長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

摘 要：近年來，隨著環(huán)境問題和能源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)峻，節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)占有著越來越重要的地位。節(jié)能減排是長期而艱巨的任務(wù)，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的過程中，如何提高能源使用效率是首先需要考慮的問題。在需要蒸汽供應(yīng)的各廠區(qū)，蒸汽的長距離輸送常常是個(gè)大問題，在輸送過程中能源損耗過大使得長距離輸送的經(jīng)濟(jì)效益過低，也使得能源浪費(fèi)問題愈發(fā)嚴(yán)重。本文通過研究新型長距離蒸汽輸送的具體案例，總結(jié)長距離蒸汽輸送的主要特點(diǎn)，以此來對長距離蒸汽輸送進(jìn)行評估。

關(guān)鍵詞：蒸汽輸送；節(jié)能減排；工業(yè)設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.176

0 前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，在工業(yè)生產(chǎn)中蒸汽的需求量越來越大。由于工業(yè)企業(yè)散居各處，不可能興建多個(gè)供熱設(shè)施來實(shí)現(xiàn)短距離輸送蒸汽，所以長距離蒸汽輸送技術(shù)擁有著廣闊的發(fā)展前景。無論是熱電廠還是熱用戶都已經(jīng)意識到了長距離蒸汽輸送技術(shù)技術(shù)的重要性。

1 長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)存在的主要問題

1.1 將蒸汽等同于理想氣體

現(xiàn)有的大部分關(guān)于長距離蒸汽輸送的研究都把管道中的蒸汽視為理想氣體，這是不準(zhǔn)確的。蒸汽的分子間距離較小，分子之間的作用力較大，在管道中，蒸汽的狀態(tài)和性質(zhì)在時(shí)時(shí)變化，熱力情況非常復(fù)雜。把蒸汽等同于理想氣體，容易在理論和實(shí)際之間造成較大的誤差[1]。

1.2 忽略了蒸汽輸送過程中的狀態(tài)變化

在許多研究資料的計(jì)算中，管道蒸汽都被視為理想飽和蒸汽來處理。但是長距離蒸汽輸送有著十分復(fù)雜的情況，管道內(nèi)的蒸汽常常處于過熱狀態(tài)，熱力性質(zhì)與飽和蒸汽并不完全相同，如此直接套用同樣會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。

1.3 在進(jìn)行水力計(jì)算是沒有考慮到熱力計(jì)算的影響

蒸汽作為可壓縮的流體有著特殊的熱力性質(zhì)，在長距離運(yùn)輸中熱力狀態(tài)變化復(fù)雜，會(huì)對水利工況產(chǎn)生實(shí)際影響。由于管道有著熱量消耗，散發(fā)的熱量帶走了一部分能量，導(dǎo)致管道內(nèi)的蒸汽壓強(qiáng)發(fā)生了輕微的下降。在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，要充分考慮到這一點(diǎn)，讓水利和熱力計(jì)算相結(jié)合，以降低計(jì)算時(shí)的誤差[2]。

2 長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)

2.1 可靠的保溫材料

傳統(tǒng)的保溫材料通常選用塊狀設(shè)計(jì)。由于管道材料與保溫材料有差別，在吸收熱量時(shí)的膨脹系數(shù)有著差別，這就必然導(dǎo)致管道與保溫材料之間，保溫材料與保溫材料之間會(huì)產(chǎn)生縫隙。熱量通過這些縫隙散發(fā)，導(dǎo)致了較大的熱損失。根據(jù)測定，通過縫隙產(chǎn)生的熱損失達(dá)到所有熱損失的四成。為了解決這個(gè)問題，新的保溫材料傾向于選用更加靈活的氈狀材料。氈狀材料可以互相疊壓，填充縫隙，而且深搜讀良好，所以保溫性能較好。

傳統(tǒng)氈狀材料有很多種，但不是每一種都適合用于管道保溫。比如超細(xì)玻璃棉比較滑，在使用一段時(shí)間之后，會(huì)因?yàn)檎羝艿篱L時(shí)間的輕微震動(dòng)了逐漸滑到管道的下方，缺乏持久性。所以在諸多氈狀材料中，我們選擇了巖棉制品。巖棉制品不易沉降，導(dǎo)熱性不強(qiáng)，相對來說重量較輕，施工起來也比較方便靈活。耐酸、耐風(fēng)化，在十五到二十年內(nèi)都可以不用更換，十分耐用。

2.2 新的保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了對新型保溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行評測，曾經(jīng)對某工廠的蒸汽管線進(jìn)行過測定。在使用了焓降法進(jìn)行測定之后，發(fā)現(xiàn)熱量損耗大大超出預(yù)期。在深入調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，蒸汽管線上層溫度較高，下層溫度較低。于是在管道頂部額外增加了一層保溫材料，來實(shí)現(xiàn)更好的保溫效果。

在減少熱損失的努力和嘗試中，每層保溫材料之間的接縫必須要錯(cuò)開，在接縫的地方用特殊材料堵住，比如碎巖棉。用鋼帶把每層的巖棉保溫材料札緊，外層加上鍍鋅鐵皮。為了防備風(fēng)吹雨淋，還可以再摔傷銀粉漆來提高光滑度，減少熱量損失。

2.3 隔熱型聚四氟乙烯滑塊管托

在管線建設(shè)時(shí)，滾動(dòng)管家常常存在著生銹和鋼材消耗等等問題。解決這個(gè)問題，可以用摩擦系數(shù)比較小的聚四氟乙烯橡膠。聚四氟乙烯和橡膠的耐熱性質(zhì)不同。聚四氟乙烯能夠忍耐250℃的高溫，而橡膠最多能達(dá)到105℃。為了解決這個(gè)矛盾，又要加裝能夠隔熱的管托。用60毫米的石棉橡膠板，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，可以起到很好的效果[3]。

2.4 減震器的應(yīng)用

要保持管道的穩(wěn)定運(yùn)行，就要廣泛的使用減震器。有的管道拐彎角度比較小，無法設(shè)置固定管架，為了有效控制管道的側(cè)向位移，必須要使用減震器。還有的管道直徑比較大，在露天時(shí)容易受到大風(fēng)天氣的影響，阻力很大，對管道的壽命有比較嚴(yán)重的影響。有的管道由于保溫層很多，直徑接近兩米，表面積巨大，每平方厘米承載的風(fēng)的壓強(qiáng)達(dá)到四千千克。在管道的兩端各安裝一對減震器之后，管道收到的壓力明顯下降了。

2.5 球形補(bǔ)償器的應(yīng)用

傳統(tǒng)的補(bǔ)償器是U型補(bǔ)償器，利用柔性的變形來吸收熱量，減少位移。每一個(gè)U型補(bǔ)償器的應(yīng)用就意味著一段阻力的增加。球型補(bǔ)償器是一項(xiàng)新的補(bǔ)償器技術(shù)。補(bǔ)償能力較大，是U型補(bǔ)償器的兩到三倍，不僅阻力較小，占地面積和體積也相對較小。

3 長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

在進(jìn)行了多種長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)的改革之后，長距離輸送設(shè)計(jì)的損耗明顯減少，為企業(yè)減少了大量成本，提高了能源的使用效率。由于熱損耗的大量降低，相同單位的煤炭資源能夠產(chǎn)生更多蒸汽，無形中為企業(yè)提高了競爭力，這部分的效益提升從長遠(yuǎn)來看高于進(jìn)行技術(shù)改革所需要的成本。

4 結(jié)論

長距離蒸汽輸送設(shè)計(jì)的改革是在必行，這是為了降低企業(yè)成本，提高能源利用效率，不僅是為了企業(yè)的長久發(fā)展，更是為了國家乃至于人類的可持續(xù)發(fā)展。本文主要分析長距離蒸汽輸送的技術(shù)特點(diǎn)，最后得出了進(jìn)行輸送技術(shù)的改革能夠有效提高經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]金生祥.北京市的城市供暖方式優(yōu)化研究[D].清華大學(xué)，2014.

[2]李國志.基于技術(shù)進(jìn)步的中國低碳經(jīng)濟(jì)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2011.

[3]張傳平.長距離輸氣管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性研究[D].中國石油大學(xué)（北京），2006.