集中供熱鍋爐采暖蒸汽管線熱損失原因分析和解決處理辦法

案例：獨山子石化于1989年建成了全長5400米的廠外蒸汽線，主要用于供熱及生活熱水。2002年建成集中供熱鍋爐后，逐步縮減蒸汽供熱面積，在2005年實現(xiàn)全區(qū)采用集中供熱鍋爐采暖，取消了蒸汽供熱。目前廠外蒸汽線只負責(zé)為居民生活、澡堂和賓館熱水提供熱源。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)計算，發(fā)現(xiàn)蒸汽線熱損失嚴重，造成巨大的能源浪費，增加了企業(yè)運行管理費用，因此必須盡快予以解決。--

1 現(xiàn)狀分析
為了便于分析，選取2007年和2008年1、2月各蒸汽計量點的統(tǒng)計數(shù)據(jù)作分析，可以看出，廠外蒸汽線2007年平均熱損失率54.95%，僅2008年1、2月平均熱損失率就達到了74.85%，造成的能源損失是非常嚴重的。

2 原因分析
針對廠外蒸汽線熱損失嚴重的問題，下面從蒸汽品質(zhì)、外保溫、蒸汽流速和管托熱損失等四個方面進行分析。
2.1  蒸汽品質(zhì)
2007年7月10日至7月14日蒸汽出廠參數(shù)見表2。
從表2的數(shù)據(jù)可以看出，出廠蒸汽的參數(shù)是滿足設(shè)計要求的，因此蒸汽供應(yīng)品質(zhì)不是造成廠外蒸汽線熱損失的原因。
2.2  外保溫
通過對現(xiàn)場供熱蒸汽線保溫檢查，架空蒸汽線保溫外觀情況較好，而地下管線保溫脫落較嚴重，特別是由獨山子客運站至二中東北角處的蒸汽線，保溫層脫落嚴重，管線保溫已不能滿足要求。為了便于分析，我們于2008年5月7日至5月9日選取八個監(jiān)測點對架空蒸汽線和地下（有管溝）蒸汽線保溫層外部溫度進行了檢測分析。
依據(jù)中華人民共和國國家標準《[URL=http://www.china-heating.com]熱力[/URL]輸送系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測方法》GB/T15910-1995，保溫結(jié)構(gòu)表面溫升應(yīng)不超過表4或表5規(guī)定的允許最大表面溫升。從表3、表4和表5的數(shù)據(jù)對比可以看出，架空和地下蒸汽管線表面溫度都超過了國家技術(shù)標準的要求，可見蒸汽管線外保溫不達標是造成蒸汽線熱損失嚴重的原因之一。
2.3  蒸汽流速
為保證蒸汽在輸送過程中的熱品質(zhì)，要求達到一定的蒸汽流速，稱為經(jīng)濟流速。當(dāng)蒸汽流速低于經(jīng)濟流速時，將增大蒸汽在輸送過程中的熱損失。為考察廠外蒸汽線在蒸汽輸送過程中的流速，我們針對廠外蒸汽線，按照蒸汽最大負荷20t/h，分8段、19個用汽點對廠外不同管徑蒸汽線的流量和流速進行了測算，見表6、表7。
可以看出，按照最大運行負荷計算，近端的DN150和DN200管徑的蒸汽線均能滿足經(jīng)濟流速的要求，但是遠端的DN150、DN300和DN500管徑的蒸汽線的由于輸送距離長、負荷逐步降低及管徑與蒸汽負荷不匹配等原因，蒸汽流速遠遠低于經(jīng)濟流速，是造成廠外蒸汽線熱損失大的原因之一。

2.4  管托熱損失
隨著節(jié)能工作的深化，通過應(yīng)用新型高效[URL=http://www.china-heating.com/jineng.asp]供熱保溫材料[/URL]，在提高管道保溫水平，減少管道熱損，已經(jīng)取得共識。但對于管托的熱損，尚未引起普遍重視，因此，在這里對管托熱損失進行一次分析。我們知道，目前在蒸汽管線上使用的管托是由鋼制管托支撐板與工藝管道焊接，底板放置在支架梁上，管托的熱損是通過支撐板與肋板導(dǎo)熱、底板散熱（對于鋼支架底板還存在導(dǎo)熱），把工藝介質(zhì)熱量散發(fā)到大氣中，造成蒸汽管道熱損失。
目前廠外蒸汽管線總長5400米，共有管托609個，采用的是普通鋼制管托，這類管托支撐板、肋板從管道接出（管外壁溫度接近介質(zhì)溫度），管托底板直接放置在土建鋼架梁上，管內(nèi)高溫介質(zhì)的熱量通過這些熱橋、管托底板把大量的熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中，其造成的蒸汽熱量損失可由以下計算得出：
對公稱直徑≤900mm的管道平均熱損以q0表示 （單位：kcal/m.h）。
單個管托熱損計算
每個管托通過支撐板等熱橋熱損可采用平壁熱損公式計算：
q=■=■=3003.8kcal/m2·h
式中：tp——管外壁溫度。取蒸汽平均溫度，（179+154）/2=166.5℃
ta——環(huán)境溫度。取獨山子地區(qū)常年平均溫度7.3℃
δ——肋板高δ=0.15m
λ——鋼的導(dǎo)熱系數(shù)λ=39kcal/m·h℃=163.8 kJ/m·h℃
αS——保溫層表面至周圍環(huán)境的給熱系數(shù)
管托底板面積f=0.2×0.6=0.12m2。
管托支撐板與肋板由于部分處在保溫層內(nèi)，其導(dǎo)熱面積要比底板小得多。一般認為按管托底板面積的60%取值較為合適。
q1=2837×0.12×60%=213.3kcal/h個=895.86 kJ/h個
每個管托保溫?zé)釗p：
q2=0.6m/個×q0=0.6q0kcal/h個=2.52q0kJ/h個
管托總熱損：
q=q1+q2=（213.3+0.6q0）kcal/h個=（895.86+2.52q0）kJ/h個
全線管托熱損量Q：
Q=（895.86+2.52q0）kJ/h個×609個=（545578.7+
1534.68q0）kJ/h
全線管托全年熱損量Q全年：
Q全年=（545578.7+1534.68q0）kJ/h×24×365
     =（4779269762+13443797 q0）kJ
     =（4779.269762+13.4438q0）GJ
由上式可以看出，管托的熱損量也是非常之大，是造成蒸汽線熱損的原因之一。

綜上所述，目前廠外蒸汽線熱損失超標的主要原因是蒸汽線外保溫不達標、管內(nèi)蒸汽流速遠低于經(jīng)濟流速及其管托熱損過大，無法適應(yīng)現(xiàn)在的運行工況造成的。若想根本改變現(xiàn)狀，只有采用更加高效，結(jié)構(gòu)合理的保溫方式，按照實際最大負荷對蒸汽線管徑重新進行計算，從而使蒸汽的實際流速達到蒸汽的經(jīng)濟流速指標，同時對管托進行保溫處理，進一步降低管托熱損失，才可以徹底解決該問題，這樣不僅增加了經(jīng)濟效益，同時增加社會效益。

通過以上分析，蒸汽線外保溫不達標及其管托熱損過大是造成廠外蒸汽線熱損失超標的主要原因。因此，應(yīng)對蒸汽線外保溫、蒸汽線管徑和管托進行計算、處理，建議采用自動補償耐高溫預(yù)制直埋式保溫管解決蒸汽線保溫問題，采用與實際負荷相匹配管徑的蒸汽線，確保蒸汽流速在經(jīng)濟流速范圍內(nèi)，同時采用隔熱管托解決管托散熱問題，可徹底解決廠外蒸汽線熱損失超標問題。