供熱蒸汽管道溫降的影響因素淺析

摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱已成為公認的節(jié)能減排技術。文章分析了影響供熱蒸汽管道溫降的主要因素，對蒸汽溫降過大而導致用戶端溫度過低的問題提出了解決方法。

關鍵詞：蒸汽管道；溫降；影響因素

中圖分類號：TU833 文獻標識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0163—02

為了滿足周邊企業(yè)不斷增長的熱需求，廣州南沙某熱電廠新建了2×DN600的供熱管道，主管長約5 km。蒸汽正常初始參數(shù)為1.3 MPa，310℃。4月份投運后，業(yè)主向設計單位反映，蒸汽溫降過大，輸送到用戶時，已經(jīng)為濕飽和狀態(tài)，不能滿足用戶需求。

電廠供汽參數(shù)約為1.3 MPa，310℃，流量20～30 t/h，用戶暫只有1家，輸送距離約3 km，其余熱用戶還未接通。管道采用低架空敷設，個別段采用地埋管道。保溫采用硅酸鹽材料，管道原設計保溫層厚度為150 mm，后來施工時，業(yè)主將保溫厚度加到200 mm，保溫層結構外表面溫度下降大約5℃。為了檢查保溫材料安裝情況，業(yè)主沿途撕開了幾處保溫結構，發(fā)現(xiàn)保溫厚度基本達到要求，鍍鋅鐵皮外表面溫度大約40℃。

1 計算過程分析

管道保溫結構外表面散熱是引起管道內(nèi)蒸汽溫度下降的原因，單位質量蒸汽的散熱量直接決定了蒸汽的溫降量，而在流量一定的情況下，初始溫度又是決定終點溫度的關鍵因素。

計算分析過程如下：首先計算保溫結構外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，保溫結構外表面的傳熱系數(shù)為保護層輻射傳熱系數(shù)與對流傳熱系數(shù)之和。

式中：a為保溫結構外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2·K；ac為輻射傳熱系數(shù)，W/m2·K；an為對流傳熱系數(shù)，W/m2·K；w為室外風速，廣州年平均風速度2.2 m/s；南沙區(qū)可取2.4 m/s；D1為保溫層外徑，1 026 mm；ε為保護層材料黑度，鍍鋅鐵皮可取0.25；ts為保護層外表面溫度，40℃；ta為室外環(huán)境溫度，20℃。

計算出傳熱系數(shù)后，就可以計算出管道上的散熱量，根據(jù)蒸汽流量，可以計算出單位蒸汽的焓降，其計算關系如下：

式中：Q為管道保溫結構外表面散熱量，W；L為管道長度，3 000 m；△h為蒸汽焓降，kj/kg；q為蒸汽流量，kg/s。

蒸汽終點參數(shù)計算如下：

h1=h0—△h（6）

P1=P0—△P（7）

式中：h1為蒸汽終點焓值，kj/kg；h0為蒸汽初始焓值，kj/kg；P1為蒸汽終點壓力，MPa；P0為蒸汽初始壓力，MPa。

供熱蒸汽管道一般在設計流量下壓降大約

0.1 MPa/km，管道較長時可取低，本文中的計算流量低于設計流量，為了簡化分析，壓降取0.05 MPa/km。

2 影響因素分析

從計算過程可以看出，影響終點溫度的參數(shù)有保護層材料黑度、保溫層厚度、室外環(huán)境、管道長度、初始參數(shù)等。保護層材料黑度的影響比較明顯，即黑度越大，散熱量越大，終點溫度越低。

本文擬從蒸汽流量、保溫層厚度、初始溫度及室外風速等4個方面對此問題進行分析。

2.1 蒸汽流量對溫降的影響

計算分別取流量為20 t/h、40 t/h、60 t/h、80 t/h進行計算，得到圖1。從圖中可以看出，當蒸汽流量為20 t/h時，距離2.5～3 km段有近似水平線，這是因為此段出現(xiàn)飽和蒸汽。

2.2 保溫厚度對溫降的影響

為了分析對比下保溫效果，我們?nèi)?0 t/h時，保溫層加厚前后的溫降關系。計算過程同上，得到圖2。從圖中可以看出，保溫厚度增加后，用戶點蒸汽溫度有提升，但不大。這是因為保溫層厚度增加后，雖然保溫結構外表面溫度下降，但散熱面積增加。

2.3 初始溫度對溫降的影響

提高蒸汽溫度，其保溫結構外表面溫度也提高了，散熱量增加。那么，提高了初始溫度，其溫降情況怎樣呢。假設初始溫度提高到350℃，其余情況仍不變，取蒸汽流量為60 t/h，計算過程同上，得到圖3。從圖可以看出，溫降線大體平行，這意味著起點溫度對溫降影響很小。這是因為保溫層厚度足夠，散熱量的增加而導致的溫降的增大量，遠小于蒸汽溫度的增加量。

2.4 室外風速度對溫降的影響

環(huán)境溫度影響保溫結構散熱，夏季散熱量低，冬季散熱量大。但從保溫結構的外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式知，室外風速也是對散熱量有影響的。取蒸汽流量為60 t/h，室外風速度分別為1 m/s、1.7 m/s、2.4 m/s，計算過程不變，得到圖4。從圖中可以看出，隨著風速的增加，溫降也依次增大。

3 結 論

①蒸汽流量是影響溫降的主要因素。在設計熱網(wǎng)時，應充分調(diào)查分析近期、遠期熱負荷，分期建設熱網(wǎng)，以免熱初期熱負荷小而導致管道低流量運行，出現(xiàn)終端參數(shù)不能滿足用戶需求的情況。

②在蒸汽量不能提升的情況下，要滿足用戶的用汽要求，可以適當提高蒸汽初始溫度。

③保溫材料及保溫厚度，應根據(jù)當?shù)氐沫h(huán)境與輸送距離、用汽的溫度要求進行技術經(jīng)濟比較。保溫厚度過厚，可能導致建設成本增加，而經(jīng)濟效果微小。

參考文獻：

[1] DL/T5072，火力發(fā)電廠保溫油漆設計規(guī)程[S].

[2] CJJ34，城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范[S].

[3] DL/T776，火力發(fā)電廠保溫材料技術條件[S].