蒸汽管道評價指標(biāo)及計算方法

蒸汽管道評價指標(biāo)及計算方法張佳佳;沈陽【摘要】針對電廠供熱工程改造的實際情況，介紹了供熱蒸汽管道的一些常用熱力評價指標(biāo)及計算方法，闡述了評價蒸汽管道的試驗方法及對蒸汽壓降及溫降的修正計算.【期刊名稱】《發(fā)電技術(shù)》【年(卷)，期】2017(038)002【總頁數(shù)】4頁(P38-41)【關(guān)鍵詞】蒸汽管道;熱力性能指標(biāo);試驗修正【作者】張佳佳;沈陽【作者單位】華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030;華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030【正文語種】中文【中圖分類】TM621.7城市集中供熱是城市基礎(chǔ)設(shè)施之一，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量的優(yōu)點，有利工業(yè)生產(chǎn)和人民的生活，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。許多電廠對機(jī)組進(jìn)行改造，增加對外的供熱，以增加經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合電廠的位置及與用戶的距離，火電廠的供熱改造大都以供熱管道的形式，即從機(jī)組設(shè)定的抽汽口抽出蒸汽，經(jīng)過壓力、溫度調(diào)節(jié)后，通過一根蒸汽管道引至用戶。供熱蒸汽管道投產(chǎn)后，需要對蒸汽管道進(jìn)行施工驗收及評價。目前相關(guān)規(guī)范及資料對供熱管網(wǎng)的評價及驗收主要是管道的保溫厚度［1］或管道的支架等是否符合要求，對壓降、溫降、熱損失等一些熱力指標(biāo)涉及較少，且無可參考的計算及修正方法，給蒸汽管道的熱力性能評價帶來難度。以下主要介紹蒸汽管道的主要熱力指標(biāo)及現(xiàn)場測試方法、計算及修正方法等，給蒸汽管道的施工驗收提供參考。蒸汽管道的熱力指標(biāo)主要是用于評價其熱損失。蒸汽管道的熱損失通常包括三部分［2］，第一部分是在輸送過程中，由于管道散熱導(dǎo)致的熱損失，有兩種形式，一是蒸汽焓值的降低，二是管道散熱導(dǎo)致在沿途出現(xiàn)凝結(jié)水，管網(wǎng)負(fù)荷大，蒸汽流量大，則產(chǎn)生的凝結(jié)水少，管網(wǎng)負(fù)荷小，蒸汽流量小，則產(chǎn)生的凝結(jié)水多；第二部分是沿途管道及附件跑冒造成的，這種熱損失隨機(jī)因素很多，跟管道的施工質(zhì)量、使用時間、管道附件的嚴(yán)密性等多種因素有關(guān)，無法定性的計算，只能根據(jù)管網(wǎng)漏損率來估算；第三部分是換熱站內(nèi)凝結(jié)水熱損失，對于單純的蒸汽供熱管網(wǎng)，不存在此項。蒸汽管網(wǎng)的熱力評價指標(biāo)主要有以下幾個:管道溫降、管道壓降、管道泄漏率、管道熱損失率、管道保溫效果。另外，蒸汽用戶對蒸汽的壓力及溫度有要求，在汽源參數(shù)發(fā)生變化的情況下，需要保證用戶處的蒸汽壓力及溫度保持穩(wěn)定，因此，蒸汽管網(wǎng)的熱力指標(biāo)還需包括供熱系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)性能。因管道保溫效果及供熱系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)性能試驗及評價方法較為簡單，參照相關(guān)規(guī)范即可，文中不做介紹。（1）供熱管網(wǎng)溫降式中At一蒸汽管網(wǎng)的單位溫降，°C/km;t1—蒸汽管網(wǎng)的起點溫度，C;t2-蒸汽管網(wǎng)的終點溫度，C;L一蒸汽管道長度，km。對于蒸汽管段j建立熱平衡方程組［4］:根據(jù)以上方程組得到蒸汽管網(wǎng)的溫降：式中Atj一管段j的溫降,C;Qjs-管段j蒸汽熱量損失，kJ;Qjys-管段j蒸汽散熱量損失，kJ;B—局部散熱損失修正系數(shù)，根據(jù)具體情況取0.2-0.8；Gj—管段j內(nèi)蒸汽流量，kg/s;tjm—管段j起始端溫度，C;tjn—管段j終端溫度,C;qjcs—管段j單位長度散熱量，W/m。式中t0—管道內(nèi)蒸汽溫度，C;ta—外界環(huán)境溫度，C;入一保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?C);D0—保溫層外徑，m;Di—保溫層內(nèi)徑，m;aw—外保溫層對空氣的換熱系數(shù)，W/(m2-C)o其中v一風(fēng)速，m/s;Lj一管段j的長度，m;Cjp—管段j內(nèi)蒸汽的平均定壓比熱，取則修正至另一工況的溫降為：式中a風(fēng)速一與風(fēng)速相關(guān)的修正系數(shù)；a導(dǎo)熱一與保溫材料相關(guān)的修正系數(shù)。供熱管道壓降管道的壓力降按下式計算：式中AP—蒸汽管網(wǎng)的單位壓降，MPa/km;P1—蒸汽管網(wǎng)的起點壓力，MPa;P2—蒸汽管網(wǎng)的終點壓力，MPa。蒸汽管網(wǎng)壓降計算公式如下：式中3一介質(zhì)的平均計算流速，m/s;p—介質(zhì)的平均密度，kg/m3;入一摩擦阻力系數(shù)；d—管道內(nèi)徑，mm;EZ一局部阻力系數(shù)的總和；H1、H2—起點、終點標(biāo)高，m,對于蒸汽管道可不考慮；1.15—安全系數(shù)。則修正到另一工況下的壓降為：式中a入一摩擦阻力系數(shù)修正系數(shù)。(3)供熱管網(wǎng)泄漏率式中g(shù)一管網(wǎng)泄漏率；Gi—管網(wǎng)起始流量，kg/h；Gj一管網(wǎng)終點流量，kg/h。(4)供熱管網(wǎng)熱損失率式中q一供熱管網(wǎng)熱損失率；hi一管網(wǎng)起始焓值，kJ/kg，由相應(yīng)壓力、溫度計算；hi一管網(wǎng)終點焓值，kJ/kg，由相應(yīng)壓力、溫度計算。修正到另一工況下的熱損失率為：式中q修正一供熱管網(wǎng)熱損失率；Gi修正一修正工況下管網(wǎng)起始流量，kg/h；hi修正一修正工況下管網(wǎng)起始焓值，kJ/kg，由相應(yīng)壓力、溫度計算;Gj修正一修正工況下管網(wǎng)終點流量，kg/h；hj修正一修正工況下管網(wǎng)終點焓值，kJ/kg，由相應(yīng)壓力、溫度計算。2.1電廠供熱管道基本情況某火力發(fā)電廠對機(jī)組進(jìn)行改造，夕卜供一根蒸汽管道向城區(qū)供熱，主要參數(shù)見表1。2.2主要試驗過程蒸汽管網(wǎng)的起始點及終點壓力、溫度、流量采取符合要求的表計進(jìn)行測量，蒸汽的性質(zhì)計算采用國際公式化委員會IFC97水蒸氣性質(zhì)公式進(jìn)行計算。2.3試驗實測數(shù)據(jù)見表2。2.4計算結(jié)果a風(fēng)速的計算因風(fēng)速的大小影響保溫層與外界的換熱系數(shù)，進(jìn)而影響蒸汽管道的散熱及溫降，無法直接通過公式進(jìn)行修正，此處采用數(shù)據(jù)擬合的方式進(jìn)行計算，獲得的擬合公式為：式中y一單位長度散熱量，W/m；x—風(fēng)速，m/s。由此擬合公式計算實測風(fēng)速及參考風(fēng)速下的單位長度散熱量，兩者差別為0.05%,故不考慮風(fēng)速對散熱的影響，a風(fēng)速取1。a導(dǎo)熱的計算保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)與環(huán)境溫度相關(guān)，取多個環(huán)境溫度，分別進(jìn)行計算，擬合公式如下：式中x'—環(huán)境溫度,C。由擬合公式計算出實測環(huán)境溫度及參考環(huán)境溫度下的單位長度散熱量，兩者差別為4.3%，需考慮保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)的變化對散熱的影響，經(jīng)計算，此處a導(dǎo)熱取1.045。a入的計算當(dāng)管道參數(shù)不變時，摩擦阻力系數(shù)的計算與管道內(nèi)流體狀態(tài)相關(guān)，流動狀態(tài)不同時，計算方法也不同，結(jié)合相關(guān)參數(shù)，計算得到試驗工況下流體處于紊流粗糙管過渡區(qū)，相應(yīng)的計算公式為：式中qv—質(zhì)量流量，kg/s;v—介質(zhì)的比容，m3/kg;€一管壁絕對粗糙度，m。設(shè)計工況下流體處于紊流粗糙管平方阻力區(qū)，相應(yīng)的計算公式為：式中d一管道內(nèi)徑，m。將以上數(shù)據(jù)代入相關(guān)計算公式中，得到試驗數(shù)據(jù)見表3。由計算公式及修正結(jié)果可以得到，蒸汽管道的溫降與蒸汽溫度和外界環(huán)境的溫差成正比，與蒸汽流量及定壓比熱容成反比，風(fēng)速變化對溫降的影響較小，可忽略不計，環(huán)境溫度的變化，導(dǎo)致保溫材料與外界的換熱系數(shù)發(fā)生變化，對溫降有一定的影響，需考慮該因素。蒸汽管道的壓降與蒸汽的密度成正比，與流量的平方成正比，且受流量的影響較大；管內(nèi)流體狀態(tài)的變化，對管道摩擦阻力系數(shù)影響較大，進(jìn)而影響壓降，需根據(jù)實際情況進(jìn)行計算。在評價蒸汽管道的熱力性能時，為了獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果，應(yīng)調(diào)節(jié)供熱起點的壓力、溫度，盡可能接近設(shè)計值，以減少誤差的存在?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】CJJT1852012，城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)規(guī)范[S].孫玉