提高蒸汽管網(wǎng)效率,降低管損的技術(shù)要點(diǎn)和實(shí)施方案一

1、提高蒸汽管網(wǎng)效率，降低管損，節(jié)約能源杭州瓦特節(jié)能工程有限公司技術(shù)服務(wù)中心蒸汽技術(shù)工程師李少鵬鍋爐產(chǎn)生的蒸汽必須通過(guò)管網(wǎng)輸送到使用熱量的用汽點(diǎn)。通常從鍋爐有一根或多根蒸汽主管向用汽車間方向輸送蒸汽，然后通過(guò)小口徑的分支管道將蒸汽送給各個(gè)用汽設(shè)備。蒸汽源到使用點(diǎn)的蒸汽輸送過(guò)程。蒸汽源可以是鍋爐房或者熱電聯(lián)產(chǎn)的供給。鍋爐可以是燃煤、油和天然氣的鍋爐，也可以是余熱鍋爐一使用高溫過(guò)程產(chǎn)生的廢氣。無(wú)論汽源如何，為了在用汽點(diǎn)得到高品質(zhì)的蒸汽一正確的蒸汽量和壓力，高效的蒸汽分配系統(tǒng)是關(guān)鍵所在。當(dāng)鍋爐的冠狀閥打開(kāi)（緩慢打開(kāi)），蒸汽立即從鍋爐進(jìn)入蒸汽主管。在初始狀態(tài)，蒸汽管道是冷態(tài)的,因此熱量從蒸汽傳遞給管道。管

2、道周圍的空氣更冷,管道會(huì)傳熱給空氣。除了蒸汽加熱管道引起的蒸汽冷凝（稱為“起動(dòng)負(fù)載”）以外，管道傳遞給空氣的熱量使蒸汽冷凝更快（稱為“運(yùn)行負(fù)載”）。這樣形成的冷凝水積累在管道底部，被蒸汽攜帶和重力的作用（通常蒸汽主管沿蒸汽流動(dòng)方向有一向下的梯度）沿蒸汽流動(dòng)方向流動(dòng)。當(dāng)用汽設(shè)備的閥門打開(kāi)，蒸汽從分配系統(tǒng)進(jìn)入用汽設(shè)備并接觸冷態(tài)的加熱面，蒸汽釋放出蒸汽燃加熱設(shè)備（起動(dòng)負(fù)載），并連續(xù)不斷傳遞熱量給工藝制程，然后冷凝成水。現(xiàn)在有一連續(xù)的蒸汽流來(lái)自鍋爐以滿足所連接設(shè)備的負(fù)載要求，為了維持該蒸汽供給，鍋爐必須產(chǎn)生更多的蒸汽。為此，更多的燃料加入鍋爐，更多的水泵入鍋爐以補(bǔ)充水蒸發(fā)成蒸汽。蒸汽產(chǎn)生、輸送、使用、

3、冷凝水回收的一個(gè)典型循環(huán)選擇工作壓力蒸汽分配系統(tǒng)是汽源和用汽設(shè)備之間的重要連接。蒸汽分配系統(tǒng)必須在最小散熱損失和最小費(fèi)用的情況下，提供正確的流率和正確的壓力。用中的最動(dòng)阻揄送必須使曲力系我們必須時(shí)刻記住，在工藝制用的是干飽和蒸汽（并非過(guò)熱蒸輸送蒸汽的壓力取決于用汽點(diǎn)壓力。但我們必須記住，由于蒸和散熱損失引起的蒸汽冷凝，使統(tǒng)后壓力有所下降。因此在決定和備管汽送程1)0設(shè)汽蒸輸加所道在壓熱需的通力應(yīng)要流過(guò)時(shí)考慮一定的余量。總之，在選擇工作壓力時(shí)，我們必須考慮以下幾占八、 用汽設(shè)備需要的壓力 沿管道的流動(dòng)阻力引起的壓力降（摩擦） 管道的熱損失我們知道，高壓下蒸汽比容較小，因此在高于使用壓力的壓力下輸

4、送蒸汽時(shí)，輸送同樣的蒸汽量需要的管道口徑比較小。高壓榆送蒸汽高壓輸送蒸汽，則需要在各用汽點(diǎn)進(jìn)行減壓，以滿足實(shí)際應(yīng)用過(guò)程的壓力需要。瓦特節(jié)能認(rèn)為高壓輸送蒸汽具有以下優(yōu)點(diǎn)：1 .更小的蒸汽管道。管道表面積小，散熱損失少。2 .蒸汽管道的費(fèi)用減少，包括管道材料、法蘭、支撐件和勞力。3 .管道的絕熱費(fèi)用減少。4 .通過(guò)減壓在使用點(diǎn)可以獲得更加干燥的蒸汽。5.鍋爐在高壓下運(yùn)行時(shí)更接近其最佳運(yùn)行狀況，因此效率更高。鍋爐在高壓下運(yùn)行時(shí)的蓄熱能力大，有助于處理系統(tǒng)負(fù)載的波動(dòng)，減少汽水共沛和攜帶的可能性。管道口徑選型目前普遍存在的問(wèn)題是根據(jù)所連接的設(shè)備接口管徑來(lái)選擇輸送蒸汽的管道。而輸送的壓力以及輸送的蒸汽質(zhì)量

5、等關(guān)鍵因素往往被忽略。瓦特節(jié)能認(rèn)為如果管道選型過(guò)大，則： 管道費(fèi)用增加 形成的冷凝水增多 冷凝水增加，引起蒸汽品質(zhì)下降、傳熱效率降低 更多的熱損失例如，使用50mm的蒸汽管道能輸送足夠的蒸汽，如使用80mm的管道，則費(fèi)用會(huì)增加44%o80mm絕熱管的熱損失比50mm絕熱管的損失多21%。80mm非絕熱管的熱損失比50mm非絕熱管的熱損失多50%o瓦特節(jié)能經(jīng)驗(yàn)表明如管道選型偏小，則：.高的蒸汽流速產(chǎn)生高的蒸汽壓力降，到達(dá)用汽點(diǎn)時(shí)壓力不足 用汽點(diǎn)沒(méi)有足夠的蒸汽量 蒸汽流速加快，容易產(chǎn)生沖蝕和水錘管道的口徑選擇可以使用以下兩種方法中的任種。：流速法壓降法無(wú)論使用何種方法進(jìn)行選型，應(yīng)該用另一種方法進(jìn)行

6、校核以確定不超出限制。流速選型是基于管道的流通體積等于管道的板面積和流速的乘積（記住比容隨壓力變化而變化）。如果知道了蒸汽的質(zhì)量流率和壓力，我們可以很容易計(jì)算出管道的體積流量（m/s）o如果我們確定一個(gè)可以接受的流速（m/s）,知道了所揄送的蒸汽體積，則可以計(jì)算所需的流通截面積（管徑）。特定流速下的管道流量隨以下因素的增加而增加：流速（原因如前頁(yè)所述）壓力。壓力增加，比容減小蒸汽管道流量圖表是根據(jù)蒸汽流速選擇管道的可靠方法。25-40m/s之間的流速適用于短的分支管道，而較低的流速，如15m/s左右可用于主蒸汽管。管道厚度和標(biāo)準(zhǔn)管徑通常使用的管道厚度是基于美國(guó)石油研究所（API）的管道表號(hào)，實(shí)

7、際的厚度參考表號(hào)確定。這些表號(hào)根據(jù)管道的壓力等級(jí)分為11個(gè)系列。從最低的NO.5至10,20,30,40,60,80,100,120,140和NO.160。對(duì)公稱口徑小于150mm（6英寸）的管道，管道系列號(hào)40是管道重量最輕的表號(hào)。只有40和80號(hào)覆蓋了從15mm（1/2英寸）一600mm的所有公稱口徑。最常用的蒸汽管道表號(hào)是40,次之是管表號(hào)80。管道表號(hào)表在BS1560和BS1600中可以查詢。管壁厚可以根據(jù)以下公式計(jì)算：壓設(shè)外應(yīng)部部道計(jì)內(nèi)內(nèi)管設(shè))=其tpDSPD20S+p力設(shè)計(jì)厚度(mm)計(jì)壓力bai;(105N/mm2)徑(mm)力N/mmfMN/m2)管電2/營(yíng)、，干，q07段計(jì)Y

8、1?Barm/s152025324050658010012515015.820©326.6435.0440.952562.777M102261282154.05Itg254358051362103625608220.42514254171971SB2273509039481369402340661131542543635619G515172101產(chǎn)10182951691141632514336819830.725173049851151902714197221135163840284878136185304434671115518152621151221345981133189292

9、503791114212520355799134221315487839131019044032509115821535450577013422110304615183150861181d4277427735115622520518314419632340171212201027278240478213323031451773711301061308344611523O65113154254382550962151221833253887109188256423603031160325203639406110717430141067696414©0256540325822415252

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12、639385686102510017528349066811011570242541766563a4774C16028045378510091761251238806682105021510415901412283945378961263195133605281762514251342353800578061470210532515600880112708比2143756081052143323823368520280601408220333特定流速下的管道流量要道中結(jié)力支最常用的材料為低碳鋼（等級(jí)620）,根據(jù)特殊需可以使用其它的等級(jí)。由上述公式，為了計(jì)算管厚度，需要知道材料的設(shè)計(jì)應(yīng)力，這可

13、以在BS806找到（安裝和連接至鍋爐的鐵素體管道的設(shè)計(jì)和構(gòu)）。應(yīng)力隨溫度的變化很大，因此在選擇設(shè)計(jì)應(yīng)時(shí)溫度是一個(gè)重要的變量。應(yīng)力在管道的兩個(gè)撐點(diǎn)之間也會(huì)積聚。如果安裝良好，則該應(yīng)力可以忽略，但考慮安全性和計(jì)算誤差，選擇較小的設(shè)計(jì)應(yīng)力更好。管道也應(yīng)該足夠的厚以承受沖擊和其它的用途如作為提升泵/設(shè)備等的連接點(diǎn)。另一個(gè)經(jīng)常用于管道厚度的術(shù)語(yǔ)是藍(lán)色和紅色帶。詳細(xì)參見(jiàn)BS1378（鋼管和其它用于BS21管螺紋標(biāo)準(zhǔn)的管材），應(yīng)用特殊的管道等級(jí)，紅色帶表示重級(jí)，藍(lán)色帶表示中級(jí)。對(duì)于蒸汽管道應(yīng)用紅色帶是最常見(jiàn)的，而藍(lán)色帶通常用于空氣分配管道。短于4m的管道只有一個(gè)顏色帶標(biāo)記，在4m-7m長(zhǎng)之間的管道在兩端附近

14、都有一顏色標(biāo)記。標(biāo)記帶大約50mm寬。紅色標(biāo)記帶一里級(jí)4m以下的管道藍(lán)色標(biāo)記帶-中級(jí)4m-7m之間的管道帶標(biāo)記的管道管道流量和壓力降我們需要考慮蒸汽管道內(nèi)的壓力降。使用12頁(yè)上的管道口徑選型圖可以殍到更詳細(xì)和全面的信息。下面，我們將討論兩個(gè)實(shí)例，一個(gè)理論性較強(qiáng)，另一個(gè)更實(shí)際些，通過(guò)這兩個(gè)實(shí)例我們可以對(duì)管道口徑選擇有較好的理解。舉例如果初始?jí)毫?bare壓力因子（PJ可以從管道選型圖的壓力因子表查得為56.38,并且如果最終壓力為6.4bar,壓力因子（P2）為48.48。L管道壓力降=F(PressureFactor)假定管道長(zhǎng)度（包括彎頭和接頭）為263米，財(cái):Pi=f=5吧8二48.48

15、=。成263使用管0.030一欄，919.4kg(x)的道流量和壓力降因子，我們找到左邊從左往右讀取數(shù)值，65mm的管道能揄送蒸汽，此時(shí)速度因子(y)為80.64m/So速度因子(y)是基于蒸汽的比容為1m'/kg,因此可以方便地轉(zhuǎn)化成其它比容狀態(tài)下實(shí)際的蒸汽流速:TrueVelocityx1ActualVolume因此如果速度因子(y)=80.64m/s,蒸汽壓力為7bar,比容為0.240m3/kg(參考蒸汽表)，我們可以得到實(shí)際的速度為：TrueVelocity=80.64x0.24TrueVelocity=19.35m/sF管道口徑(mm)1520253240506580100

16、1251501752002252503000.0209.830.63.111841761226490799120171235313505X16754.7910.12697431463388408Y20.29.36.39.141566.75.49107122135147160172193515507626.48.370104.5.3.6.3.0.0.30.02510.33.70.122045831329542881132193263347565X9948737.39.89.74.66770279632575081y23.32.40.43.51.65.73.83.10119135150166179

17、19121708029739032720.03012.36.77.132350911436588979144209285379625X00280198024428117956722y25.36.43.47.56.70.80.90.11129150164180195207239107639662管道流量和壓力降因子(部分)壓力Barg比容m3/ke壓力因子6.00.27243.546.10.26944.766.20.26545.986.30.26147.236.40.25848.486.50.25549.766.60.25251.056.70.24952366.80.24653.686.90.2

18、4355.027.00.24056.387.10.23757.757.20.23559.137.30.23260.547.40.22961.967.50.22763397.60.22464.847.70.22266.317.80.21967.797.90.21769.298.021570.80壓力因子表舉例讓我們進(jìn)行一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用，利用壓力降計(jì)算下圖中的主蒸汽管道口徑。從鍋爐至加熱組的長(zhǎng)度已知，但我們必須考慮連接件的摩擦阻力，通常稱為等效管長(zhǎng)度，例如將一個(gè)球形閥等效于多少米長(zhǎng)的直管道。如果已知管道的尺寸，則可以計(jì)算連接件等效的阻力。但實(shí)際上管道口徑不知道，則必須給連接件一個(gè)系數(shù)。簡(jiǎn)而言之，10

19、0m長(zhǎng)的直管道，可以考慮10%的連接件等效長(zhǎng)度。同樣是直管道，如果長(zhǎng)度較短，則可以考慮更多的連接件等效長(zhǎng)度，例如20%。在本實(shí)例中，屬于第一類，長(zhǎng)195m,增加10%(19m)的等效長(zhǎng)度，則總長(zhǎng)度為=214mo蒸汽流率我們必須考慮一定的余量，即由于蒸汽主管的輻射散熱引起的損失。加熱組的蒸汽用量為270kg/h,主管必須輸送這些質(zhì)量，同時(shí)加上管道輻射損失引起的蒸汽冷凝量。因?yàn)檎羝艿赖目趶缴形创_定，因此無(wú)法精確計(jì)算,如果管道絕熱，則假定每30m有1%的輻射損失。在本例中：214m30mx1%7.1%則鍋爐的蒸汽流率=270+7.1%=289kg/h根據(jù)壓力因子圖，7bar時(shí)Pi=56.386.6bar時(shí)P2=51.05并且等效長(zhǎng)度L=214m因此：uP1-P256.38-51.05cc”r=U.UzbL214根據(jù)管道流量和壓力降因子表，壓力降因子F為0.025時(shí)：40mm口徑的管道容量為209.8kg/h50mm口徑的管道容量為459.7kg/h因此管道必須選擇50mm。選擇蒸汽主管時(shí)，如果剛好能滿足額定的容量要求，則不是好的選擇，應(yīng)該留用一定的余量，以補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差和以后設(shè)備擴(kuò)容的需要。如果計(jì)算的F值為表中的中間值，雖然沒(méi)有完全的線性關(guān)系，但通過(guò)插值計(jì)算具有一定的精度。表中顯示的數(shù)據(jù)