主蒸汽管道的保溫節(jié)能分析

何嘉輝

摘 要： 在電廠的生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，由于針對(duì)管道系統(tǒng)方面的保溫設(shè)計(jì)選材、檢修損壞等多方面的原因，造成了主蒸汽管道的散熱損失比較大，無(wú)法達(dá)到國(guó)家所規(guī)定的相關(guān)規(guī)范，煤炭的損耗量普遍偏高。為了降低生產(chǎn)過(guò)程中的能源損，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行水平，更好的改變管道的保溫設(shè)計(jì)，以此來(lái)降低散熱損失，從而能夠提高全廠的效率、更好的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中主蒸汽管道的保溫節(jié)能。

關(guān)鍵詞： 主蒸汽管道；保溫；節(jié)能

1 前言

主蒸汽管的道輸以水蒸氣為介質(zhì)，其最高溫可達(dá)500℃，此溫度遠(yuǎn)高于自然界的普遍溫度，從而導(dǎo)致一部分的熱量在輸送過(guò)程中沒(méi)有能夠做功就被白白損失，由于被損失掉的這部分熱量主要是通過(guò)表面的散熱而失去的，因此十分難被回收以及利用。在此基礎(chǔ)之上，我們只能通過(guò)選取保溫隔熱材料來(lái)減少主蒸汽管道的散熱損失、在進(jìn)行管道保溫之后，能夠比不保溫減少90%左右的熱量損耗，由此可見(jiàn)主蒸汽管道保溫節(jié)能是十分重要的，但是保溫效果越好，所需的保溫材料就越多，在此方面的投入資金也就越大。

綜合考慮散熱損失、材料投資是研究最為經(jīng)濟(jì)合理的保溫所考慮的因素，在70年代出現(xiàn)的石油危機(jī)之后，人們普遍了解到了節(jié)能的重要性，各個(gè)國(guó)家也逐漸開(kāi)始關(guān)心節(jié)約資源這一世界話題。世界代用能源組織曾在相關(guān)的報(bào)道中指出，我們最易于實(shí)現(xiàn)的能源便是節(jié)能，在本世紀(jì)以及未來(lái)的時(shí)間內(nèi)，在環(huán)球性的以及國(guó)家的能源戰(zhàn)略中，節(jié)約能源會(huì)逐漸起到中心作用。目前我國(guó)主要是實(shí)行節(jié)能與開(kāi)發(fā)并重的能源發(fā)展方針。

2 主蒸汽管道保溫的意義

主蒸汽管道的保溫主要是指一種絕熱過(guò)程，也就是需要減少工業(yè)管道中的熱力管道以及熱力設(shè)備向周圍環(huán)境所散發(fā)的熱量。

2.1保溫的目的

主蒸汽管道的保溫主要是為了減少散熱損失，從而實(shí)現(xiàn)燃料的節(jié)約，以保證生產(chǎn)工藝流程的正常進(jìn)行，來(lái)提高設(shè)備的生產(chǎn)能力；同時(shí)也可以在一定程度上使得操作人員的工作環(huán)境有所好轉(zhuǎn)，也在工作期間保證了操作安全；能夠提高耐火絕緣，有效地防止火災(zāi)事故的發(fā)生；也能在操作過(guò)程中吸聲和隔熱，保證操作人員有一個(gè)良好的操作環(huán)境。最重要的是保溫可以降低熱量損耗、節(jié)省燃料，在各個(gè)領(lǐng)域都有十分廣泛的運(yùn)用以及重要作用。

2.2保溫的重要性

在生產(chǎn)過(guò)程中，主蒸汽管道內(nèi)部的蒸汽溫度可以達(dá)到500℃，一般情況下，其周圍的空氣為25℃，主蒸汽管道內(nèi)外溫度差可達(dá)到475℃，在如此大的溫差之下，如果不進(jìn)行保溫措施，就會(huì)造成十分巨大的散熱損失，會(huì)因此降低電廠發(fā)電以及供熱的能力。同時(shí)，熱經(jīng)濟(jì)性也有所降低，使得大量燃料被浪費(fèi)，因此要想節(jié)能就必須對(duì)熱力管道及其相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行保溫處理。

3.常用的集中保溫材料

3.1 硅酸鈣Ⅰ類：λ≤0.069W/m*k（設(shè)層內(nèi)均溫 300℃），使用溫度上限 550℃，密度170kg/M3。

3.2 硅酸鋁氈1號(hào)：λ=0.09 W/m*k（設(shè)層內(nèi)均溫 300℃），使用溫度上限800℃、密度 192kg/M3。

這兩種材料都具有一定的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為熱穩(wěn)定性優(yōu)良、導(dǎo)熱系數(shù)低、密度低、較高的抗拉伸強(qiáng)度等幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這些材料又具備耐腐蝕、零污染、施工過(guò)程簡(jiǎn)便、可塑性較強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。最重要的是，這兩種產(chǎn)品在價(jià)格方面十分接近。

2.3硅藻土保溫磚

在研究保溫結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，我們需要尋找一些導(dǎo)熱系數(shù)小、耐熱溫度高、抗壓強(qiáng)度高以及使用范圍廣的新型保溫材料，硅藻土保溫磚便是最好的代替材料，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為來(lái)源方便、價(jià)格親民、機(jī)械強(qiáng)度較高，但是它也存在一定的缺點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)大、吸水性強(qiáng)且在施工過(guò)程中會(huì)造成大量灰塵。

2.4微孔硅酸鈣

微孔硅酸鈣，具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、使用范圍廣等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，但吸水率也會(huì)比較大。

2.5硅酸鋁板

最近幾年發(fā)展比較快的是硅酸鋁板，其保溫性能良好，是一種新型保溫產(chǎn)品，其可以克服其他材料所產(chǎn)生的缺點(diǎn)。

3保溫設(shè)計(jì)中的計(jì)算原理

在保溫設(shè)計(jì)中，最重要的計(jì)算是厚度，主蒸汽管道中的熱量損失會(huì)隨著保溫厚度的增加而呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，反之亦然。散熱損失的減少，有利于實(shí)現(xiàn)燃料的節(jié)約，從而使熱損失費(fèi)用有所降低。但是保溫厚度的增加會(huì)使得材料耗量有所增加，從而使得保溫費(fèi)用增加，如何計(jì)算主蒸汽管道保溫節(jié)材料的經(jīng)濟(jì)厚度便成為重中之重。

現(xiàn)在，我們以管徑d=0273m，主蒸汽溫度t1=540℃的情況為例，分別對(duì)硅藻土保溫磚、硅酸鋁板以及微孔硅酸鈣三種保溫材料進(jìn)行測(cè)試，以便找出一種較好的保溫方式。

4 主蒸汽管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)

保溫結(jié)構(gòu)除了選材，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中也需要切合減少散熱損失、節(jié)約能源、等方面的需求。在此同時(shí)，我們更需要考慮其自身的經(jīng)濟(jì)性。本文之前也說(shuō)過(guò)，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是計(jì)算并且確定保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度。所謂的經(jīng)濟(jì)厚度，則是指在保溫后，每年散熱所造成的損失費(fèi)用與投資總費(fèi)用、年運(yùn)行費(fèi)用、維修費(fèi)用之相加之和為最小數(shù)值。

減少生產(chǎn)過(guò)程中的熱損失、節(jié)約燃料以及相關(guān)費(fèi)用是熱力設(shè)備以及管道絕熱的主要目的。但是對(duì)于這些設(shè)備進(jìn)行絕熱需要花費(fèi)一定的費(fèi)用，進(jìn)行相應(yīng)投資。經(jīng)濟(jì)絕熱性是我們需要達(dá)到的目標(biāo)，這就要求絕熱工程的投資年分?jǐn)傎M(fèi)用與年維修費(fèi)用相加之和不能超過(guò)每年所節(jié)省的燃料費(fèi)用。因此，最為經(jīng)濟(jì)的絕熱層厚度則是指在一定條件下（條件不可變），在不同的保溫厚度當(dāng)中，我們需要將年散熱損失的費(fèi)用、絕熱工程投資的年度折舊費(fèi)用以及年度維修管理費(fèi)用進(jìn)行相加，之后再進(jìn)行相應(yīng)的比較，在比較中，年總工作費(fèi)用達(dá)到最低值的時(shí)候，所對(duì)應(yīng)的保溫層厚度便被稱為是最佳經(jīng)濟(jì)厚度。

如圖所示，圖中的橫坐標(biāo)表示保溫層的厚度，縱坐標(biāo)則是每米每年所需的費(fèi)用，A1是指絕熱工程投資所需的年分?jǐn)傎M(fèi)用（也就是進(jìn)行保溫所需要支付的年度費(fèi)用）與年維修費(fèi)用的總和，B1主要是指在進(jìn)行絕熱后，年散熱所損耗的費(fèi)用，S1是指一個(gè)年度內(nèi)總工作費(fèi)用，也就是A1與B1的總和。A1的值會(huì)隨著絕熱層厚度δ的增加而逐漸增加，B1則會(huì)隨著絕熱層厚度δ的增加而出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，總費(fèi)用S則是在絕熱層厚度達(dá)到某個(gè)值δ0時(shí)具有極小值S1min，此時(shí)這個(gè)δ0就被稱為絕熱層的經(jīng)濟(jì)厚度。

保溫經(jīng)濟(jì)厚度在計(jì)算的過(guò)程中主要與諸多因素相關(guān)聯(lián)，主要是絕熱材料在平均工作狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)當(dāng)然也受熱價(jià)、年運(yùn)行時(shí)間等要素的影響。所有我們?cè)谶x擇的時(shí)候需要通過(guò)多種因素進(jìn)行考慮。在上文中，硅酸鋁板作為一種新型的保溫材料是最為經(jīng)濟(jì)合理的選擇。而且它還具備導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、價(jià)格親民等有點(diǎn)，是值得大范圍推廣和采用的一種環(huán)保新型保溫材料。

5 結(jié)論以及相關(guān)建議

（1）主蒸汽管道的保溫選擇，必須要將各種因素充分考慮進(jìn)去，包括水擊等造成的振動(dòng)、室內(nèi)室外的研究，在選擇保溫結(jié)構(gòu)的材料過(guò)程中，對(duì)與主蒸汽管道，更應(yīng)該采用的是復(fù)合的結(jié)構(gòu)形式；

（2）根據(jù)選擇的最佳保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，并且設(shè)計(jì)出最佳的保溫材料厚度，其中優(yōu)化設(shè)計(jì)需要參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，在優(yōu)化的過(guò)程中，導(dǎo)熱系數(shù)必需要選擇保溫結(jié)構(gòu)的相關(guān)導(dǎo)熱系數(shù)；

（3）保溫結(jié)構(gòu)工程的實(shí)施必須要嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行，對(duì)于不合格的保溫工程，必須返工，直到達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

這篇文章主要是針對(duì)主蒸汽管道的保溫節(jié)能改造進(jìn)行了相應(yīng)的分析，從保溫材料的選擇，計(jì)算等方面進(jìn)行了一定的說(shuō)明，為主蒸汽管道保溫節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了新的發(fā)展方向的展望。

參考文獻(xiàn)

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