蒸汽遠距離輸送的探索與實施

楊峰敏

摘 要：根據《浙江省大氣污染防治調整能源結構專項實施方案（2014—2017）》的要求，至2015年底，金華市的工業園區（產業集聚區）基本實現集中供熱，集中供熱量占供熱總量的70%以上；至2016年底，全市工業園區（產業集聚區）基本實現集中供熱，集中供熱量占供熱總量的90%以上；至2017年底，全市工業園區（產業集聚區）全面實現集中供熱，集中供熱量占供熱總量的95%以上。就遠距離蒸汽輸送的相關內容展開了探討。

關鍵詞：集中供熱；熱力管網；埋地管道；供熱管道

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.094

1 項目概述

本文設想從蘭溪發電廠至金華市區建立長約22 km的供熱主管線。金華市區供熱量最大負荷為60 t/h，平均負荷為35 t/h，最小負荷為15t/h，日負荷波動較大。熱力管網的供熱介質為過熱蒸汽或飽和蒸汽，管道設計溫度為300 ℃，設計壓力為2.2 MPa（G）。本熱力網工程為公用熱力管道，管道等級為GB2類，并執行GC2類管道相關標準；供熱管線較長，熱力管網的凝結水暫不考慮回收，由用戶自行利用；熱力網管道以低支架架空敷設為主；管道熱力補償盡量利用自然補償，結合旋轉補償器、鉸鏈補償器或復式拉桿補償器，并根據實際情況選用最佳的補償方式。

全年主管網基本處于運行狀態，考慮到企業本身的生產班次、設備的維護等因素，本項目年平均供熱負荷利用小時數按6 000 h計算，年穩定供熱規模為2.4×105 t蒸汽，折合熱量為7.2×105 GJ。為了節約投資和縮短施工周期，熱力管網原則上主要采用沿道路邊、利用綠化帶架空敷設，以中、低支架為主，以降低工程造價和方便施工為目標，并根據地形情況和用戶要求，采用桁架或高、中支架或埋地的敷設方式。

2 水力計算

2.1 水力計算的原則

水力計算的原則有以下3點：①最大限度地滿足熱用戶的用汽要求，滿足距離較遠的熱用戶的最低要求；②以最大計算流量和允許壓降確定管徑；③以最小流量較核溫降和凝結水量對熱用戶的影響。

2.2 水力計算的方法

水力計算分為設計計算和校核計算。其中，設計計算以最大計算流量和允許壓降確定管徑；校核計算以設計計算的管徑

為依據，校核流量最小時的蒸汽溫降和凝結水量。

熱網主管計算流量以熱用戶的最大流量為依據，考慮日期使用系數和漏損系數，并將蒸汽參數換算為供熱管道熱力站內出口參數，從而在各熱用戶支管時按其最大流量計算管徑。表1為供熱專線管道設計流量為40 t/h、50 t/h、60 t/h、70 t/h和20 t/h時的水力計算結果。

從表1可以看出，當供熱主管段處于最大熱負荷工況時，且接出點壓力參數大于1.85 MPa/年時，即可滿足末端用戶壓力參數達到1.0 MPa/年的要求，并使供熱具有可行性。

由水力計算的結果可知，為了滿足近期供熱負荷和遠期供熱負荷的要求，主管線管應采用DN450管道，且電廠出口廠內段應考慮預留條件。考慮到其他片區的發展，可采用DN500管道。

3 管材、保溫和疏放水

3.1 管道標準

本工程熱網對外的供汽設計壓力為2.20 MPa，供汽溫度為300 ℃，管道管徑為200～450 mm。根據其使用工況，管道材質均采用中低鍋爐用無縫鋼管（GB 3087—2008），材質為20#鋼。蒸汽管道敷設至用戶端時，可考慮采用螺旋焊接鋼管（GB/T 9711.1—2008），材質為Q235-B。管道厚度如表2所示。

3.2 管道保溫

3.2.1 主保溫材料

本工程架空蒸汽管道的保溫方式參照已實施的供熱主管網的保溫方式，暫定內層采用硅酸鋁（密度為120 kg/m3），外保溫材料采用高溫玻璃棉材質（密度為50 kg/m3）。根據已運行的長距離供熱管道的情況看，達到設計熱負荷后可控制溫降在5 ℃以內，保溫效果較好。埋地管道主保溫材料內、外層均采用憎水型高溫玻璃棉。

3.2.2 反光層材料（防敷設散熱）

在室外供熱管的長距離輸送中，存在輻射熱損失較大的實際情況。因此，考慮在內、外主保溫層之間設置2層阻燃型鋁箔布反光層，從而減少輻射散熱，并起到阻燃的作用。

3.2.3 防潮層材料

根據保溫油漆設計規范的要求，應在室外供熱管道主保溫層與外保護之間設置防潮層，并采用增強型玻纖涂塑膠粘帶防潮層，從而提高防水、防潮效果，縮短施工周期。

3.2.4 外保護層材料

本設計方案的保護層與原有管網工程的保護層相同，并采用了0.5 mm的彩鋼板進行保護。此外，埋地管道外加設了螺旋焊接鋼管鋼套管保護層。

3.2.5 保溫厚度

管道保溫按經濟保溫厚度的計算方式適當加厚，以確保外保護層表面溫度不高于環境溫度5 ℃。根據《工業設備及管道絕熱工程設計規范》（GB 50264—2013）中的要求，管網保溫層的厚度可根據管網的表面溫度選擇，以確保外保護層表面的溫度不高于環境溫度5 ℃。

3.2.6 絕熱支架設計

本設計擬采用絕熱支架管拖形式，并對管道、導向支架進行了優化。可選用的隔熱環材料主要有高強度膨脹蛭石、高強度石棉橡膠板、鎂鋼隔熱塊。埋地管道制造廠家根據埋地管道內部滑動、導向支架的要求成套制作管道。本方案暫時選擇了鎂鋼隔熱塊，這樣不僅能保證管道的強度，且具有較好的隔熱效果（不大于0.17 W/mk）。

3.2.7 管道防腐

根據設計規范要求，供熱管道在做保溫之前，應在其表面涂刷一層耐熱防銹漆。本設計采用熱固性樹脂耐熱漆（煙囪漆）

對供熱管道及其附件進行防銹防腐處理。此外，直埋管道的防腐應按照土壤腐蝕等級確定防腐措施。目前，常用的防腐措施有石油瀝青防腐、環氧煤瀝青防腐和聚脲防腐。本設計推薦采用聚脲防腐，一般開挖埋地管道均可涂刷聚脲，涂刷厚度為0～1.2 mm；頂管施工段埋地管道鋼套管防腐的涂刷厚度為1.6～2.0 mm。對于地下水位較淺的區域，應增設埋地管道鋼套管犧牲陽極陰極保護裝置，從而延長管道的使用壽命。

3.3 疏、放水的方式

蒸汽管道的低點和垂直升高的管段前應設置啟動放水裝置和疏水裝置。在順坡的情況下，同一坡向的管段每隔400～500 m，逆坡時每隔200～300 m應設設置啟動放水裝置和疏水裝置。在本工程中，順流的蒸汽管道可不設坡度，逆流的蒸汽管道的安裝坡度為0.003.因此，疏水器的設置點為管網的最低點、垂直管道爬高處和閥門前。此外，還可在適當位置設置啟動疏水閥，一般設置在固定支架處，具體做法可參照《蒸汽管道疏放水裝置圖》；所有疏、放水裝置中的隔離閥公稱壓力等級應為PN2.5 MPa。

4 管網自控系統及其計量

為了保證供熱系統的安全、可靠、穩定運行，達到節約能源、降低運行費用和提高運行管理水平的目的，應設置熱網自控系統。一級管網自控系統是指從熱源點至用戶熱力站之間的一級供熱管網自動監控系統，其主要功能為根據用戶用汽參數的變化控制熱網的供汽參數，從而保證熱量的有效利用。監控系統由中央監控站和多個遠程終端站組成，中央監控站設置在熱電廠內，遠程終端站設置在各用戶站內，兩者通過無線信息進行壓力、溫度、瞬時流量、累計流量等參數的傳輸、查詢、顯示、打印及軟操等。供熱管線電廠供熱站出口設有總流量測量裝置。在管網沿線，應根據供熱管網的接入方式設置各用戶專屬的入口計量裝置。

5 支架設計

本工程熱網支架管墩采用獨立式現澆鋼筋混凝土結構，支架采用門形（或T形）支架。跨越道路和河流的管架采用鋼結構桁架跨越。根據地質報告的結果，支架基礎采用淺基礎，沿江區域或地勢較低區域的管道基礎根據具體的地質情況和防洪要求設置樁基基礎。

6 警示標志和防撞措施

供熱管道沿線涉及河流、道路跨越的工程，應設置管道跨越凈高、凈寬警示標志；沿道路、河流平行敷設的供熱管道表面應涂刷相應的蒸汽流向、蒸汽燙傷警示標志；與道路距離較近的管道，特別是高支架跨越道路的支墩，必須采取防撞土建支護措施，盡量避免車輛誤撞。

7 結束語

本文介紹了蒸汽遠距離輸送管網的建設措施，為蘭溪發電廠進行大規模集中供熱提供了技術條件。經相關專家的分析和研究，該管線建設技術方案是可行的。采用本方案實現集中供熱具有投資少、見效快，可避免小型熱電廠的重復投資，可節約大量土地、淡水和人力等資源的特點。雖然供熱主線長約22 km，但通過科學選擇供熱管道、保溫優化設計、支架隔熱設計和供熱補償等手段，能很好地減少沿途供熱壓降和熱損失，從而保證用戶側的熱力參數達到標準。

〔編輯：張思楠〕