提高蒸汽管網(wǎng)效率,降低管損的技術(shù)要點(diǎn)和實(shí)施方案

提高蒸汽管網(wǎng)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(shù)服務(wù)中心

蒸汽技術(shù)工程師李少鵬鍋爐產(chǎn)生的蒸汽必須通過管網(wǎng)輸送到使用熱量的用汽點(diǎn)。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(shè)備。蒸汽源到使用點(diǎn)的蒸汽輸送過程。蒸汽源可以是鍋爐房或者熱電聯(lián)產(chǎn)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－使用高溫過程產(chǎn)生的廢氣。無論汽源如何，為了在用汽點(diǎn)得到高品質(zhì)的蒸汽－正確的蒸汽量和壓力，高效的蒸汽分配系統(tǒng)是關(guān)鍵所在。當(dāng)鍋爐的冠狀閥打開（緩慢打開），蒸汽立即從鍋爐進(jìn)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(fù)載”）以外，管道傳遞給空氣的熱量使蒸汽冷凝更快（稱為“運(yùn)行負(fù)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(dāng)用汽設(shè)備的閥門打開，蒸汽從分配系統(tǒng)進(jìn)入用汽設(shè)備并接觸冷態(tài)的加熱面，蒸汽釋放出蒸汽焓加熱設(shè)備（起動負(fù)載），并連續(xù)不斷傳遞熱量給工藝制程，然后冷凝成水。現(xiàn)在有一連續(xù)的蒸汽流來自鍋爐以滿足所連接設(shè)備的負(fù)載要求，為了維持該蒸汽供給，鍋爐必須產(chǎn)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(bǔ)充水蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽產(chǎn)生、輸送、使用、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(shè)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(fèi)用的情況下，提供正確的流率和正確的壓力。我們必須時刻記住，在工藝制程和加熱應(yīng)用中使用的是干飽和蒸汽（并非過熱蒸汽）。輸送蒸汽的壓力取決于用汽點(diǎn)設(shè)備所需要的最高壓力。但我們必須記住，由于蒸汽管道的流動阻力和散熱損失引起的蒸汽冷凝，使蒸汽在通過輸送系統(tǒng)后壓力有所下降。因此在決定輸送壓力時必須考慮一定的余量。總之，在選擇工作壓力時，我們必須考慮以下幾點(diǎn)：€用汽設(shè)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送蒸汽時，輸送同樣的蒸汽量需要的管道口徑比較小。高壓輸送蒸汽高壓輸送蒸汽，則需要在各用汽點(diǎn)進(jìn)行減壓，以滿足實(shí)際應(yīng)用過程的壓力需要。瓦特節(jié)能認(rèn)為高壓輸送蒸汽具有以下優(yōu)點(diǎn)：更小的蒸汽管道。管道表面積小，散熱損失少。蒸汽管道的費(fèi)用減少，包括管道材料、法蘭、支撐件和勞力。管道的絕熱費(fèi)用減少。通過減壓在使用點(diǎn)可以獲得更加干燥的蒸汽。鍋爐在高壓下運(yùn)行時更接近其最佳運(yùn)行狀況，因此效率更高。鍋爐在高壓下運(yùn)行時的蓄熱能力大，有助于處理系統(tǒng)負(fù)載的波動，減少汽水共沸和攜帶的可能性。管道口徑選型目前普遍存在的問題是根據(jù)所連接的設(shè)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(zhì)量等關(guān)鍵因素往往被忽略。瓦特節(jié)能認(rèn)為如果管道選型過大，則：€管道費(fèi)用增加€形成的冷凝水增多€冷凝水增加，引起蒸汽品質(zhì)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(fèi)用會增加44%。80mm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％。瓦特節(jié)能經(jīng)驗(yàn)表明如管道選型偏小，則：€高的蒸汽流速產(chǎn)生高的蒸汽壓力降，到達(dá)用汽點(diǎn)時壓力不足€用汽點(diǎn)沒有足夠的蒸汽量€蒸汽流速加快，容易產(chǎn)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一種。:€流速法€壓降法無論使用何種方法進(jìn)行選型，應(yīng)該用另一種方法進(jìn)行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截面積和流速的乘積（記住比容隨壓力變化而變化）。如果知道了蒸汽的質(zhì)量流率和壓力，我們可以很容易計(jì)算出管道的體積流量（m3/s）。如果我們確定一個可以接受的流速（m/s）,知道了所輸送的蒸汽體積，則可以計(jì)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際的厚度參考表號確定。這些表號根據(jù)管道的壓力等級分為11個系列。從最低的N0.5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(jù)以下公式計(jì)算：其中：t = 內(nèi)部壓力設(shè)計(jì)厚度(mm)p = 內(nèi)部設(shè)計(jì)壓力bar,(105N/mm2)D = 管道外徑(mm)S = 設(shè)計(jì)應(yīng)力N/mm2,(MN/m2)壓力流速管道公稱口徑/管道表號/IC的設(shè)計(jì)內(nèi)徑Barm/s1520253240506500100125150150209326643504409627779210226120C1540510.0JOt-”o\jt—.ittrux-.x-u'J5J1Ot'.UO15915254350951362103625690220.4251425417197159227350603940136940234066113154254561965151721911510102951691141632514336019030.725173049051151902714197221135163040co40~7O136105304671115510152621lw1vjOrwO11WrwlJ15122134590113310929250379111421252035579913422131540703913191904403256911502155057791342211030461I1510315006110194277427735115616692252951031441963234617121226192727024047on■<cc23031451711391961cccc4451??152340651131542543625599621512210332530671091002564236039311603252036394061107174301410676964149040325022\5U1jj152050001391903134466091106106426914254703134232316521743114019763106440540754CC215371506ccc110910363162497071761534599616522537152901714002213319552556901592763756190021362234736005325409015744160199014112100375559010521\jiooUU1I15396011119126143061394716312563370062565114104319435716102215702710427161674010410229551169611461635434060349067Uv/U15447712521729640769510731040290441947257412920936249301211501700300040416909401182065797CC129910532061492077451110315490614024233054477511902063324246018250214423340455090612921996343054037002156010517029440166094214552506393056061025100175203490660110115702425417665639477AC4onnon/ICO7QE；4CQC■inooonooonHCHO/fruUv/1/O1OOOU15001412203945370061263195133605201762514251342353006570961476210532515600000112700 40——12^——137516031105211433123621CORO520210960114002120333特定流速下的管道流量最常用的材料為低碳鋼(等級620)，根據(jù)特殊需要可以使用其它的等級。由上述公式，為了計(jì)算管道厚度，需要知道材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力，這可以在BS806中找到(安裝和連接至鍋爐的鐵素體管道的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu))。應(yīng)力隨溫度的變化很大，因此在選擇設(shè)計(jì)應(yīng)力時溫度是一個重要的變量。應(yīng)力在管道的兩個支撐點(diǎn)之間也會積聚。如果安裝良好，則該應(yīng)力可以忽略，但考慮安全性和計(jì)算誤差，選擇較小的設(shè)計(jì)應(yīng)力更好。管道也應(yīng)該足夠的厚以承受沖擊和其它的用途如作為提升泵/設(shè)備等的連接點(diǎn)。另一個經(jīng)常用于管道厚度的術(shù)語是藍(lán)色和紅色帶。詳細(xì)參見BS1378(鋼管和其它用于BS21管螺紋標(biāo)準(zhǔn)的管材)，應(yīng)用特殊的管道等級，

紅色帶表示重級，藍(lán)色帶表示中級。對于蒸汽管道應(yīng)用紅色帶是最常見的，而藍(lán)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(biāo)記，在4m-7m長之間的管道在兩端附近都有一顏色標(biāo)記。標(biāo)記帶大約50mm寬。帶標(biāo)記的管道管道流量和壓力降我們需要考慮蒸汽管道內(nèi)的壓力降。使用12頁上的管道口徑選型圖可以得到更詳細(xì)和全面的信息。下面，我們將討論兩個實(shí)例，一個理論性較強(qiáng)，另一個更實(shí)際些，通過這兩個實(shí)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7bar。壓力因子(P])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，壓力因子巴)為48.48。管道壓力降假定管道長度(包括彎頭和接頭)為263米，則：使用管道流量和壓力降因子，我們找到左邊0.030一欄，從左往右讀取數(shù)值，65mm的管道能輸送919.4kg(x)的蒸汽，此時速度因子(y)為80.64m/s。速度因子(y)是基于蒸汽的比容為1m3/kg，因此可以方便地轉(zhuǎn)化成其它比容狀態(tài)下實(shí)際的蒸汽流速：

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(shí)際的速度為：F管道口徑（mm）15202532405065801001251501752002252503000.0209.830.63.111841761226490799120171235313505x16754.7910.12697431463388408Y20.29.36.39.141566.75.49107122135147160172193515507626.48.370104.5.3.6.3.0.0.30.02510.33.70.122045831329542881132193263347565x9948737.39.89.74.66770279632575081y23.32.40.43.51.65.73.83.1011913515016617919121708029739032720.03012.36.77.132350911436588979144209285379625x00280198024428117956722y25.36.43.47.56.70.80.90.11129150164180195207239107639662管道流量和壓力降因子（部分）壓力Barg比容m3/kg壓力因子6.00.2743.5246.10.2644.7966.20.2645.9586.30.2647.2136.40.2548.4886.50.2549.7566.60.2551.0256.70.2452.3966.80.2453.6686.90.2455.07.00.2456.37.10.2357.77.20.2359.17.30.2360.57.40.2261.97.50.2263.37.60.2264.87.70.2266.37.80.2167.77.90.2169.28.021570.8壓力因子表舉例讓我們進(jìn)行一個實(shí)際的應(yīng)用，利用壓力降計(jì)算下圖中的主蒸汽管道口徑。長度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(jì)算連接件等效的阻力。但實(shí)際上管道口徑不知道，則必須給連接件一個系數(shù)。簡而言之，100m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(shí)例中，屬于第一類，長195m,增加10%(19m)的等效長度，則總長度為=214m。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(zhì)量，同時加上管道輻射損失引起的蒸汽冷凝量。因?yàn)檎羝艿赖目趶缴形创_定，因此無法精確計(jì)算，如果管道絕熱，則假定每30m有1%的輻射損失。在本例中：則鍋爐的蒸汽流率=270+7.1%=289kg/h根據(jù)壓力因子圖，7bar時匕 =56-386.6bar時P2 =51.05并且等效長度L=214m因此：根據(jù)管道流量和壓力降因子表，壓力降因子為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