提高蒸汽管網效率,降低管損地技術要點和實施方案設計(一)

1、提高蒸汽管網效率，降低管損，節(jié)約能源 杭州瓦特節(jié)能工程有限公司 技術服務中心 蒸汽技術工程師 李少鵬 鍋爐產生的蒸汽必須通過管網輸送到使用熱量 的 用 汽 點。 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 小 口 徑 的 分 支 管 道 將 蒸 汽 送 給 各 個 用 汽 設 備。蒸 汽 源 到 使 用 點 的 蒸 汽 輸 送 過 程。 蒸 汽 源 可 以 是 鍋 爐 房 或 者 熱 電 聯 產 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 爐使用高溫過 程產生的廢氣

2、。 無 論 汽 源 如 何， 為 了 在用汽點得到 高品質的蒸汽 正 確 的 蒸 汽 量 和 壓 力，高效的蒸汽 分配系統(tǒng)是關 鍵 所 在。當 鍋 爐 的 冠 狀 閥 打 開（ 緩 慢 打 開） ，蒸 汽 立 即 從 鍋 爐 進 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 道 周 圍 的 空氣更冷，管 道會 傳熱 給 空 氣。 除 了 蒸 汽 加 熱 管 道 引起的蒸汽 冷凝 （ 稱 為“ 起 動 負 載”） 以 外， 管 道 傳 遞 給空氣的熱 量使 蒸汽 冷 凝 更 快（ 稱 為“ 運 行 負 載”） 。這

3、 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 汽流動方向有一向 下的梯度 ） 沿 蒸 汽 流 動 方 向 流 動。當 用 汽 設 備 的 閥 門 打 開， 蒸 汽 從 分配系統(tǒng)進入用汽 設備并接 觸 冷 態(tài) 的 加 熱 面， 蒸 汽 釋放出蒸汽焓加 熱 設 備（ 起 動 負 載） ， 并 連 續(xù) 不 斷 傳 遞 熱 量 給 工 藝 制 程， 然 后 冷 凝 成 水?，F在有一連續(xù)的蒸汽流來自鍋爐以滿足所連接 設 備的負載要求， 為 了 維 持 該 蒸 汽 供 給， 鍋 爐 必須產 生更多的蒸汽。 為 此， 更

4、多 的 燃 料 加 入 鍋 爐， 更多的 水泵入鍋爐以 補 充 水 蒸 發(fā) 成 蒸 汽。補給水蒸汽給水泵冷凝水冷凝水間 熱 統(tǒng)給水箱空 加 系大槽制程設備蒸汽產生、輸送、使用、冷凝水回收的一個典型循環(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用 的情況下，提供正確的流率和正確的壓力。我們必須時刻記住，在工藝制程和加熱應用中 使用的是干飽和蒸汽（并非過熱蒸汽）。輸送 蒸汽的壓力取 決于用 汽點設 備所需 要的最 高壓力。但我們必須記住，由于蒸汽管道的流動阻 力和散熱損失引起的蒸汽冷凝，使蒸汽在通過輸送 系統(tǒng)后壓力有所下降。因此在

5、決定輸送壓力時必須 考慮一定的余量?？傊谶x擇工作壓力時，我們必須考慮以下幾 占：八、用汽設備需要的壓力沿管道的流動阻力引起的壓力降（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 用壓力的壓力下輸送蒸汽時，輸送同樣的蒸汽量需 要的管道口徑比較小。高壓輸送蒸汽高壓輸送蒸汽，則需要在各用汽點進行減壓，以 滿足實際應用過程 的壓力需要。瓦特節(jié)能認為高壓輸送蒸汽具有以下優(yōu)點：1. 更小的蒸汽管道。管道表面積小，散熱損失少。2. 蒸汽管道的費用減少，包括管道材料、法蘭、支撐件和 勞力。3. 管道的絕熱費用減少。4. 通過減壓在使用點可以獲得更加干燥的蒸汽。5. 鍋爐在高壓下運行時更接近

6、其最佳運行狀況，因 此效率更高。鍋爐在高壓下運行時的蓄熱能力大，有助于處 理系統(tǒng)負載的波動，減少汽水共沸和攜帶的可能性。管道口徑選型目前普遍存在的問題是根據所連接的設備接口 管徑來選擇輸送蒸汽的管道。而輸送的壓力以及輸 送的蒸汽質量等關鍵因素往往被忽略。瓦特節(jié)能認為如 果管道選型過大，貝管道費用增加形成的冷凝水增多冷凝水增加，引起蒸汽品質下降、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，則費用會增加44%。80mm絕熱管的 熱損失比50 mm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 %。瓦特節(jié)能經驗表明如

7、管道選型偏小，貝*高的蒸汽流速產生高的蒸汽壓力降，到達用汽點時壓 力不足用汽點沒有足夠的蒸汽量*蒸汽流速加快，容易產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 一種。：流速法壓降法無論使用何種方法進行選型，應該用另一種方 法進行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截 面積和流速的乘積（記住比容隨壓力變化而變化）。3m2 mm x -ss如果知道了蒸汽的質量流率和壓力，我們可以3很容易計算出管道的體積流量(m /s)。如果我們確 定一個可以接受的流速(m/s)，知道了所輸送的蒸汽 體積，則可以計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

8、加： 流速(原因如前頁所述)壓力。壓力增加，比容減小蒸汽管道流量圖表是根據蒸汽流速選擇管道的 可靠方法。25- 40 m/s之間的流速適用于短的分支管 道，而較低的流速，如15 m/s左右可用于主蒸汽管。管道厚度和標準管徑通常使用的管道厚度是基于美國石油研究所 (API)的管道表號，實際的厚度參考表號確定。這些表 號根據管道的壓力等級分為11個系列。從最低的NO. 5 至 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140和 NO.160。對 公稱口徑小于150 mm (6英寸)的管道，管道系列號40是 管道重量最輕的表號。只有40和80號覆蓋了從15 mm (1/2英

9、寸)600 mm的所有公稱口徑。最常用的蒸汽管 道表號是40，次之是管表號80。管道表號表在BS 1560 和BS 1600中可以查詢。管壁厚可以根據以下公式計PD20S p其中：t=內部壓力設計厚度(mm)p=內部設計壓力bar,(105N/mm2)D=管道外徑(mm)S=設 計應力 N/mn1,(MN/m2)流速管道公稱口 徑 /管道表號40的設計內徑Barm/s152025324050658010012515015.820.9326.6435.0440.952.562.777.92102.26128.2154.0515915254358951362103625698220.4251425

10、417197159227350603948136940234066113154254363561965151721911510182951691141632514336819830.7251730498511519027141972211351638402848781361853044346711155181526211512213459811331892925037911142125203557991342213154878391319190440325691158215354505779134221103046151831508611819427 742 77 35115616692252

11、951831441963234617121226192727824047821332303145仃73711391961308344511523406511315425436255996215122183325386710918825642360393116032520363940611071743014106769641490256540325822152850801391903134466891186186426914254783134232316521743114819763106448540751322153715068331189183631624970717615345996165

12、2253/152981/140822133195525569815927637561988213622347368853254090157255441601990141121803755590185211539681111912614306139471631256337006256511418431943571610221578271842716167401041822955116961146163525254348683498671544771252172964876951073184829044194725741292093624938121158178830804841698940118

13、206334579788129918532861492877451118315498614024233054477511982063324246818258214423340455090612921996343854037802401312303736468801450206831945501864512484156010517029440166094214552506393856861025100175283490668110115702425417665639477401602804537851069176125123880668210502151641580141228394537886

14、1263195133605281762514251342353806578961476210532515600880112708402143756081052143323623368520289601408220333特定流速下 的管道流量最常用的材料為低碳鋼（等級620 ）,根據特殊需 要可以使用其它的等級。由上述公式，為了計算管 道厚度，需要知道材料的設計應力，這可以在BS 806 中找到（安裝和連接至鍋爐的鐵素體管道的設計和 結構）。應力隨溫度的變化很大，因此在選擇設計應力時溫度是一個重要的變旦 量。應力在管道的兩個支撐占八、之間也會積聚。如果安裝良好，則該應力可以忽略，但考慮安全性和計

15、算誤差，選擇較小的設計應力更好。管道也應該足夠的厚以承受沖擊和其/、它的用途 如作為 提升泵/設備等的連接點。另一個 經常用 于管道厚度的術語是藍色和紅色帶C詳羊細參見BS 1378 （鋼管和其/、它用于BS21管螺紋標準的管材），應用特殊的管道等級，紅/色；帶表示重級,藍色帶表示中級。對于蒸汽管道應用紅色帶是最常見的,而藍色帶通常用于空氣分配管道。短于4m的管道只有一個顏色帶標記在4m-7m長之間的管道在兩端附近都有一顏色標記己。標記帶大約J 50mm寬。紅色標記帶-重級4m以下的管道藍色標記帶沖級4 m - 7 m之間的管道帶標記的管道管道流量和壓力降我們需要考慮蒸汽管道內的壓力降。使用1

16、2頁 上的管道口徑選型圖可以得到更詳細和全面的信 息。下面，我們將討論兩個實例，一個理論性較強, 另一個更實際些，通過這兩個實例我們可以對管道 口徑選擇有較好的理解。舉例如果初始壓力為7 bar。壓力因子(P 1)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6.4 bar ，壓 力因子(P 2)為48.48 。L管道壓力降Pl - P2F(Pressure Factor)假定管道長度(包括彎頭和接頭)為263米，則:P1 - P2L 56.38 - 48.48263F = 0.03使用管道流量和壓力降因子， 我們找到左邊 0.030 欄，從左往右讀取數值，65 mm的

17、管道能輸送919.4 kg (x) 的 蒸 汽， 此時 速度因 子(y) 為80.64 m/s 。3速度因子(y)是基于蒸汽的比容為1 m/kg，因此可以方便地轉化成其它比容狀態(tài)下實際的蒸汽流速：True Velocity x 1Actual Volume因此如果速度因子(y) = 80.64 m/s，蒸汽壓力為7 bar， 比容為0.240 m3/kg (參考蒸汽表)，我們可以得到實際 的速度為：True Velocity = 80.64 x 0.24True Velocity = 19.35 m/sF管道口徑(mm)1520253240506580100125150175200225250

18、3000.0209.3063111841761226490799120171235313505x8.1.74.910.26974314633884086571Y202936391415667549107122135147160172193.5.5.0.66.8.7.004.5.3.6.3.0.0.315724310.025103370122045831329542881132193263347565x.9.4.77.9.9.4.67702796325750819833876y233240435165738310119135150166179191217.0.8.0.9.3.0.2.722793

19、0.030123677132350911436588979144209285379625x.0.0.280198024428117956722y253643475670809011129150164180195207239.1.0.7.6.3.9.6.62管道流量和壓力降因子(部分)壓 力Bar g比 容mi/kg壓 力因子6.00.2743.5：246.10.2644.7966.20.2645.9586.30.2647.2：136.40.2548.4886.50.2549.7566.60.2551.0256.70.2452.3；966.80.2453.6686.90.2455.0327.00

20、.2456.3087.10.2357.7757.20.2359.1537.30.2360.5247.40.2261.9967.50.2263.3797.60.2264.8447.70.22266.317.80.2167.7997.90.2169.2：798.021570.80壓力因子表舉例讓我們進行一個實際的應用，利用壓力降計算 下圖中的主蒸汽管道口徑。鍋爐7 bar g 289 kg/h195 m + 10%214 m等效長度加熱組6.6 bar g 270 kg/h長度從鍋爐至加熱組的長度已知，但我們必須考慮 連接件的摩擦阻力，通常稱為等效管長度，例如將 一個球形閥等效于多少米長的直管道。

21、如果已知管道的尺寸，則可以計算連接件等效 的阻力。但實際上管道口徑不知道，則必須給連接 件一個系數。簡而言之，100 m長的直管道，可以考慮10%的連接 件等效長度。同樣是直管道，如果長度較短，則可以考慮更多 的連接件等效長度，例如20%。在本實例中，屬于第一類，長195 m 增加10%(19 m) 的等效長度，則總長度為=214 m。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270 kg/h，主管必須輸送這些質量，同時加上管道輻射損失引起的蒸汽冷凝量 因為蒸汽管道的口徑尚未確定，因此無法精確計算, 如果管道絕熱，則假定每30m有1%的輻射損失。在

22、本例中:214 m30 mx 1%=7.1%則鍋爐的 根據壓力因子7 bar 時 P 16.6 bar 時 P2蒸汽流 率=270 + 7.1% = 289 kg/h 圖，=56.38=51.05等效長度L=214 m因此:Pl P2L56.38 -51.052140.025根據管道流量和壓力降因子表，壓力降因子F為0.025 時：40 mm 口徑 的管道 容量為209.8 kg/h50 mm 口徑 的管道 容量為459.7 kg/h 因此管道必須選擇50 mm。選擇蒸汽主管時，如果剛好能滿足額定的容量要求， 則不是好的選擇，應該留用一定的余量，以補償設計 誤差和以后設備擴容的需要。如果計算的F值為表中的中間值，雖然沒有完全的線 性關系，但通過插值計算具