化工園區(qū)蒸汽管網的運營與設計

楊曉燕

摘要：在城市化進程不斷推進的背景下，石油、化工、醫(yī)藥等企業(yè)數(shù)量越來越多，為了合理利用土地資源，減少企業(yè)基礎投資，目前普遍通過建立化工園區(qū)，由園區(qū)集中提供水、電、汽、氣等能源，吸引相關企業(yè)入駐?；@區(qū)內，蒸汽是各企業(yè)日常生產不可或缺的能源，在建立化工園區(qū)集中供熱蒸汽管網的過程中需要考慮各企業(yè)的用汽量及用汽特點，合理敷設管網，同時還需要綜合考慮管網建設中的環(huán)境保護、節(jié)能降耗和投資成本等問題。本文從蒸汽網的運營和設計入手，討論項目的一些節(jié)能降耗措施，希望對化工園區(qū)蒸汽管網設計和運營研究帶來幫助。

關鍵詞：化工園區(qū);蒸汽管網;管網設計

一、蒸汽網的設計

蒸汽網設計的關鍵在于確保整個園區(qū)用熱的協(xié)調性、安全性和經濟性，同時在蒸汽管道正常運營的基礎上最大程度降低管網損耗，具體措施如下：

（一）熱用戶調研

在前期準備工作中需要調查分析熱用戶的用熱規(guī)律?；@區(qū)入駐了大量企業(yè)，各企業(yè)生產工藝及生產規(guī)模存在較大差異，各企業(yè)用熱參數(shù)、熱負荷需求量均不同，一些企業(yè)需要高溫高壓高品質蒸汽，一些企業(yè)低壓蒸汽即可滿足生產需求，一些企業(yè)對溫度是剛性要求，一些企業(yè)對壓力是剛性要求，一些企業(yè)全天連續(xù)生產，一些企業(yè)間斷生產，還有一些企業(yè)用熱負荷極不穩(wěn)定，因此必須做好熱用戶的調研工作，了解企業(yè)的生產工藝，用汽特征，以此統(tǒng)籌規(guī)劃園區(qū)蒸汽管網，保證管網運營的可靠性和經濟性。

（二）蒸汽管網的設計原則

1管道布置

蒸汽管道的敷設一般遵循距離短、線路直的原則，熱源盡量靠近負荷大的用戶，科學合理地進行管道敷設。當前以地下敷設和地上架空敷設為主要形式，其中架空敷設要和周邊建筑物保持協(xié)調，不宜架空的地段選擇地下埋設。近年來我國蒸汽管道直埋敷設技術長足發(fā)展，應用廣泛。

2管道組成件

蒸汽管道的組成件主要包括管道、閥門、管件、疏水裝置、安全裝置、計量裝置等。蒸汽管道材質的選擇主要與蒸汽的壓力和溫度有關，通常以焊接鋼管和無縫鋼管為主。管件的種類繁多，包括三通、彎頭、大小頭、接管座等。安全閥主要在管道超壓時進行泄壓保護，一般垂直安裝，排放管與大氣相連接。疏水閥可以及時排出管道內產生的凝結水，避免管道中因存在大量凝結水引起水擊事故，設計時需要根據(jù)輸水量和疏水壓差合理選擇疏水閥的型號及類別。在熱源出口以及熱用戶入口位置一般均會安裝流量裝置，用于計量結算。

3蒸汽管道熱補償

化工園區(qū)內，蒸汽管道一般與其他物料管道一起，在化工園區(qū)管廊上進行敷設。蒸汽管道在通汽停汽時會出現(xiàn)熱脹冷縮情況，為了保障蒸汽管道在熱狀態(tài)下自身的穩(wěn)定性及周邊管道、綜合管廊的安全性，必須對蒸汽管道進行合理的熱補償。一般利用自然彎角進行熱膨脹的自然補償或者設置補償器的方式，比如方形補償器、波紋補償器、套管式補償器、旋轉補償器等，設計時需要根據(jù)管網的布置確定補償器的形式與規(guī)格?，F(xiàn)在熱網多用自然補償和旋轉補償器補償、波紋管補償器補償相結合的方式。

二、管網設計中的節(jié)能降耗措施

某化工園區(qū)面積26平方公里，入駐企業(yè)主要從事石化產業(yè)配套設施的生產。近年來當?shù)卣叨戎匾暬@區(qū)內節(jié)能減排的工作，為了提升綜合熱效率，園區(qū)內配備了集中供熱抽汽機組，園區(qū)內蒸汽供熱半徑為15公里，對蒸汽管網設計建設和運行提出了較高要求。為此，園區(qū)蒸汽管網利用了長輸蒸汽管網技術，建設節(jié)能高效的供熱系統(tǒng)，項目設計過程中充分利用新工藝新材料，并結合化工區(qū)實際情況采取了如下措施：

（一）利用架空敷設方法

由于該化工園區(qū)地下水位較高，對埋地鋼管的腐蝕較嚴重，埋地施工難度也較大，同時已建管廊上已預留蒸汽管道管位，因此主要選擇架空方式，降低工程造價。

（二）采用雙管、多管制

由于該化工園區(qū)為新建園區(qū)，熱負荷發(fā)展速度慢，熱負荷不確定性因素較大，而蒸汽管網的損耗與管網的流量、管徑關系密切，管網管徑過大會導致工程投資增加，散熱損失加大;管徑過小會導致管網壓力損失增加。因此管網在設計時，根據(jù)熱負荷達產的年限，采用雙管、多管制，一次規(guī)劃分步實施，先建設一根較小的管道滿足近現(xiàn)期熱負荷的需求，遠期再根據(jù)熱負荷的發(fā)展情況建設新的管道，一次來降低管道損耗。

（三）設置高效隔熱管托

為了減小管道和支架出現(xiàn)熱橋效應，蒸汽管道采用隔熱管托。隔熱管托在管道和鋼性支架之間設置了硬質保溫材料，隔熱管道熱損失僅為普通支架的1/5。

（四）旋轉補償器的利用

近年來旋轉補償器在長輸蒸汽管網工程中利用廣泛，旋轉補償器具有補償量大、布置靈活等特征，一般每200～250米安裝一組，每組補償器段設置兩個固定點。不考慮地形的影響，每200～250米直管段僅4～5個彎頭，能夠大大減少管網的壓力損失，同時減小了固定支架的數(shù)量。

（五）高效保溫材料的運用

為了保證長距離管網末端用戶的用熱參數(shù)，設計環(huán)節(jié)中高度重視保溫材料的選擇和保溫層厚度的設置。該化工園區(qū)中DN400管道采用多層保溫結構，總厚度160毫米，保溫材料由里向外依次為硅酸鋁針刺毯、高溫玻璃棉，每層保溫材料外層覆蓋了鋁箔玻纖布。考慮到蒸汽管道熱量向上散發(fā)的特點，上表面溫度高于下表面溫度，因此在最外層保溫層的頂部1/3處再加設一層保溫層以降低上部管道外表面溫度。

三、蒸汽管網的運營

為保證到戶蒸汽質量合格，管網運行安全，園區(qū)應加強管網的運營統(tǒng)籌，加強安全管理，在降低運營成本的同時促進管網的良好運行，具體采取的措施如下：

（一）增加管網運營經濟性

前期熱用戶數(shù)量較少時，管網熱負荷小，損耗較大，運行維護成本并不低，整個管網的經濟性較差。園區(qū)需對用汽企業(yè)合理規(guī)劃選址，企業(yè)建設完成后加強協(xié)調，達到引汽條件時及時接入主管網，同時，管網設計時 “一次規(guī)劃分期實施”，先建設一根管滿足近期用戶需求，預留遠期負荷的管位，以此提高管網的經濟性。

（二）蒸汽管網質量控制

質量控制蒸汽管網安全運營的關鍵，設計中合理選擇管徑，合理選擇管道組合件型號，合理進行管道補償，選用合適的防腐保溫工藝;管網施工種高度重視質量控制工作，到場材料滿足設計要求，施工方案合理，施工質量滿足規(guī)范要求。

（三）蒸汽管網的日常維護

蒸汽管網日常維護主要針對管道、管托、閥門、流量計、補償器，溫壓儀表等。在日常巡檢和定期巡檢中注重檢查管道及附件是否出現(xiàn)滲漏、變形、位移、焊接、開裂、脫落等情況;檢查補償器的是否變形、補償量不足;檢查保溫是否破損、搭接是否位移等。

四、針對小流量運行的方案調整

蒸汽管網初期用戶較少，部分用戶間斷運行，管網流量變化較大，該工況不利于蒸汽管網的安全運行，為此管網在設計時考慮了以下措施：

（一）專線專供

對于離熱源較近，負荷變化很大，間斷運行的部分用戶，考慮專線專供，以減少對母管的影響。

（二）提高蒸汽管網出口參數(shù)過熱度

通過提高蒸汽出口的溫度，提高蒸汽的過熱度，保證到末端時，蒸汽仍然過熱或者微過熱，以減少冷凝水的產生。

管網小流量運行時，壓力損失較小，但溫度損失較大，蒸汽溫度下降冷凝成水，通過疏水裝置排出，造成了蒸汽管網的質量損失，同時排出的冷凝水溫度仍然較高，燙死燙傷了周邊植被，對周邊造成了熱污染，還易造成人身傷害。

（三）加強疏水

為確保管網的安全運行防止水擊事故，蒸汽管網須及時排出冷凝水。

結束語：

綜上所述，化工園區(qū)為順應大型化、集約化的發(fā)展趨勢，不斷招商引資，化工園區(qū)目前是我國熱用戶高度集中、需求較大的區(qū)域，化工企業(yè)的發(fā)展離不開能源的利用，尤其是對蒸汽和熱源的利用。因此，園區(qū)在供熱管網建設運營的整個環(huán)節(jié)，為保證安全生產、合理降耗，需做好前期設計和運營期管理工作，通過多項舉措降低損耗與運營成本，以此取得良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]陳陽. 化工園區(qū)蒸汽管網設計與運營的探討[J]. 能源與環(huán)境，2019，000（002）：24-25.

[2]張藜藜. 大型工業(yè)園區(qū)蒸汽系統(tǒng)的設計與實例分析[C]// 中國石油和化工勘察設計協(xié)會熱工設計專業(yè)委員會，全國化工熱工設計技術中心站年會. 2014.

南京蘇夏設計集團股份有限公司 江蘇南京 210000