新型保溫材料在蒸汽管道的應用實踐

魏英豪,吳學春,李創(chuàng)國

1 概述

首鋼遷鋼公司冷軋區(qū)域蒸汽管道投用以來，冷軋用戶有蒸汽耗量大，壓力不穩(wěn)定等問題，蒸氣管道有著汽源距離遠（約2200 m），沿線疏水量大的特點。目前該管道運行時，蒸汽系統蒸汽溫度波動大，蒸汽品質無法保證，不僅對生產穩(wěn)定及安全操作產生影響，而且也不利于裝置的節(jié)能降耗。

2 改造方案的確定與實施

2.1 改造方案的確定

從節(jié)能降耗，穩(wěn)定生產的實際出發(fā)，經過深入調查，最終選用北京首邦新材料有限公司生產的SCDN多凝泡沫玻璃代替原設計選用的巖棉材料，SCDN多凝泡沫玻璃在隔熱中不受地域環(huán)境和各種惡劣工況條件的限制，具有質量輕、絕熱性能好、彈性好、尺寸穩(wěn)定、耐穩(wěn)性差等特點。在濕冷環(huán)境中其導熱系數更小，表現更為優(yōu)異。因此，SC-DN多凝泡沫玻璃完全可以滿足隔熱要求。

采用新型SC-DN多凝泡沫玻璃對所述蒸汽管道原保溫系統節(jié)能改造后，一方面可極大的降低管道保溫層表面溫度，減少蒸汽管道運行表面散熱能量損耗，提高輸送終端介質溫度，可有效的提高能源利用效率；另一方面，避免了人員燙傷的危險，減少了熱輻射污染。本項目與廠家合作，采用合同能源管理的形式，解決了施工、材料等環(huán)節(jié)容易引起的質量問題。

新型保溫材料與原保溫材料理化性能對比見表1所示。

表1 新型保溫材料與原保溫材料理化性能對比

2.2 施工步驟

（1）拆除原有的保溫層和保護層，清除管道上的塵土與雜物，保持管道表面干凈。

（2）安裝管道過渡層SC-QN高分子多晶纖維紙，以吸收高溫金屬管道的線性膨脹。

（3）安裝SC-DN多凝泡沫玻璃管殼第一層50 mm、第二層60 mm、雙層110 mm，上下左右錯層施工，粘合劑使用SC-WJ無機聚合物硅凝膠。

（4）除濕隔離層施工，在第一層玻璃管殼安裝完畢后，使用玻璃纖維布對管殼進行雙層纏繞，涂抹阻燃瑪蹄脂，厚度約2～3 mm左右，瑪蹄脂凝固后形成隔離層，可有效隔離水、水汽等以保證保溫效果，然后再安裝第二層SC-DN多凝泡沫玻璃管殼。

（5）采用玻璃纖維布對安裝完畢的SC-DN多凝泡沫玻璃管殼進行纏繞捆扎，加強對SC-DN多凝泡沫玻璃管殼保護及牢固性，使用0.7 mm鋁板進行外保護層施工。

（6）所有SC-DN多凝泡沫玻璃內層均涂抹SCQJ氣凝膠。

2.3 改造前管線外表面溫度檢測情況

2014年2月，在蒸汽流量120 t/h，氣溫-5.5℃的工況條件下檢測了管道保溫層外表面溫度。溫度測量使用紅外測溫儀，在兩根管道上均勻選取11個測溫點，測得溫度如表2。

表2 改造前供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度檢測記錄

檢測當日，所述蒸汽管道起始端（電廠減壓閥處）介質溫度為220℃，管道末端（冷軋減溫站）介質溫度為170℃，蒸汽輸送過程因管道表面散熱損失導致的溫降為50℃。

2014年5月5日，在流量60 t/h，平均氣溫23.2℃的工況條件下對相同蒸汽管道保溫層表面溫度的復測數據如表3。

表3 改造前供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度復測記錄

檢測當日，所述蒸汽管道起始端（電廠減壓閥處）介質溫度為220℃，管道末端（冷軋減溫站）介質溫度為150℃，蒸汽輸送過程因管道表面散熱損失導致的溫降為70℃。

通常，保溫層外表面溫度與環(huán)境溫度相差15℃ 以內時的保溫效率較好，即保溫層外表面溫度在38℃以下時保溫效果較好，而實際改造前兩次測得的保溫外表面平均溫度在60℃ 以上，說明使用巖棉保溫層的保溫效果很差。

2.4 改造后管線外表面溫度檢測情況

表4為低壓管網改造后保溫層外表面溫度勘測結果 。此次勘測于2014年 6月 16日完成，環(huán)境溫度35℃。

表4 改造后供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度檢測

改造后蒸汽品質明顯提高：

蒸汽管道表面溫度不超過環(huán)境溫度15℃，沿程熱損失明顯降低。

2013年冬季公司供冷軋蒸汽壓力最低低至約0.3 MPa，多次影響DCL機組低溫取向硅鋼的正常生產；2014年冬季保溫材料改造后公司供冷軋蒸汽壓力從未低至0.45 MPa，沒有出現影響冷軋生產的情況。

3 節(jié)能分析

3.1 理論計算

依據國家標準GB/T17357-2008《設備及管道絕熱層表面熱損失現場測定熱流計法和表面溫度法》的規(guī)定，以下按表面溫度法計算。

3.1.1 熱流密度計算

察院 根據被測物的表面溫度、環(huán)境溫度及表面換熱系數，按式（1）計算散熱熱流密度q：

式中：q-熱流密度，W/m2；

α -表面換熱系數，W/m2·K；

TW-表面溫度，K；

TF-環(huán)境溫度，K。

3.1.2 表面換熱系數計算

式(1)中α的表示表面換熱系數，對于露天布置的設備及管道，可按式(2)計算表面換熱系數：

式中，ω-風速，m/s，遷安當地年平均風速為3.0 m/s。

3.1.3 換算后的散熱損失

對于常年運行的管道，應將測試環(huán)境溫度下的測試值換算到常年運行時平均環(huán)境溫度下的對應值，換算公式如下式。

式中：

q′-換算后的散熱損失，W/m2；

q-測試的散熱損失，W/m2；

T1′-常年運行保溫結構外表面平均溫度，℃；

T1-測試時保溫結構外表面溫度，℃；

Tm′-常年運行平均環(huán)境溫度，℃；

Tm-測試時，當地環(huán)境溫度，℃。

3.1.4 單位長度散熱損失的換算

對于管道，可將單位面積散熱損失換算成單位長度的散熱損失值，按下式換算：

式中：

q1-單位管長的散熱損失，W/m2；

qs-單位面積的散熱損失，W/m2；

D-保溫結構外徑，m。

3.2 遷鋼冷軋蒸汽管道保溫改造節(jié)能效益計算

3.2.1 采暖季蒸汽管道節(jié)能效益計算（見表5）

表5 保溫散熱損失計算(厚度100)

4 效益分析

遷鋼廠區(qū)供冷軋兩根DN500蒸汽管道全長4471 m，該蒸汽管道采用SC-DN多凝泡沫玻璃保溫投資約1800萬元；正常運行采暖期節(jié)能效益折合飽和蒸汽量47894.11 t（16.6t/h）、非采暖期節(jié)能效益折合飽和蒸汽量28144.03 t（4.8t/h），正常運行年度節(jié)能效益折合飽和蒸汽量共計76038.14 t，飽和蒸汽按100元/t計算，年節(jié)能效益總額為760.38萬元，投入所述蒸汽管道保溫系統節(jié)能改造的全部費用可在2.4年內通過節(jié)能效益收回。

5 結論

通過對以上項目的論述以及改造前后的性能指數對比分析，可以得出的結論是：

（1）采用新型節(jié)能環(huán)保材料對該項目更新改造后，隔熱效果顯著，管道表面溫度與環(huán)境溫度差可大幅度下降至15℃以內并長期有效。有效降低了蒸汽系統的熱損失，末端用戶使用壓力維持在0.45 MPa以上，提升了蒸汽品質，通過蒸汽保溫整改不僅降低了蒸汽系統的能耗，還提高了蒸汽系統運行的穩(wěn)定性，為遷鋼冷扎的生產提供了有力的保障。

（2）經濟效益可觀，可有效降低日常運行維護費用及綜合投資；投資回收期短，用于所述蒸汽管道保溫系統節(jié)能改造所投入的費用可在短期內（2.4年）通過節(jié)能效益收回，后續(xù)效益更加客觀。

（3）社會效益方面，可有力改善廠區(qū)環(huán)境、降低周邊環(huán)境溫度和保障職業(yè)健康狀況。