長距離蒸汽輸送設計及技術經濟性評價

摘 要：近年來，隨著環境問題和能源危機愈發嚴峻，節能減排、實現可持續發展的戰略目標占有著越來越重要的地位。節能減排是長期而艱巨的任務，在實現節能減排的過程中，如何提高能源使用效率是首先需要考慮的問題。在需要蒸汽供應的各廠區，蒸汽的長距離輸送常常是個大問題，在輸送過程中能源損耗過大使得長距離輸送的經濟效益過低，也使得能源浪費問題愈發嚴重。本文通過研究新型長距離蒸汽輸送的具體案例，總結長距離蒸汽輸送的主要特點，以此來對長距離蒸汽輸送進行評估。

關鍵詞：蒸汽輸送；節能減排；工業設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.176

0 前言

隨著我國經濟的快速發展，工業化的持續推進，在工業生產中蒸汽的需求量越來越大。由于工業企業散居各處，不可能興建多個供熱設施來實現短距離輸送蒸汽，所以長距離蒸汽輸送技術擁有著廣闊的發展前景。無論是熱電廠還是熱用戶都已經意識到了長距離蒸汽輸送技術技術的重要性。

1 長距離蒸汽輸送設計存在的主要問題

1.1 將蒸汽等同于理想氣體

現有的大部分關于長距離蒸汽輸送的研究都把管道中的蒸汽視為理想氣體，這是不準確的。蒸汽的分子間距離較小，分子之間的作用力較大，在管道中，蒸汽的狀態和性質在時時變化，熱力情況非常復雜。把蒸汽等同于理想氣體，容易在理論和實際之間造成較大的誤差[1]。

1.2 忽略了蒸汽輸送過程中的狀態變化

在許多研究資料的計算中，管道蒸汽都被視為理想飽和蒸汽來處理。但是長距離蒸汽輸送有著十分復雜的情況，管道內的蒸汽常常處于過熱狀態，熱力性質與飽和蒸汽并不完全相同，如此直接套用同樣會產生較大的誤差。

1.3 在進行水力計算是沒有考慮到熱力計算的影響

蒸汽作為可壓縮的流體有著特殊的熱力性質，在長距離運輸中熱力狀態變化復雜，會對水利工況產生實際影響。由于管道有著熱量消耗，散發的熱量帶走了一部分能量，導致管道內的蒸汽壓強發生了輕微的下降。在進行水力計算時，要充分考慮到這一點，讓水利和熱力計算相結合，以降低計算時的誤差[2]。

2 長距離蒸汽輸送設計的主要特點

2.1 可靠的保溫材料

傳統的保溫材料通常選用塊狀設計。由于管道材料與保溫材料有差別，在吸收熱量時的膨脹系數有著差別，這就必然導致管道與保溫材料之間，保溫材料與保溫材料之間會產生縫隙。熱量通過這些縫隙散發，導致了較大的熱損失。根據測定，通過縫隙產生的熱損失達到所有熱損失的四成。為了解決這個問題，新的保溫材料傾向于選用更加靈活的氈狀材料。氈狀材料可以互相疊壓，填充縫隙，而且深搜讀良好，所以保溫性能較好。

傳統氈狀材料有很多種，但不是每一種都適合用于管道保溫。比如超細玻璃棉比較滑，在使用一段時間之后，會因為蒸汽管道長時間的輕微震動了逐漸滑到管道的下方，缺乏持久性。所以在諸多氈狀材料中，我們選擇了巖棉制品。巖棉制品不易沉降，導熱性不強，相對來說重量較輕，施工起來也比較方便靈活。耐酸、耐風化，在十五到二十年內都可以不用更換，十分耐用。

2.2 新的保溫結構設計

為了對新型保溫結構進行評測，曾經對某工廠的蒸汽管線進行過測定。在使用了焓降法進行測定之后，發現熱量損耗大大超出預期。在深入調查研究后發現，蒸汽管線上層溫度較高，下層溫度較低。于是在管道頂部額外增加了一層保溫材料，來實現更好的保溫效果。

在減少熱損失的努力和嘗試中，每層保溫材料之間的接縫必須要錯開，在接縫的地方用特殊材料堵住，比如碎巖棉。用鋼帶把每層的巖棉保溫材料札緊，外層加上鍍鋅鐵皮。為了防備風吹雨淋，還可以再摔傷銀粉漆來提高光滑度，減少熱量損失。

2.3 隔熱型聚四氟乙烯滑塊管托

在管線建設時，滾動管家常常存在著生銹和鋼材消耗等等問題。解決這個問題，可以用摩擦系數比較小的聚四氟乙烯橡膠。聚四氟乙烯和橡膠的耐熱性質不同。聚四氟乙烯能夠忍耐250℃的高溫，而橡膠最多能達到105℃。為了解決這個矛盾，又要加裝能夠隔熱的管托。用60毫米的石棉橡膠板，經過實驗測試，可以起到很好的效果[3]。

2.4 減震器的應用

要保持管道的穩定運行，就要廣泛的使用減震器。有的管道拐彎角度比較小，無法設置固定管架，為了有效控制管道的側向位移，必須要使用減震器。還有的管道直徑比較大，在露天時容易受到大風天氣的影響，阻力很大，對管道的壽命有比較嚴重的影響。有的管道由于保溫層很多，直徑接近兩米，表面積巨大，每平方厘米承載的風的壓強達到四千千克。在管道的兩端各安裝一對減震器之后，管道收到的壓力明顯下降了。

2.5 球形補償器的應用

傳統的補償器是U型補償器，利用柔性的變形來吸收熱量，減少位移。每一個U型補償器的應用就意味著一段阻力的增加。球型補償器是一項新的補償器技術。補償能力較大，是U型補償器的兩到三倍，不僅阻力較小，占地面積和體積也相對較小。

3 長距離蒸汽輸送設計的經濟效益評價

在進行了多種長距離蒸汽輸送設計的改革之后，長距離輸送設計的損耗明顯減少，為企業減少了大量成本，提高了能源的使用效率。由于熱損耗的大量降低，相同單位的煤炭資源能夠產生更多蒸汽，無形中為企業提高了競爭力，這部分的效益提升從長遠來看高于進行技術改革所需要的成本。

4 結論

長距離蒸汽輸送設計的改革是在必行，這是為了降低企業成本，提高能源利用效率，不僅是為了企業的長久發展，更是為了國家乃至于人類的可持續發展。本文主要分析長距離蒸汽輸送的技術特點，最后得出了進行輸送技術的改革能夠有效提高經濟效益的結論。

參考文獻：

[1]金生祥.北京市的城市供暖方式優化研究[D].清華大學，2014.

[2]李國志.基于技術進步的中國低碳經濟研究[D].南京航空航天大學，2011.

[3]張傳平.長距離輸氣管道技術經濟特性研究[D].中國石油大學（北京），2006.