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(一)

1、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 （ 一）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(gè) 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

2、 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(huì) 傳 熱 給 空 氣。 除 了 蒸 汽 加 熱 管 道 引 起 的 蒸 汽 冷 凝 （ 稱 為“

3、起 動(dòng) 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(dòng) 方 向 有 一 向 下 的 梯 度 ） 沿 蒸 汽 流 動(dòng) 方 向 流 動(dòng)。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(dòng) 負(fù) 載） ， 并 連 續(xù) 不 斷 傳 遞 熱 量 給

4、 工 藝 制 程， 然 后 冷 凝 成 水?，F(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。蒸汽大槽蒸汽給 水 冷凝水 箱爐蒸汽給水泵制程 設(shè)備蒸汽產(chǎn)生、輸送、使用、冷凝水回收的一個(gè)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

5、 率 和 正 確 的 壓 力。我 們 必 須 時(shí) 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(dòng)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(shí) 必 須 考 慮 一 定 的 余 量。總 之，在 選 擇 工 作 壓 力 時(shí)， 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(dòng)

6、 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(shí)， 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)：1. 更 小 的 蒸 汽 管 道。 管 道 表 面 積 小， 散 熱 損 失 少。2. 蒸 汽 管 道 的 費(fèi) 用 減 少， 包 括

7、 管 道 材 料、 法 蘭、 支 撐 件 和 勞 力。3. 管 道 的 絕 熱 費(fèi) 用 減 少。4. 通 過 減 壓 在 使 用 點(diǎn) 可 以 獲 得 更 加 干 燥 的 蒸 汽。5. 鍋 爐 在 高 壓 下 運(yùn) 行 時(shí) 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(shí) 的 蓄 熱 能 力 大， 有 助 于 處 理 系 統(tǒng) 負(fù) 載 的 波 動(dòng)， 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

8、 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(huì) 增 加 44%。80mm絕 熱 管 的 熱 損 失 比 50 mm 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

9、 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(shí)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)

10、量 流 率 和 壓 力， 我 們 可 以3很 容 易 計(jì) 算 出 管 道 的 體 積 流 量 (m 3/s) 。 如 果 我 們 確 定 一 個(gè) 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 40 m/s 之 間 的 流 速 適 用 于 短 的 分

11、 支 管 道， 而 較 低 的 流 速， 如 15 m/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(hào)，實(shí) 際 的 厚 度 參 考 表 號(hào) 確 定。 這 些 表 號(hào) 根 據(jù) 管 道 的 壓 力 等 級(jí) 分 為 11 個(gè) 系 列。 從 最 低 的 NO. 5 至 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 和 NO.160 。 對(duì) 公 稱 口 徑 小 于 150 mm (6 英 寸 ) 的管 道， 管道系列號(hào)40是 管 道 重 量 最 輕 的 表 號(hào)。 只 有 40 和 80號(hào)覆蓋了

12、從15 mm( 1/2 英 寸) 600 mm的 所 有 公稱 口 徑。最常用的蒸汽 管 道 表 號(hào) 是 40， 次 之 是 管 表號(hào) 80 。 管道表號(hào)表在BS 1560 和 BS 1600 中 可 以 查 詢。 管 壁 厚 可 以 根 據(jù) 以 下 公 式 計(jì) 算：pDt20Sp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/mm 2)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(hào) 40的 設(shè) 計(jì)內(nèi)徑Barm/s152025324050658010012515015.820.9326.643

13、5.0440.952.562.777.92102.26128.2154.0515915254358951362103625698220.4251425417197159227350603948136940234066113154254363561965151721911510182951691141632514336819830.72517304985115190271419722113516384028487813618530443467111551815262111525122134598113318929250379113191142190420355799134221315487839

14、403256911582153545057791342211030461518315086118194277427735115616692252951831441963234617121226192727824047821332303145177371139196130834451152340651131542543625599621512218332538671091882564236039311603252036394061107174301410676964149025654032582215285080139190313446689118618642691425478313423231

15、652174311481976310644854075132215371506833118918363162497071761534599616522537152981714082213319552556981592763756198821362234736885325409015725544160199014112180375559018521153968111191261430613947163125633700625651141843194357161022157827184271616740104182295511696114616352525434868349867154477125

16、217296487695107318482904419472574129209362493812115817883080484169894011820633457978812991853286149287745111831549861402423305447751198206332424681825821442334045509061292199634385403780240131230373646880145020683194550186451248415601051702944016609421455250639385686102510017528349066811011570242541

17、76656394774016028045378510691761251238806682105021516415801412283945378861263195133605281762514251342353806578961476210532515600880112708402143756081052143323623368520289601408220333特定流速下的管道流量最 常 用 的 材 料 為 低 碳 鋼 （ 等 級(jí) 620 ），根 據(jù) 特 殊 需 要 可 以 使 用 其 它 的 等 級(jí)。 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)

18、 應(yīng) 力， 這 可 以 在 BS 806 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(shí) 溫 度 是 一 個(gè) 重 要 的 變 量。 應(yīng) 力 在 管 道 的 兩 個(gè) 支 撐 點(diǎn) 之 間 也 會(huì) 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

19、等 的 連 接 點(diǎn)。另一個(gè)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 BS 1378 （ 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(jí)， 紅 色 帶 表 示 重 級(jí)， 藍(lán) 色 帶 表 示 中 級(jí)。 對(duì) 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(gè) 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 50 mm藍(lán) 色 標(biāo)

20、 記 帶 中 級(jí)4 m - 7 m 之 間 的 管 道紅 色 標(biāo) 記 帶 重 級(jí)4 m 以 下 的 管 道帶標(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(gè) 實(shí) 例， 一 個(gè) 理 論 性 較 強(qiáng)， 另 一 個(gè) 更 實(shí) 際 些，通 過 這 兩 個(gè) 實(shí) 例 我 們 可 以 對(duì) 管 道 口 徑 選 擇 有 較 好 的 理 解。舉例L如 果 初 始 壓 力 為 7 bar 。 壓 力 因 子 (P 1) 可 以 從 管 道 選 型 圖 的 壓 力 因 子 表

21、查 得 為 56.38 ， 并 且 如 果 最 終 壓 力 為 6.4 bar ， 壓 力 因 子 (P 2) 為 48.48 。管道壓力降P2F(Pressure Factor)假 定 管 道 長 度 ( 包 括 彎 頭 和 接 頭 ) 為 263 米，則：P1 P 2 56.38 48.48F =2630.03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，65 mm 的 管 道 能 輸 送 919.4 kg (x) 的 蒸 汽， 此 時(shí) 速 度 因 子 (y) 為 80.64 m/s 。3速 度 因 子 (y

22、) 是 基 于 蒸 汽 的 比 容 為 1 m3/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：True Velocity x 1 yActual Volume因 此 如 果 速 度 因 子 (y) = 80.64 m/s ， 蒸 汽 壓 力 為 7 bar， 比 容 為 0.240 m3/kg ( 參 考 蒸 汽 表)， 我 們 可 以 得 到 實(shí) 際 的 速 度 為：True Velocity 80.64 x 0.24True Velocity = 19.35 m / sF管 道 口 徑 (mm)152025324050658010012515017520022525

23、03000.0209.830.63.111841761226490799120171235313505x16754.7910.12697431463388408Y20.29.36.39.141566.75.49107122135147160172193515507626.48.370104.5.3.6.3.0.0.30.02510.33.70.122045831329542881132193263347565x9948737.39.89.74.66770279632575081y23.32.40.43.51.65.73.83.1011913515016617919121708029739032

24、720.03012.36.77.132350911436588979144209285379625x00280198024428117956722y25.36.43.47.56.70.80.90.11129150164180195207239107639662管 道 流 量 和 壓 力 降 因 子 (部 分)壓力 Bar g比容 m3/kg壓力因子6.00.27243.546.10.26944.766.20.26545.986.30.26147.236.40.25848.486.50.25549.766.60.25251.056.70.24952.366.80.24653.686.90.243

25、55.027.00.24056.387.10.23757.757.20.23559.137.30.23260.547.40.22961.967.50.22763.397.60.22464.847.70.22266.317.80.21967.797.90.21769.298.021570.80壓力因子表舉例讓 我 們 進(jìn) 行 一 個(gè) 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。195 m + 10%鍋爐 加 熱 組7 bar g 289 kg/h6.6 bar g 270 kg/h長度從 鍋 爐 至 加 熱 組 的 長 度 已 知， 但 我 們

26、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(gè) 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(gè) 系 數(shù)。簡 而 言 之， 100 m 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

27、中， 屬 于 第 一 類， 長 195 m， 增 加 10%( 19 m) 的 等 效 長 度， 則 總 長 度 為 = 214 m 。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 270 kg/h ， 主 管 必 須 輸 送 這 些 質(zhì) 量， 同 時(shí) 加 上 管 道 輻 射 損 失 引 起 的 蒸 汽 冷 凝 量。 因 為 蒸 汽 管 道 的 口 徑 尚 未 確 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

28、 本 例 中：214 m30 mx 1%7.1%則 鍋 爐 的 蒸 汽 流 率 = 270 + 7.1% = 289 kg/h 根 據(jù) 壓 力 因 子 圖，7 bar 時(shí) P 1= 56.386.6 bar 時(shí) P 2= 51.05并且等 效 長 度 L 因 此：= 214 mP1 P256.38 51.05214根 據(jù) 管 道 流 量 和 壓 力 降 因 子 表， 壓 力 降 因 子 F為 0.025 時(shí)：40 mm 口徑的 管 道 容 量 為 209.8 kg/h50 mm 口徑的 管 道 容 量 為 459.7 kg/h因 此 管道必 須 選 擇 50 mm。? 選 擇 蒸汽主 管 時(shí)， 如 果 剛 好 能 滿足 額 定 的容量要 求， 則 不是好 的 選 擇， 應(yīng) 該 留 用 一定的余量，以補(bǔ)償 設(shè) 計(jì) 誤 差 和 以 后 設(shè) 備 擴(kuò) 容 的 需 要。? 如果計(jì)算 的 F 值 為 表 中 的 中 間 值，雖 然 沒 有完全 的 線 性 關(guān) 系， 但 通 過 插 值 計(jì) 算 具 有 一 定 的 精 度。 表 中 顯 示 的 數(shù) 據(jù) 為 標(biāo) 準(zhǔn) 口 徑 的 容 量。讓我們再 進(jìn) 行 速 度 校 驗(yàn)。我們已經(jīng) 說 明 圖 中 y 的 速 度