熱力管網(wǎng)蒸汽輸送減少管道損耗的方法分析

張濤

山東省煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū) 山東煙臺(tái) 264006

1 熱源點(diǎn)供熱參數(shù)對(duì)管損的影響

1.1 機(jī)械能損耗

機(jī)械能損耗即壓力損耗，決定了蒸汽可輸送的距離及范圍。分析影響壓力損耗的參數(shù)，選用《流體輸配管網(wǎng)》4.24章節(jié)室外蒸汽管網(wǎng)水力計(jì)算的公式：

式（1）中，Rm為每米管長(zhǎng)的沿程壓力損失（比摩阻），Pa；K為蒸汽管道的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，取0.2mm；Gt為管段的蒸汽質(zhì)量流量，t/h；ρsh為管段中蒸汽的密度，kg/m3；d為管道的內(nèi)徑，m。對(duì)整段管道近似求壓力損失，即：

式（2）中，R總為總阻力，Pa；L為管道長(zhǎng)度，m。公式分析：具體參數(shù)如K值及ρsh值在計(jì)算中需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正，修正計(jì)算過程較復(fù)雜。以此公式數(shù)據(jù)關(guān)系即可推斷出：（a）比摩阻Rm與管徑d成反比，管徑越細(xì)，比摩阻越高。（b）比摩阻Rm與管段內(nèi)質(zhì)量流量Gt成正比，質(zhì)量流量越高，流速越快，比摩阻越高。（c）比摩阻Rm與蒸汽密度ρsh成反比。在長(zhǎng)距離輸送中，飽和蒸汽介質(zhì)內(nèi)含有一定的凝水，其參數(shù)參照《工程熱力學(xué)》附表2“飽和水與飽和水蒸氣表”即可確定。由該表可知，飽和蒸汽比體積與飽和溫度T成反比，即飽和蒸汽密度ρsh與飽和溫度T成正比，一一對(duì)應(yīng)。也就是說，在中長(zhǎng)距離輸送中，比摩阻Rm與飽和蒸汽溫度T成反比。（d）總阻力R總還與輸送距離L有關(guān)，距離越長(zhǎng)，R總越大。

1.2 熱能損耗

熱能損耗決定了蒸汽在輸送過程中凝水的比例，也直接決定了熱電廠供汽量與熱用戶用汽量的差值。熱能損失的因素與硬件設(shè)施相關(guān)，采用《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》中（25-107）關(guān)于供熱管道熱損失的公式進(jìn)行分析：

式（3）-（4）中，ΔQ總為總的熱損失量，W；S全管道表面積為全管道表面積，m2；ΔQ單位表面積熱損為單位表面積熱損失量，W；T0為管道外表面溫度，取蒸汽介質(zhì)輸送溫度，℃；Ta為環(huán)境溫度，℃；D1為管道保溫外徑，m；λ為保溫材料導(dǎo)熱率，W/（m·℃）；D0為管道外徑，m；αs為保溫層表面至周圍空氣間的總給熱系數(shù)，W/（m2·℃）。因此有：

2 熱用戶用熱參數(shù)對(duì)管損的影響

2.1 用汽量的影響分析

（1）用汽量對(duì)機(jī)械能的影響。根據(jù)上述計(jì)算和推論結(jié)果，流量越高，比摩阻越高，管道壓降越大，機(jī)械能損失越大，越不利于長(zhǎng)距離輸送。

（2）用汽量對(duì)熱能的影響。根據(jù)上述公式（5），在蒸汽介質(zhì)溫度一定、管線各項(xiàng)硬件設(shè)施條件一定的情況下，同樣長(zhǎng)度的管線其熱量損耗為定值，與用汽量無關(guān)，則熱用戶用汽量的熱值只要大于管線熱量損耗值，理論上即可供應(yīng)，但與用戶末端蒸汽的含水量有關(guān)。當(dāng)熱用戶用汽量的熱值等于管線熱量損耗值時(shí)，用戶末端出口應(yīng)以凝水為主。因此提高熱用戶用汽量，加強(qiáng)疏水，可以有效減少水擊隱患。

（3）用汽量對(duì)管損率的影響。當(dāng)管線內(nèi)蒸汽介質(zhì)溫度恒定時(shí)，其熱量損耗為定值，即用汽量越高，熱量損耗占供熱量的比例越低。

2.2 針對(duì)熱用戶用汽量的優(yōu)化方法

2.2.1 蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組

蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組使用溴化鋰吸收式制冷循環(huán)，以蒸汽作為高溫?zé)嵩创邉?dòng)溶液循環(huán)，實(shí)現(xiàn)在夏季“以熱制冷”。蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組的優(yōu)點(diǎn)為大量節(jié)省電能，適用于缺電地區(qū)，且可以利用較低溫度的熱能，有利于能源的綜合利用；缺點(diǎn)為現(xiàn)階段由于政策影響，大部分地區(qū)的蒸汽價(jià)格較高。經(jīng)綜合經(jīng)濟(jì)測(cè)算后，蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組并不一定比傳統(tǒng)以電為主要能源的空調(diào)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

2.2.2 階梯汽價(jià)模式

熱力公司可根據(jù)自身汽價(jià)、運(yùn)營(yíng)收益以及熱用戶的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)算。階梯汽價(jià)需關(guān)注的指標(biāo)主要有兩方面：

（1）設(shè)身處地為熱用戶考慮，在用汽量增加的情況下可以降低蒸汽價(jià)格，并根據(jù)其廠房、辦公樓的適用模式嘗試推薦使用蒸汽吸收式溴化鋰機(jī)組，達(dá)到夏季補(bǔ)足用汽量的目的；關(guān)鍵在于結(jié)合當(dāng)?shù)仉妰r(jià)測(cè)算后，熱用戶整體投資將優(yōu)于傳統(tǒng)電空調(diào)及傳統(tǒng)冬夏兩季用汽模式，以吸引其采納該方案。

（2）深入測(cè)算自身熱網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律及經(jīng)濟(jì)性，保證在汽價(jià)讓利而增加其夏季用汽量的情形下，自身全年管損率下降，整體經(jīng)濟(jì)效益提升，從而達(dá)到雙贏。

3 熱網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃

供熱系統(tǒng)的整體規(guī)劃優(yōu)化也對(duì)降低管損起著決定性的作用。規(guī)劃的核心理念在于將穩(wěn)定高用汽量企業(yè)置于最末端，且降低主干管的繞行度。熱網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃的目的有四：①保障運(yùn)行安全。穩(wěn)定高用汽量企業(yè)置于最末端時(shí)，根據(jù)上述分析結(jié)果，全干管內(nèi)的凝水量與蒸汽量的比率將會(huì)控制在較小的區(qū)間內(nèi)，有效保證全線穩(wěn)定運(yùn)行，不易發(fā)生水擊。②保障經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)上述分析結(jié)果，全線損耗的蒸汽量相較末端企業(yè)穩(wěn)定使用的蒸汽量很少時(shí)，全線管損率較低，整體經(jīng)濟(jì)效益較高。③便于管徑設(shè)計(jì)。穩(wěn)定高用汽量企業(yè)置于最末端時(shí)，可以依照末端企業(yè)最大用汽量計(jì)算所需管徑，即干管管徑，中途所需變徑較少。根據(jù)上述機(jī)械能分析結(jié)果，管徑較細(xì)時(shí)壓力損耗高，即若將較低用汽量的企業(yè)置于末端，可送汽距離及范圍將會(huì)縮小。④優(yōu)化支線分流。當(dāng)支管線熱用戶所需用汽量與干管末端用戶用汽量相比接近甚至高過干管末端用戶用汽量時(shí)，蒸汽輸送過程中支管網(wǎng)的管口壓強(qiáng)較高，容易形成湍流，不僅濕蒸汽內(nèi)的凝水對(duì)管道有較強(qiáng)的沖擊，存在安全隱患，而且會(huì)導(dǎo)致干管、支管內(nèi)流線紊亂，機(jī)械能損耗大，壓力降高，輸送距離變短。因此規(guī)劃園區(qū)的蒸汽管網(wǎng)時(shí)應(yīng)具有前瞻性，統(tǒng)籌考慮區(qū)內(nèi)企業(yè)分布情況，將主干管位置定好，今后有新用熱企業(yè)時(shí)添加枝狀支管道，對(duì)干管影響小，全系統(tǒng)保持較低的管損率、較平穩(wěn)地運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，在今后的施工過程中，要對(duì)施工前、施工中、施工后全時(shí)段過程進(jìn)行控制，以降低管損、提高經(jīng)濟(jì)效益、保障管道安全運(yùn)行為目的，注重細(xì)節(jié)，把基礎(chǔ)的工作做實(shí)做細(xì)，巧妙結(jié)合理論知識(shí)開展商業(yè)洽談工作，這樣才能爭(zhēng)取熱用戶與熱力管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)公司的雙贏，才能使熱力之樹常青。