蒸汽供熱管網供熱技術應用分析

李強

【摘要】作為能源建設的關鍵點，工業園區生產及供熱熱源往往采用蒸汽管網。其優點是建設成本較為低廉，但傳統工藝的蒸汽管網運行網損較大，不符合國家節能減排的總體方針，同時由于運行網損的增加造成管網疏水量加大，對管網運行安全造成一定隱患。近年來，隨著越來越多供熱新技術在蒸汽管網的應用，傳統工藝不斷改良，蒸汽管網運行效果也不斷完善，這為今后工業園區大力發展蒸汽供熱管網打下了堅實的基礎。

【關鍵詞】工業園區、蒸汽管網、供熱、新技術應用

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

1．概述

隨著改革開放的深入發展，越來越多的工業園區拔地而起，在可持續發展戰略的指導下，提升園區整體技術水平、優化園區產業結構、增強園區服務功能、完善園區基礎設施，建設一個經濟高效、生態和諧、體制完善的現代化、國際化新型工業區成為了園區建設的主題目標。作為能源建設的關鍵點，工業園區生產及供熱熱源往往采用蒸汽管網。其優點是建設成本較為低廉，但傳統工藝的蒸汽管網運行網損較大，不符合國家節能減排的總體方針，同時由于運行網損的增加造成管網疏水量加大，對管網運行安全造成一定隱患。近年來，隨著越來越多供熱新技術在蒸汽管網的應用，傳統工藝不斷改良，蒸汽管網運行效果也不斷完善，這為今后工業園區大力發展蒸汽供熱管網打下了堅實的基礎。

2．傳統工藝蒸汽管網

作為一種高效的熱源，蒸汽管網主要分為高壓蒸汽管網（6.4-10MPa）、中壓蒸汽管網（1.6-6.4MPa）、低壓蒸汽管網（＜1.6MPa）。以工業園區采暖及部分工藝需求要求，一般往往為低壓蒸汽管網。以低壓蒸汽管道為例，傳統工藝蒸汽管網主要從以下幾個方面考慮：

⑴.管網敷設方式，一般分為架空、直埋、管溝敷設；

⑵．管網補償方式，一般分為波紋管補償器、鉸鏈補償器、方型補償器等；

⑶．管網疏水方式，一般采用截止閥結合疏水器方式；

⑷．管網保溫方式，一般采用巖棉或玻璃棉等；

⑸．管網末端換熱方式，一般采用管式換熱器或板式換熱器。

采用以上工藝主要存在的問題是：

⑴.管網補償器運行中存在一定的安全隱患，易出現損壞失穩的狀況，同時管網建設投資加大；

⑵．管網疏水應分為啟動疏水和運行疏水，傳統模式尤其是采用截止閥的模式，管網運行中，閥門需常開，管網熱損失極大；

⑶．管網保溫效果較差，運行網損難以降低，運行成本加大；

⑷．末端換熱器換熱效率較低，運行中凝結水溫度難以控制，大量高溫凝結水被排放，不符合國家節能減排的政策；

隨著工業園區蒸汽管網不斷建設發展，以上問題已經嚴重制約了供熱管網的發展，同時也不符合國家節能減排的方針，因此應采用新的節能技術，使蒸汽管網供熱效果得到改善。

3．新技術應用

3.1新技術介紹

⑴.管網補償器及其附件

由于管道中的介質和周圍環境存在溫差，在管道的起停過程中以及運行中的溫度變化將引起管道的熱脹和冷縮。并產生較高的溫度應力，為了保證管道的安全運行，管道上每隔一定的距離應設置熱膨脹的補償裝置，以降低管道的應力水平，保證管道的安全運行。

作為一種新型補償器，旋轉補償器以其良好的使用效果，低廉的價格，長距離補償量成為蒸汽管網補償的首選。

蒸汽管網旋轉補償器的補償原理是通過一對或一組旋轉筒和L力臂形成力偶，使大小相等，方向相反的一對力，由力臂環繞著Z軸中心旋轉，以吸收力偶兩側直管段上產生的熱膨脹量。具體布置大樣詳見下附圖。

另外，由于旋轉補償器的補償量大，因此管道活動支架的摩擦力增大，為此管道活動支座采用隔熱型滾動支座，摩擦系數≤0.1。

低壓蒸汽管道活動支座材質為20#鋼。

管道固定支座選用國家標準圖集《室外熱力管道支座》97R412.021 。

低壓蒸汽管道固定支座材質為20#鋼。

支座大樣圖詳見下圖。

⑵.管網保溫材料

結合蒸汽管網運行安裝的特點，為有效降低管網沿途運行熱損，保證蒸汽輸送的品質，低壓蒸汽管道保溫材料宜選用用超細耐高溫玻璃棉制品和復合憎水硅酸鹽保溫殼的雙層保溫結構。

其中，復合硅酸鹽保溫殼作為輔助保溫層和防潮、防雨、防結露保護層。常溫導熱系數≤0.05 W/m.k, 最高使用溫度達到600℃，保溫后，架空管道外表面溫度不超過40℃。超細玻璃棉保溫導熱系數≤0.035 W/m.k，使用溫度達到-120～400℃。

如考慮防腐因素，架空管道的工作鋼管外涂防腐涂料后，進行雙層保溫，外包無鋅鎂鋼。

⑶．管網疏水方式

結合蒸汽管網運行特點，疏水應分為啟動疏水和運行疏水兩部分，在管網建設中應分別設置。啟動疏水及運行疏水應設置在蒸汽管道低點或管道垂直上升管段；同時在每個用戶計量裝置前設運行疏水，以保證用戶供汽安全。疏水節點大樣詳見附圖。

⑷. 凝水回收系統

一般蒸汽管網在運行及用戶使用后，會產生一定量的凝結水，按照國家節能減排的要求，這部分凝結水可考慮回收。另外，也可在用戶端采取措施，回收熱量及水資源，保護環境和節約能耗。具體可以采取兩個措施，一是在用戶側設置凝結水箱（閉式），將凝結水回收后，通過凝結水回收泵及CPVC凝結水管網直接輸送回熱源，以待利用；二是將凝結水直接回收至站內水箱，作為站內補水使用。以上兩種方式，一方面可以利用凝結水中剩余的熱量，另一方面也充分利用了水資源，避免了資源的浪費，實現了能源的梯級利用。此外，需要注意的是，凝結水管網宜采用CPVC塑料管材，避免采用金屬管道，使凝結水中鐵離子超標，影響進一步使用。

⑸.末端換熱系統

建議采用新型激波加熱汽水換熱機組，將蒸汽與二次水直接混合，最大限度的利用蒸汽資源，節約電能，滿足用戶供熱需求。

激波加熱器是利用蒸汽和水直接混合進行供熱或生活熱水供應的節能技術產品。激波加熱器由三段組成一蒸汽噴射段、汽水混合段、射流擴壓段。它的工作原理：運行時汽、水瞬間混合，形成流態復雜的、具有超可壓縮性（即壓縮系數驟增）的汽水兩相流體，混合后流體流速迅速由亞音速轉變為超音速卻無需消耗機械能。在經過瞬間的熱量與動量傳遞后，蒸汽完全凝結入水中共同形成高溫高壓的熱水從該設備中輸出，直接進行供熱循環或熱水供應。也就是說在一定條件下（如能提供一定要求的蒸汽壓力）激波加熱器運行時可以取代泵或減少泵的功率推動系統的循環。

3.2新技術應用分析

⑴.管網補償方面應用

傳統工藝補償方式，存在一定安全隱患，同時由于補償距離較短，因此管網整體補償器數量較多，工程投資加大，施工難度相應也增加。通過采用旋轉補償器，最大補償距離在500-600米，達到了傳統補償方式的8-9倍，同時由于為免維護補償器，管網運行安全性大大提高，管網整體投資大大降低，蒸汽管網供熱經濟性得以體現。

⑵．管網保溫方面應用

傳統保溫材料為巖棉或玻璃棉，運行網損較大，以天津第一熱電廠為例，冬季運行最大網損達25%，管網運行經濟性受到極大影響。通過采用超細耐高溫玻璃棉制品和復合憎水硅酸鹽保溫殼的雙層保溫結構，有效的降低了蒸汽管網熱輻射散熱損失，管網整體運行網損控制在3%-5%左右，大大提高了管網的經濟性，實現了蒸汽管網高效的運行。

⑶．疏水裝置及凝水回收應用

通過采用熱動力疏水裝置及有效的凝結水回收方式，將高品質熱源（蒸汽）充分有效的利用，同時將低品位熱源（凝結水）有效收集回收，不僅實現了能源的梯級利用，也實現了對水資源的有效回收，符合國家節能減排方針的同時，真正做到了高效、經濟、清潔的能源利用。