓力下輸

4、送蒸汽時，輸送同樣的蒸汽量需要的管道口徑比較小。高壓榆送蒸汽高壓輸送蒸汽，則需要在各用汽點進行減壓，以滿足實際應用過程的壓力需要。瓦特節(jié)能認為高壓輸送蒸汽具有以下優(yōu)點：1 .更小的蒸汽管道。管道表面積小，散熱損失少。2 .蒸汽管道的費用減少，包括管道材料、法蘭、支撐件和勞力。3 .管道的絕熱費用減少。4 .通過減壓在使用點可以獲得更加干燥的蒸汽。5.鍋爐在高壓下運行時更接近其最佳運行狀況，因此效率更高。鍋爐在高壓下運行時的蓄熱能力大，有助于處理系統(tǒng)負載的波動，減少汽水共沛和攜帶的可能性。管道口徑選型目前普遍存在的問題是根據所連接的設備接口管徑來選擇輸送蒸汽的管道。而輸送的壓力以及輸送的蒸汽質量

5、等關鍵因素往往被忽略。瓦特節(jié)能認為如果管道選型過大，則： 管道費用增加 形成的冷凝水增多 冷凝水增加，引起蒸汽品質下降、傳熱效率降低 更多的熱損失例如，使用50mm的蒸汽管道能輸送足夠的蒸汽，如使用80mm的管道，則費用會增加44%o80mm絕熱管的熱損失比50mm絕熱管的損失多21%。80mm非絕熱管的熱損失比50mm非絕熱管的熱損失多50%o瓦特節(jié)能經驗表明如管道選型偏小，則：.高的蒸汽流速產生高的蒸汽壓力降，到達用汽點時壓力不足 用汽點沒有足夠的蒸汽量 蒸汽流速加快，容易產生沖蝕和水錘管道的口徑選擇可以使用以下兩種方法中的任種。：流速法壓降法無論使用何種方法進行選型，應該用另一種方法進行

6、校核以確定不超出限制。流速選型是基于管道的流通體積等于管道的板面積和流速的乘積（記住比容隨壓力變化而變化）。如果知道了蒸汽的質量流率和壓力，我們可以很容易計算出管道的體積流量（m/s）o如果我們確定一個可以接受的流速（m/s）,知道了所揄送的蒸汽體積，則可以計算所需的流通截面積（管徑）。特定流速下的管道流量隨以下因素的增加而增加：流速（原因如前頁所述）壓力。壓力增加，比容減小蒸汽管道流量圖表是根據蒸汽流速選擇管道的可靠方法。25-40m/s之間的流速適用于短的分支管道，而較低的流速，如15m/s左右可用于主蒸汽管。管道厚度和標準管徑通常使用的管道厚度是基于美國石油研究所（API）的管道表號，實

7、際的厚度參考表號確定。這些表號根據管道的壓力等級分為11個系列。從最低的NO.5至10,20,30,40,60,80,100,120,140和NO.160。對公稱口徑小于150mm（6英寸）的管道，管道系列號40是管道重量最輕的表號。只有40和80號覆蓋了從15mm（1/2英寸）一600mm的所有公稱口徑。最常用的蒸汽管道表號是40,次之是管表號80。管道表號表在BS1560和BS1600中可以查詢。管壁厚可以根據以下公式計算：壓設外應部部道計內內管設)=其tpDSPD20S+p力設計厚度(mm)計壓力bai;(105N/mm2)徑(mm)力N/mmfMN/m2)管電2/營、，干，q07段計Y

8、1?Barm/s152025324050658010012515015.820©326.6435.0440.952562.777M102261282154.05Itg254358051362103625608220.42514254171971SB2273509039481369402340661131542543635619G515172101產10182951691141632514336819830.725173049851151902714197221135163840284878136185304434671115518152621151221345981133189292

9、503791114212520355799134221315487839131019044032509115821535450577013422110304615183150861181d4277427735115622520518314419632340171212201027278240478213323031451773711301061308344611523O65113154254382550962151221833253887109188256423603031160325203639406110717430141067696414©0256540325822415252

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12、639385686102510017528349066811011570242541766563a4774C16028045378510091761251238806682105021510415901412283945378961263195133605281762514251342353800578061470210532515600880112708比2143756081052143323823368520280601408220333特定流速下的管道流量要道中結力支最常用的材料為低碳鋼（等級620）,根據特殊需可以使用其它的等級。由上述公式，為了計算管厚度，需要知道材料的設計應力，這可

13、以在BS806找到（安裝和連接至鍋爐的鐵素體管道的設計和構）。應力隨溫度的變化很大，因此在選擇設計應時溫度是一個重要的變量。應力在管道的兩個撐點之間也會積聚。如果安裝良好，則該應力可以忽略，但考慮安全性和計算誤差，選擇較小的設計應力更好。管道也應該足夠的厚以承受沖擊和其它的用途如作為提升泵/設備等的連接點。另一個經常用于管道厚度的術語是藍色和紅色帶。詳細參見BS1378（鋼管和其它用于BS21管螺紋標準的管材），應用特殊的管道等級，紅色帶表示重級，藍色帶表示中級。對于蒸汽管道應用紅色帶是最常見的，而藍色帶通常用于空氣分配管道。短于4m的管道只有一個顏色帶標記，在4m-7m長之間的管道在兩端附近

14、都有一顏色標記。標記帶大約50mm寬。紅色標記帶一里級4m以下的管道藍色標記帶-中級4m-7m之間的管道帶標記的管道管道流量和壓力降我們需要考慮蒸汽管道內的壓力降。使用12頁上的管道口徑選型圖可以殍到更詳細和全面的信息。下面，我們將討論兩個實例，一個理論性較強，另一個更實際些，通過這兩個實例我們可以對管道口徑選擇有較好的理解。舉例如果初始壓力為7bare壓力因子（PJ可以從管道選型圖的壓力因子表查得為56.38,并且如果最終壓力為6.4bar,壓力因子（P2）為48.48。L管道壓力降=F(PressureFactor)假定管道長度（包括彎頭和接頭）為263米，財:Pi=f=5吧8二48.48

15、=。成263使用管0.030一欄，919.4kg(x)的道流量和壓力降因子，我們找到左邊從左往右讀取數值，65mm的管道能揄送蒸汽，此時速度因子(y)為80.64m/So速度因子(y)是基于蒸汽的比容為1m'/kg,因此可以方便地轉化成其它比容狀態(tài)下實際的蒸汽流速:TrueVelocityx1ActualVolume因此如果速度因子(y)=80.64m/s,蒸汽壓力為7bar,比容為0.240m3/kg(參考蒸汽表)，我們可以得到實際的速度為：TrueVelocity=80.64x0.24TrueVelocity=19.35m/sF管道口徑(mm)1520253240506580100

16、1251501752002252503000.0209.830.63.111841761226490799120171235313505X16754.7910.12697431463388408Y20.29.36.39.141566.75.49107122135147160172193515507626.48.370104.5.3.6.3.0.0.30.02510.33.70.122045831329542881132193263347565X9948737.39.89.74.66770279632575081y23.32.40.43.51.65.73.83.10119135150166179

17、19121708029739032720.03012.36.77.132350911436588979144209285379625X00280198024428117956722y25.36.43.47.56.70.80.90.11129150164180195207239107639662管道流量和壓力降因子(部分)壓力Barg比容m3/ke壓力因子6.00.27243.546.10.26944.766.20.26545.986.30.26147.236.40.25848.486.50.25549.766.60.25251.056.70.24952366.80.24653.686.90.2

18、4355.027.00.24056.387.10.23757.757.20.23559.137.30.23260.547.40.22961.967.50.22763397.60.22464.847.70.22266.317.80.21967.797.90.21769.298.021570.80壓力因子表舉例讓我們進行一個實際的應用，利用壓力降計算下圖中的主蒸汽管道口徑。從鍋爐至加熱組的長度已知，但我們必須考慮連接件的摩擦阻力，通常稱為等效管長度，例如將一個球形閥等效于多少米長的直管道。如果已知管道的尺寸，則可以計算連接件等效的阻力。但實際上管道口徑不知道，則必須給連接件一個系數。簡而言之，10

19、0m長的直管道，可以考慮10%的連接件等效長度。同樣是直管道，如果長度較短，則可以考慮更多的連接件等效長度，例如20%。在本實例中，屬于第一類，長195m,增加10%(19m)的等效長度，則總長度為=214mo蒸汽流率我們必須考慮一定的余量，即由于蒸汽主管的輻射散熱引起的損失。加熱組的蒸汽用量為270kg/h,主管必須輸送這些質量，同時加上管道輻射損失引起的蒸汽冷凝量。因為蒸汽管道的口徑尚未確定，因此無法精確計算,如果管道絕熱，則假定每30m有1%的輻射損失。在本例中：214m30mx1%7.1%則鍋爐的蒸汽流率=270+7.1%=289kg/h根據壓力因子圖，7bar時Pi=56.386.6bar時P2=51.05并且等效長度L=214m因此：uP1-P256.38-51.05cc”r=U.UzbL214根據管道流量和壓力降因子表，壓力降因子F為0.025時：40mm口徑的管道容量為209.8kg/h50mm口徑的管道容量為459.7kg/h因此管道必須選擇50mm。選擇蒸汽主管時，如果剛好能滿足額定的容量要求，則不是好的選擇，應該留用一定的余量，以補償設計誤差和以后設備擴容的需要。如果計算的F值為表中的中間值，雖然沒有完全的線性關系，但通過插值計算具有一定的精度。表中顯示的數據