供熱管網(wǎng)“零管損”運營分析探討

陳棟

摘要：近年來，隨著環(huán)保要求的不斷提升，由熱電廠集中供熱成為市場主流，供熱管網(wǎng)越來越龐大，蒸汽輸送距離逐漸增加，各熱電廠的供熱管損也越來越高。目前供熱管網(wǎng)在長距離輸送中產(chǎn)生的損失全部由供熱企業(yè)承擔(dān)，這給供熱企業(yè)造成了巨大的運營負擔(dān)，因此，盡量降低甚至消除供熱管損成為擺在各供熱企業(yè)面前最為重要的任務(wù)。本文基于華能金陵燃機電廠供熱管網(wǎng)“零管損”試驗成果，探討供熱管損的主要組成部分，和最大限度降低供熱運營管損的辦法。

關(guān)鍵詞：零管損;熱損失;金陵燃機電廠;控制試驗;

引言

華能金陵燃機電廠現(xiàn)向南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)和液晶谷近80余家用戶供熱，廠內(nèi)設(shè)置三個相互連通的分汽缸為供熱首站，其中#1分汽缸接出一根DN350管道向液晶谷供汽;#2、#3分汽缸分別接出一根DN700管道向南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)供汽，兩根管道并列運行，單根管道長度約14公里，進入開發(fā)區(qū)后接入兩個相互連通的分汽缸后，共接出四條主線向南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)供熱。自管道建成投產(chǎn)以來，電廠長期面臨著供熱管損大的壓力。電廠在長期跟蹤管損變化，分析管損的主要影響因素后，實施了供熱管網(wǎng)“零管損”試驗，探討最大限度控制管損的方法，取得了顯著成效。

1.管損組成

在實際應(yīng)用中，供熱管損主要來源于兩部分：一是因管網(wǎng)自身特性和蒸汽參數(shù)引起的內(nèi)部損失;二是供熱管網(wǎng)在運營過程中因管道泄漏和計量失準等原因引起的外部損失。

1.1內(nèi)部損失

內(nèi)部損失主要反映的是熱損失，即是蒸汽在管道內(nèi)傳輸過程中，因管道布置和蒸汽流量等因素引起的蒸汽參數(shù)變化，最終反映為質(zhì)量損失。熱損失的大小取決于初始參數(shù)和蒸汽流量。

1.2外部損失

外部損失主要由計量損失和泄漏損失組成。

1.2.1計量損失

計量損失主要是由于供熱管網(wǎng)在運營過程中，因表計側(cè)蒸汽處于非過熱狀態(tài)，部分蒸汽無法計量，此時計量表計測定流量小于實際流量，此部分因計量不準確導(dǎo)致的損失為計量損失。

1.2.2泄漏損失

供熱管道在運行過程中，隨著設(shè)備的老化，不可避免會產(chǎn)生泄漏，同時管道末端往往安裝自動疏水器，如用戶用汽量較小，此時蒸汽流速小，較多蒸汽凝結(jié)成水排放，會造成疏水損失，此時疏放水及泄漏損失是直接以質(zhì)量損耗的形式表現(xiàn)。

2.供熱“零管損”

華能金陵燃機電廠在嚴格監(jiān)視供熱管損變化、分析管損主要影響因素的基礎(chǔ)上，提出了“供熱零管損”的創(chuàng)新概念。

供熱“零管損”的含義是：供熱管網(wǎng)在實際運營過程中，除受其自身特性影響而發(fā)生的不可避免的損耗外，不再發(fā)生更多的供熱損失，此種狀態(tài)稱為“零管損”，為驗證“零管損”的可行性，電廠開展了供熱零管損控制試驗。

3.供熱零管損控制試驗

華能金陵燃機電廠向南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)供熱管網(wǎng)（簡稱“西線”）為替代南京第二熱電廠而建設(shè)，共有兩根長約14公里、DN700主線并列運行，經(jīng)配汽站兩只相互連通的分汽缸重新分配后，通過四根供熱支線接入開發(fā)區(qū)原供熱管道向開發(fā)區(qū)企業(yè)供汽。西線設(shè)計流量125t/h，設(shè)計初始溫度308℃-330℃，壓力1.2MPa-1.4MPa，設(shè)計末端溫度245℃，壓力0.91MPa，單根管道設(shè)計管損約5.2t/h，用戶用汽性質(zhì)為工業(yè)用汽。

自西線正式投產(chǎn)運行以來，管損一直偏高，特別是在供熱淡季，最高時管損超過25%，單位時間質(zhì)量損失高達30t/h以上。電廠在仔細分析管損影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際的供熱量情況，基于供熱“零管損”的概念，在2017年6月-10月實施了供熱管網(wǎng)零管損控制試驗，實際操作是將西線兩根供熱管道并列運行的方式改為一根運行，一根備用的運行方式。通過運行方式的變更，使管道的運行參數(shù)盡量接近于設(shè)計參數(shù)，并在此條件下摸索出不同流量下的最佳蒸汽運行參數(shù)。

3.1管損變化情況

對比試驗前后的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，剔出外部干擾因素，試驗前后管損有明顯降低。為保證準確性，選取流量相近的不同時段、某時段的連續(xù)用汽（環(huán)比）及7月份同比數(shù)據(jù)分析：

3.1.1流量相近的不同時段管損變化

對比與單管流量相近的不同時段數(shù)據(jù)分析，以2016年10月和2017年4月中連續(xù)6天的數(shù)據(jù)，與試驗后的管損數(shù)據(jù)進行比對。

可以看出， 試驗期間與接近或略低于2016年10月份用熱量的情況下（100-110t/h左右），管損由原來的19.80%降至15.83%;與接近或高于2017年4月份用熱量的情況下（115-125t/h左右）比較，管損由原來的17.42%降至9.19%。可見在供熱量基本接近的情況下，試驗期間的供熱損失明顯減小。

從絕對的質(zhì)量損失來說，試驗期間的損失也下降明顯，以上四表中，7月份6天的單位時間質(zhì)量損失僅為11.32噸/h，而2016年10月和2017年4月的雙管運行期間單位時間質(zhì)量損失分別為21.41和20.13，分別減少了10.09t/h和8.81t/h。

3.1.2某時段連續(xù)用汽管損變化

為盡量排除用戶間斷用汽的影響，分別取試驗期間和正常運行期間用戶工況基本一致的工作日各六天，時間段為9：00-16：00，對比數(shù)據(jù)如下：

從上表可以看出，試驗期間的開發(fā)區(qū)管損有所減小，特別是進入7月以后，在用汽量增加的情況下，管損下降尤其明顯。試驗期間管損最大10.42%，最小6.56%;而正常運行期間管損明顯偏大。

從質(zhì)量損失來說，排除用戶啟停影響后，在用戶連續(xù)用汽的情況下，短期間單管運行期間質(zhì)量損失相比雙管運行期間減少了近10t/h。

3.1.3同比管損變化

（1）與2016年同期相比，為便于分析，統(tǒng)一以供汽出口流量和用戶側(cè)流量數(shù)據(jù)對比分析，2017年7月份開發(fā)區(qū)供汽量85320噸，售汽量74740噸，管損為12.40%，2016年同期開發(fā)區(qū)供汽量89416噸，售汽量74345噸，管損為16.86%;管損同比下降4.46%，全月減少4492噸蒸汽損耗，折合噸小時減量6.04噸。

從月度管損曲線不難看出，2017年7月份管損明顯低于2016年同期，由于2017年7月份中旬開始，邦基糧油減產(chǎn)和金陵藥業(yè)年度檢修原因，管損降幅雖有所收窄，但平均值仍低于2016年同期。

（2）正常用汽管損比較

由于2017年7月19日起，存在大用戶停汽檢修的情況，對于管損影響較大，將此因素排除，單獨比較7月1日-7月18日的數(shù)據(jù)（金陵藥業(yè)7月19日開始停汽）如下：

◆2016年7月1日-18日開發(fā)區(qū)總供汽量52641噸，用汽量43257噸，總質(zhì)量損失9383.75噸，單位時間質(zhì)量損失21.72t/h，管損21.69%。

◆2017年7月1日-18日開發(fā)區(qū)總供汽量51589噸，用汽量46188噸，總質(zhì)量損失5400.49噸，單位時間質(zhì)量損失12.50噸，管損12%。

在排除大用戶停汽檢修，供熱量基本一致的情況下，2017年7月管損明顯小于2016年7月，其中管損減小9.69個百分點，單位時間質(zhì)量損失減小9.22t/h。

3.2流量溫度壓力曲線

3.2“零管損”控制試驗結(jié)論

從試驗的結(jié)果看，在用戶用量無法改變，同時初始參數(shù)符合設(shè)計要求的情況下，通過合理調(diào)整運行方式，將分布于兩根管道的負荷整合到單根管道上，有效減小了內(nèi)部損失，試驗期間的管損基本達到設(shè)計值，可以認為達到了“零管損”。

4.外部損失控制實例

4.1泄漏損失控制

泄漏損失的控制主要在以下兩方面：

（1）消除管道及其附屬機構(gòu)的泄漏，如焊縫撕裂、砂眼漏汽、盤根法蘭吹損等。

（2）盡量減少管道疏水，在管線末端含水量較大的位置，可考慮安裝合適的自動疏水器，其原則是避免自動疏水器工作時帶出的蒸汽越少越好，這樣一方面減少了管道中的水份，可在一定程度上保障計量表計的安全和計量完整性;另一方面減少了疏水過程中的蒸汽損耗。

在實際應(yīng)用中，普通焊縫、砂眼等泄漏造成的損失相對較小，在泄漏損失中，疏水損失所占比重較大，主要是由自動疏水器損壞而導(dǎo)致的長疏水和不合理的自動疏水器布置所引起。

華能金陵燃機電廠所轄供熱管線的邦基支線，長度約3公里，管道直徑為DN300，基本是架空直管，有少量地埋和彎頭，蒸汽參數(shù)較高，含水量少。2016年以前，此段管道有多達8組自動疏水器，且自動疏水器型式為熱動力式，儲水量小，在疏水過程中有大量蒸汽排出，管損較大。2016年下半年對此進行改造后，將自動疏水器全部拆除，將管線沿途疏水改為用戶內(nèi)部疏水，經(jīng)過計算，在用戶用汽方式不變的情況下，管損減少了約1.2t/h。

4.2計量損失控制

計量損失的組成，一是由于流量計計算方式與實際運行參數(shù)不匹配而導(dǎo)致計量損失;二是因流量計自身因素，在90%干度條件下，將因溫壓補償不足導(dǎo)致超過10%的損耗。

4.2.1計量方式調(diào)整

華能金陵燃機電廠南線，在建設(shè)投產(chǎn)后，長期處于低壓狀態(tài)運行， 末端用戶熊貓電子壓力最低僅為0.79MPa，溫度175℃，對應(yīng)初始壓力為0.8MPa，溫度260℃。此時雙方約定以固定密度方式計量，對應(yīng)固定密度下的溫度約185℃，壓力0.85MPa，基本符合其流量計處實際參數(shù)情況。

2018年下半年，因相關(guān)用戶用熱需求的變化，初始參數(shù)發(fā)生變化，溫度提高至295℃，壓力提高至1.1MPa，此時熊貓電子處溫度為195℃，壓力1.0MPa，對應(yīng)密度已大大超過流量計設(shè)定的固定密度，此時即發(fā)生了較大的計量損失。調(diào)整計量方式為溫度壓力實時計算密度的方式后，計量反映的質(zhì)量流量高出原固定密度下的質(zhì)量流量約1/3。

因此，在供熱管道實際運營過程中，企業(yè)可根據(jù)自身實際情況，選用合適的計量方式，以此實現(xiàn)減少此部分計量損失的目的。

4.2.2選用合適流量計并控制參數(shù)

應(yīng)根據(jù)需要選用合適量程的渦街流量計，減少最小流量下測量誤差和超量程下的流量失真，完善溫壓補償，同時控制好溫度壓力參數(shù)，使流量計處蒸汽始終處于過熱狀態(tài)，避免計量損失。

5.結(jié)語

供熱管損的控制是一項系統(tǒng)性工作，在控制管損的過程中應(yīng)立足理論，結(jié)合實際，科學(xué)實施。華能金陵燃機電廠不拘泥于設(shè)計運行方式，在合理的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)決策的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了供熱“零管損”的概念，并大膽采取了實際行動進行驗證，通過試驗，一是總結(jié)出了合理的流量、溫度、壓力曲線，二是驗證了供熱“零管損”的實際有效性，有非常顯著的示范效應(yīng)。

參考文獻

[1] 張開菊，等.熱力網(wǎng)與供熱：中國電力出版社，2008.1

[2] A.A.約寧.供熱學(xué).單文昌，尚雷，譯：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3] 李善化，集中供熱設(shè)計手冊：中國電力出版社，1996.

[4] 王宇清.供熱工程：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[5] 華永明.工程熱力學(xué)：中國電力出版社，2013.