蒸汽測量中熱量損失的影響因素及對策分析

張倩

摘要：隨著生產(chǎn)及運維對測量精度要求日益提高，蒸汽流量測量方法及誤差分析得到了越來越多的學者關注。文章分析了蒸汽管網(wǎng)凝結水損失和熱量損失的影響因素，并提出有效減少蒸汽管網(wǎng)能量損失的途徑。

關鍵詞：蒸汽測量;熱量損失;影響因素;對策

蒸汽計量是比較復雜的一套系統(tǒng)，由取壓裝置、壓力、溫度與流量計四部分組成。在工業(yè)生產(chǎn)中，工廠鍋爐產(chǎn)出的過熱蒸汽進入蒸汽管網(wǎng)，在蒸汽管網(wǎng)冗長與保溫性能不佳時，過熱蒸汽持續(xù)放熱。在這一過程中，蒸汽熱量會出現(xiàn)一定損失，蒸汽品質(zhì)會大打折扣。因此，分析熱量損失原因，并找出解決對策非常重要。

一、蒸汽供熱損失主要存在問題

（一）管道輸送熱損失

以鍋爐送出蒸汽為例進行計算，管徑為DN200，管線沿線長度3000m，管道壓力為1.2MPa，溫度250℃，保溫厚度100mm。管道為室外架空安裝。

（1）單位平方米絕熱層外表面的熱損失量

計算依據(jù)為《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》GB50264-97。圓筒型單層絕熱結構熱冷損失量應按下式計算：

（1）

式中：Q為以每平方米絕熱層外表面積表示的熱損失量。

式中：-蒸汽管道外表面溫度，取250℃;-地區(qū)年平均溫度，取7.6℃;D1-蒸汽管道絕熱層外徑，取0.419m;D0-蒸汽管道外徑，取0.219m;λ-保溫層導熱系數(shù)，取0.036W/m·℃;-絕熱層外表面向周圍環(huán)境的放熱系數(shù)，取21.98W/m2·℃。

用以上數(shù)據(jù)帶入（1）式中得：Q=64.55W/m2。即每平方米絕熱層外表面的熱損失量為64.55W/m2。

（2）每米管道長度表示的熱損失量：q=∏D1Q（W/m）

式中：q為以每米管道長度表示的熱損失量;q=∏D1Q=3.14×0.419×64.55=84.93W/m;則熱電的熱損失為：3000×84.63×3.6=917255kJ/h。

（3）蒸汽焓值計算

從過熱蒸汽表中查得：壓力1.2MPa、溫度250℃蒸汽的焓值為焓值2799.4kJ/kg。流量10t/h時過熱蒸汽的熱量焓值：10000kg/h×2799.4kJ/kg=27994000kJ/h。

（4）過熱蒸汽管道的保溫層熱損失的百分比：917255÷27994000=0.033=3.3%。從計算結果來看，在整條管線保溫無破損、管道無泄漏的情況下，單純管道輸送的熱損失理論為3.3%，而其它蒸汽管線的長度與這條管線的情況差不多，但保溫狀況差別較大，有些地方還使用的是巖棉等，甚至一些管道局部管段無保溫或破損，這都造成蒸汽熱損失增大。再加上其它支線管道的損失，蒸汽管線在輸送過程中單純管網(wǎng)熱損失大于3.3%。

（二）蒸汽管道附屬設施計量

（1）蒸汽管道在輸送過程中會有熱損失產(chǎn)生很多的冷凝水，為了確保蒸汽管道的正常輸送，管道上有很多的疏水器，專門用于管道自動排水。這些管徑一般是DN15-DN25的，目前全公司主管道大概有近300多個疏水器，且其中30%的疏水器閥門因使用頻繁而損壞成為直排閥門。

（2）根據(jù)實際蒸汽的溫度和壓力，管徑小于等于DN100時，蒸汽流速一般在15-30m/s，按經(jīng)驗值計算流量為100t/m2·s，這些直排管道的蒸汽損失量達到19t/d，其余疏水器的熱排放（按30%計算）也達到136t/d。

（三）計量儀表選型、安裝及維護因素帶來的計量誤差

由于蒸汽系統(tǒng)溫度較高，飽和蒸汽又易變?yōu)槠⒁簝上嗔鳎啾戎聹y量難度大，甚至無法測量，造成蒸汽計量在實際操作中往往難以達到滿意的效果。

（1）選型不正確造成的誤差

用汽旺季，用汽量相當大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差過于懸殊，一般蒸汽計量儀表的流量范圍就難以適應。有的用戶在計量儀表時對自己的用汽量心中沒數(shù)、不能向供熱公司提供確切的參數(shù)，這是造成選型失誤的一個主要因素。選型錯誤會導致儀表量程與實際偏差大，計量誤差大。

（2）30%流量刻度以下精度難以保證

根據(jù)我公司蒸汽計量站采用孔板差壓，這種計量器具存有一定的弱點：它的量程比一般為1：3，若運行在30%流量刻度以下時，其精度下降較大;運行工況條件偏離原設計條件，測量誤差會增大，再如檢側系統(tǒng)中部件多，導壓管系統(tǒng)易堵、易漏、易凍、易汽化等。所有這些隨機誤差最終會造成很大的計量誤差。

（3）蒸汽計量儀表的不正確安裝

任何蒸汽計量儀表都必須正確安裝，否則就處于不正常的工作狀態(tài)，造成計量誤差。流體特性直接影響測量結果，而流體特性很大程度上受安裝條件影響。安裝條件考慮因素有蒸汽的流動方向，上下游管道狀況，閥門位置，防護性輔助設備，非定長流（如脈動流）情況，電氣干擾和維護空間等。具體參見“DL/T?5182-2004”。同時儀表安裝需保證測量管道與工藝管道同軸，安裝法蘭墊子時要注意不要凸出管內(nèi)徑;安裝時還應盡可能的減小因被測介質(zhì)脈動引起的內(nèi)部震動及因動力引起的外部震動。

（4）蒸汽計量儀表的定期維護不到位

由于蒸汽計量儀表長期處在高溫、高壓的水蒸汽環(huán)境中，很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等，蒸汽管道冷凝水多，需要定期對儀表清洗，經(jīng)常對管道、儀表進行排水，但實際生產(chǎn)的連續(xù)性無法保證儀表的清洗，而排水不及時也經(jīng)常造成儀表的凍堵，影響計量的準確。

二、解決方案

除了蒸汽管道輸送不可避免的熱量損失及零散的無計量保溫外，可以通過以下工作來降低蒸汽的損失、提高蒸汽計量的準確性。

（一）管道輸送

做好蒸汽管道的保溫和消缺工作，減少因泄漏造成的蒸汽損失。（1）敷設適宜的蒸汽管道，按實際需要設計管徑，過大的管徑只會導致較大的熱損失，對使用沒有任何的好處。（2）選用保溫效果好的保溫材料，良好的保溫能夠減少管道的熱損失。（3）對于新接引的蒸汽管道必須安裝計量儀表，如現(xiàn)場條件不能滿足安裝要求應從計量儀表后接引，以避免漏計。

（二）蒸汽性質(zhì)的提高

提高主管蒸汽的壓力和降低蒸汽的濕度。因為任何蒸汽計量儀表只能計量流過的蒸汽，無法對流過的水進行計量，目前單獨測量飽和蒸汽的干度還沒有一種更好的辦法，建議公司要盡可能提高飽和蒸汽的質(zhì)量，使用干飽和蒸汽才能達到預期的計量效果。

（三）儀表選型、安裝及維護

（1）蒸汽儀表的選型：?由于孔板測量技術發(fā)展成熟，有相應的國家標準和國際標準作支持，本身結構簡單、造價低，耐高溫性能和抗振性能好，所以對于大中型管道，如DN200mm?以上管道，多建議采用孔板差壓式流量計。對于中小管道，一般在DNl00以下，除了孔板差壓式以外，威力巴、渦街流量計使用較多。而對于更小的用戶，管徑在?DN50mm以下的，多用渦街流量計和分流旋翼式流量計。

（2）正確安裝要做到：?在所安裝儀表的前后必須留有足夠長的直管段;?蒸汽計量儀表不能安裝在整套管路的最低處。

（3）蒸汽儀表的校驗：?我公司所轄企業(yè)蒸汽計量多采用孔板差壓流量計，這類流量計屬于強檢計量器具，在生產(chǎn)允許的情況下應全部按周期檢定，保障計量精度。

（4）蒸汽儀表的維護：?蒸汽儀表所處環(huán)境惡劣，因此需要經(jīng)常維護和定期檢修。需要定期對儀表清洗，經(jīng)常對管道、儀表進行排水，定期對差壓變送器或壓力變送器的零點進行監(jiān)測，防止漂移，才能確保儀表的正常運行。

蒸汽的使用、計量管理是一項艱巨的工作。只有從管道的保溫、用戶的使用、儀表的選型安裝維護等各方面全面做工作，提高蒸汽計量的準確性才能確保蒸汽的低損失，給用戶提供高品質(zhì)蒸汽。

參考文獻

[1]王子喬，呂品一，聞璋，張立秋.供熱系統(tǒng)供熱量計量方法研究[J].中國計量，2018（12）

[2]王子喬.?供熱過程流量及熱量測量研究[D].吉林大學，2018