供熱蒸汽管道溫降的影響因素淺析

摘要：熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱已成為公認(rèn)的節(jié)能減排技術(shù)。文章分析了影響供熱蒸汽管道溫降的主要因素，對(duì)蒸汽溫降過(guò)大而導(dǎo)致用戶端溫度過(guò)低的問(wèn)題提出了解決方法。

關(guān)鍵詞：蒸汽管道；溫降；影響因素

中圖分類號(hào)：TU833 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0163—02

為了滿足周邊企業(yè)不斷增長(zhǎng)的熱需求，廣州南沙某熱電廠新建了2×DN600的供熱管道，主管長(zhǎng)約5 km。蒸汽正常初始參數(shù)為1.3 MPa，310℃。4月份投運(yùn)后，業(yè)主向設(shè)計(jì)單位反映，蒸汽溫降過(guò)大，輸送到用戶時(shí)，已經(jīng)為濕飽和狀態(tài)，不能滿足用戶需求。

電廠供汽參數(shù)約為1.3 MPa，310℃，流量20～30 t/h，用戶暫只有1家，輸送距離約3 km，其余熱用戶還未接通。管道采用低架空敷設(shè)，個(gè)別段采用地埋管道。保溫采用硅酸鹽材料，管道原設(shè)計(jì)保溫層厚度為150 mm，后來(lái)施工時(shí)，業(yè)主將保溫厚度加到200 mm，保溫層結(jié)構(gòu)外表面溫度下降大約5℃。為了檢查保溫材料安裝情況，業(yè)主沿途撕開了幾處保溫結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)保溫厚度基本達(dá)到要求，鍍鋅鐵皮外表面溫度大約40℃。

1 計(jì)算過(guò)程分析

管道保溫結(jié)構(gòu)外表面散熱是引起管道內(nèi)蒸汽溫度下降的原因，單位質(zhì)量蒸汽的散熱量直接決定了蒸汽的溫降量，而在流量一定的情況下，初始溫度又是決定終點(diǎn)溫度的關(guān)鍵因素。

計(jì)算分析過(guò)程如下：首先計(jì)算保溫結(jié)構(gòu)外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，保溫結(jié)構(gòu)外表面的傳熱系數(shù)為保護(hù)層輻射傳熱系數(shù)與對(duì)流傳熱系數(shù)之和。

式中：a為保溫結(jié)構(gòu)外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/m2·K；ac為輻射傳熱系數(shù)，W/m2·K；an為對(duì)流傳熱系數(shù)，W/m2·K；w為室外風(fēng)速，廣州年平均風(fēng)速度2.2 m/s；南沙區(qū)可取2.4 m/s；D1為保溫層外徑，1 026 mm；ε為保護(hù)層材料黑度，鍍鋅鐵皮可取0.25；ts為保護(hù)層外表面溫度，40℃；ta為室外環(huán)境溫度，20℃。

計(jì)算出傳熱系數(shù)后，就可以計(jì)算出管道上的散熱量，根據(jù)蒸汽流量，可以計(jì)算出單位蒸汽的焓降，其計(jì)算關(guān)系如下：

式中：Q為管道保溫結(jié)構(gòu)外表面散熱量，W；L為管道長(zhǎng)度，3 000 m；△h為蒸汽焓降，kj/kg；q為蒸汽流量，kg/s。

蒸汽終點(diǎn)參數(shù)計(jì)算如下：

h1=h0—△h（6）

P1=P0—△P（7）

式中：h1為蒸汽終點(diǎn)焓值，kj/kg；h0為蒸汽初始焓值，kj/kg；P1為蒸汽終點(diǎn)壓力，MPa；P0為蒸汽初始?jí)毫?，MPa。

供熱蒸汽管道一般在設(shè)計(jì)流量下壓降大約

0.1 MPa/km，管道較長(zhǎng)時(shí)可取低，本文中的計(jì)算流量低于設(shè)計(jì)流量，為了簡(jiǎn)化分析，壓降取0.05 MPa/km。

2 影響因素分析

從計(jì)算過(guò)程可以看出，影響終點(diǎn)溫度的參數(shù)有保護(hù)層材料黑度、保溫層厚度、室外環(huán)境、管道長(zhǎng)度、初始參數(shù)等。保護(hù)層材料黑度的影響比較明顯，即黑度越大，散熱量越大，終點(diǎn)溫度越低。

本文擬從蒸汽流量、保溫層厚度、初始溫度及室外風(fēng)速等4個(gè)方面對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析。

2.1 蒸汽流量對(duì)溫降的影響

計(jì)算分別取流量為20 t/h、40 t/h、60 t/h、80 t/h進(jìn)行計(jì)算，得到圖1。從圖中可以看出，當(dāng)蒸汽流量為20 t/h時(shí)，距離2.5～3 km段有近似水平線，這是因?yàn)榇硕纬霈F(xiàn)飽和蒸汽。

2.2 保溫厚度對(duì)溫降的影響

為了分析對(duì)比下保溫效果，我們?nèi)?0 t/h時(shí)，保溫層加厚前后的溫降關(guān)系。計(jì)算過(guò)程同上，得到圖2。從圖中可以看出，保溫厚度增加后，用戶點(diǎn)蒸汽溫度有提升，但不大。這是因?yàn)楸貙雍穸仍黾雍?，雖然保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度下降，但散熱面積增加。

2.3 初始溫度對(duì)溫降的影響

提高蒸汽溫度，其保溫結(jié)構(gòu)外表面溫度也提高了，散熱量增加。那么，提高了初始溫度，其溫降情況怎樣呢。假設(shè)初始溫度提高到350℃，其余情況仍不變，取蒸汽流量為60 t/h，計(jì)算過(guò)程同上，得到圖3。從圖可以看出，溫降線大體平行，這意味著起點(diǎn)溫度對(duì)溫降影響很小。這是因?yàn)楸貙雍穸茸銐?，散熱量的增加而?dǎo)致的溫降的增大量，遠(yuǎn)小于蒸汽溫度的增加量。

2.4 室外風(fēng)速度對(duì)溫降的影響

環(huán)境溫度影響保溫結(jié)構(gòu)散熱，夏季散熱量低，冬季散熱量大。但從保溫結(jié)構(gòu)的外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式知，室外風(fēng)速也是對(duì)散熱量有影響的。取蒸汽流量為60 t/h，室外風(fēng)速度分別為1 m/s、1.7 m/s、2.4 m/s，計(jì)算過(guò)程不變，得到圖4。從圖中可以看出，隨著風(fēng)速的增加，溫降也依次增大。

3 結(jié) 論

①蒸汽流量是影響溫降的主要因素。在設(shè)計(jì)熱網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分調(diào)查分析近期、遠(yuǎn)期熱負(fù)荷，分期建設(shè)熱網(wǎng)，以免熱初期熱負(fù)荷小而導(dǎo)致管道低流量運(yùn)行，出現(xiàn)終端參數(shù)不能滿足用戶需求的情況。

②在蒸汽量不能提升的情況下，要滿足用戶的用汽要求，可以適當(dāng)提高蒸汽初始溫度。

③保溫材料及保溫厚度，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境與輸送距離、用汽的溫度要求進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。保溫厚度過(guò)厚，可能導(dǎo)致建設(shè)成本增加，而經(jīng)濟(jì)效果微小。

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