蒸汽供热管网供热技术应用分析

【摘要】作为能源建设的关键点，工业园区生产及供热热源往往采用蒸汽管网。其优点是建设成本较为低廉，但传统工艺的蒸汽管网运行网损较大，不符合国家节能减排的总体方针，同时由于运行网损的增加造成管网疏水量加大，对管网运行安全造成一定隐患。近年来，随着越来越多供热新技术在蒸汽管网的应用，传统工艺不断改良，蒸汽管网运行效果也不断完善，这为今后工业园区大力发展蒸汽供热管网打下了坚实的基础。

【关键词】工业园区、蒸汽管网、供热、新技术应用

中图分类号：C35文献标识码： A

1．概述

随着改革开放的深入发展，越来越多的工业园区拔地而起，在可持续发展战略的指导下，提升园区整体技术水平、优化园区产业结构、增强园区服务功能、完善园区基础设施，建设一个经济高效、生态和谐、体制完善的现代化、国际化新型工业区成为了园区建设的主题目标。作为能源建设的关键点，工业园区生产及供热热源往往采用蒸汽管网。其优点是建设成本较为低廉，但传统工艺的蒸汽管网运行网损较大，不符合国家节能减排的总体方针，同时由于运行网损的增加造成管网疏水量加大，对管网运行安全造成一定隐患。近年来，随着越来越多供热新技术在蒸汽管网的应用，传统工艺不断改良，蒸汽管网运行效果也不断完善，这为今后工业园区大力发展蒸汽供热管网打下了坚实的基础。

2．传统工艺蒸汽管网

作为一种高效的热源，蒸汽管网主要分为高压蒸汽管网（6.4-10MPa）、中压蒸汽管网（1.6-6.4MPa）、低压蒸汽管网（＜1.6MPa）。以工业园区采暖及部分工艺需求要求，一般往往为低压蒸汽管网。以低压蒸汽管道为例，传统工艺蒸汽管网主要从以下几个方面考虑：

⑴.管网敷设方式，一般分为架空、直埋、管沟敷设；

⑵．管网补偿方式，一般分为波纹管补偿器、铰链补偿器、方型补偿器等；

⑶．管网疏水方式，一般采用截止阀结合疏水器方式；

⑷．管网保温方式，一般采用岩棉或玻璃棉等；

⑸．管网末端换热方式，一般采用管式换热器或板式换热器。

采用以上工艺主要存在的问题是：

⑴.管网补偿器运行中存在一定的安全隐患，易出现损坏失稳的状况，同时管网建设投资加大；

⑵．管网疏水应分为启动疏水和运行疏水，传统模式尤其是采用截止阀的模式，管网运行中，阀门需常开，管网热损失极大；

⑶．管网保温效果较差，运行网损难以降低，运行成本加大；

⑷．末端换热器换热效率较低，运行中凝结水温度难以控制，大量高温凝结水被排放，不符合国家节能减排的政策；

随着工业园区蒸汽管网不断建设发展，以上问题已经严重制约了供热管网的发展，同时也不符合国家节能减排的方针，因此应采用新的节能技术，使蒸汽管网供热效果得到改善。

3．新技术应用

3.1新技术介绍

⑴.管网补偿器及其附件

由于管道中的介质和周围环境存在温差，在管道的起停过程中以及运行中的温度变化将引起管道的热胀和冷缩。并产生较高的温度应力，为了保证管道的安全运行，管道上每隔一定的距离应设置热膨胀的补偿装置，以降低管道的应力水平，保证管道的安全运行。

作为一种新型补偿器，旋转补偿器以其良好的使用效果，低廉的价格，长距离补偿量成为蒸汽管网补偿的首选。

蒸汽管网旋转补偿器的补偿原理是通过一对或一组旋转筒和L力臂形成力偶，使大小相等，方向相反的一对力，由力臂环绕着Z轴中心旋转，以吸收力偶两侧直管段上产生的热膨胀量。具体布置大样详见下附图。

另外，由于旋转补偿器的补偿量大，因此管道活动支架的摩擦力增大，为此管道活动支座采用隔热型滚动支座，摩擦系数≤0.1。

低压蒸汽管道活动支座材质为20#钢。

管道固定支座选用国家标准图集《室外热力管道支座》97R412.021 。

低压蒸汽管道固定支座材质为20#钢。

支座大样图详见下图。

⑵.管网保温材料

结合蒸汽管网运行安装的特点，为有效降低管网沿途运行热损，保证蒸汽输送的品质，低压蒸汽管道保温材料宜选用用超细耐高温玻璃棉制品和复合憎水硅酸盐保温壳的双层保温结构。

其中，复合硅酸盐保温壳作为辅助保温层和防潮、防雨、防结露保护层。常温导热系数≤0.05 W/m.k, 最高使用温度达到600℃，保温后，架空管道外表面温度不超过40℃。超细玻璃棉保温导热系数≤0.035 W/m.k，使用温度达到-120～400℃。

如考虑防腐因素，架空管道的工作钢管外涂防腐涂料后，进行双层保温，外包无锌镁钢。

⑶．管网疏水方式

结合蒸汽管网运行特点，疏水应分为启动疏水和运行疏水两部分，在管网建设中应分别设置。启动疏水及运行疏水应设置在蒸汽管道低点或管道垂直上升管段；同时在每个用户计量装置前设运行疏水，以保证用户供汽安全。疏水节点大样详见附图。

⑷. 凝水回收系统

一般蒸汽管网在运行及用户使用后，会产生一定量的凝结水，按照国家节能减排的要求，这部分凝结水可考虑回收。另外，也可在用户端采取措施，回收热量及水资源，保护环境和节约能耗。具体可以采取两个措施，一是在用户侧设置凝结水箱（闭式），将凝结水回收后，通过凝结水回收泵及CPVC凝结水管网直接输送回热源，以待利用；二是将凝结水直接回收至站内水箱，作为站内补水使用。以上两种方式，一方面可以利用凝结水中剩余的热量，另一方面也充分利用了水资源，避免了资源的浪费，实现了能源的梯级利用。此外，需要注意的是，凝结水管网宜采用CPVC塑料管材，避免采用金属管道，使凝结水中铁离子超标，影响进一步使用。

⑸.末端换热系统

建议采用新型激波加热汽水换热机组，将蒸汽与二次水直接混合，最大限度的利用蒸汽资源，节约电能，满足用户供热需求。

激波加热器是利用蒸汽和水直接混合进行供热或生活热水供应的节能技术产品。激波加热器由三段组成一蒸汽喷射段、汽水混合段、射流扩压段。它的工作原理：运行时汽、水瞬间混合，形成流态复杂的、具有超可压缩性（即压缩系数骤增）的汽水两相流体，混合后流体流速迅速由亚音速转变为超音速却无需消耗机械能。在经过瞬间的热量与动量传递后，蒸汽完全凝结入水中共同形成高温高压的热水从该设备中输出，直接进行供热循环或热水供应。也就是说在一定条件下（如能提供一定要求的蒸汽压力）激波加热器运行时可以取代泵或减少泵的功率推动系统的循环。

3.2新技术应用分析

⑴.管网补偿方面应用

传统工艺补偿方式，存在一定安全隐患，同时由于补偿距离较短，因此管网整体补偿器数量较多，工程投资加大，施工难度相应也增加。通过采用旋转补偿器，最大补偿距离在500-600米，达到了传统补偿方式的8-9倍，同时由于为免维护补偿器，管网运行安全性大大提高，管网整体投资大大降低，蒸汽管网供热经济性得以体现。

⑵．管网保温方面应用

传统保温材料为岩棉或玻璃棉，运行网损较大，以天津第一热电厂为例，冬季运行最大网损达25%，管网运行经济性受到极大影响。通过采用超细耐高温玻璃棉制品和复合憎水硅酸盐保温壳的双层保温结构，有效的降低了蒸汽管网热辐射散热损失，管网整体运行网损控制在3%-5%左右，大大提高了管网的经济性，实现了蒸汽管网高效的运行。

⑶．疏水装置及凝水回收应用

通过采用热动力疏水装置及有效的凝结水回收方式，将高品质热源（蒸汽）充分有效的利用，同时将低品位热源（凝结水）有效收集回收，不仅实现了能源的梯级利用，也实现了对水资源的有效回收，符合国家节能减排方针的同时，真正做到了高效、经济、清洁的能源利用。

⑷．末端换热系统应用

通过采用激波加热器，与常规的汽水换热器相比，可实现以下优质运行效果：

Ⅰ.换热效率高。由于汽水直接混合，蒸汽100％地进入系统循环，换热效率接近100％。另外相对于以前的汽水换热器，节省蒸汽15%-30%。本项目每年至少可节省蒸汽1280t/h。

Ⅱ.节电。激波加热器的工作原理使其在系统运行中可以降低循环泵的运行功率，在一定条件下取代循环泵。同时，由于激波加热器是汽水直接混合式换热器，其运行时系统补水量大大减小，从而也节约了补水泵的电耗。

本项目实践证明，当实际供热负荷达到基本负荷时，完全可以取消循环泵，据此测算，运行电耗至少可节约70%。

Ⅲ.节水。由于激波加热器是汽水直接混合式换热器，正常运行时（不失水）系统不需要补水。对于较大型的系统，用汽量大，系统的膨胀排放水还可进一步利用。

Ⅳ.易维护。激波加热器器件完全采用不锈钢材料，耐腐蚀，可适用各种水质，使用寿命达10年以上，运行时汽水流速很快，内部不容易结垢，维修方便，每年可节省大量的维修费用。由于激波加热器运行时汽水流速很快，难以形成结垢底层，因此不易结垢。另外激波加热器体积小，没有运转部件，拆卸、检修非常方便。

4.运行实例

作为工业用采暖及工艺热源，蒸汽对于工业园区的利用具有一定得天独厚的优势。结合以上新工艺技术，以天津市第一热电厂蒸汽管网与天津市南港轻纺经济区为例，分析其蒸汽管网运行特点：

项目名称 管网疏水模式 管网保温 凝结水回收方式 补偿方式

一热汽网 截止阀 岩棉 无回收 铰链及波纹补偿器

南港轻纺经济区汽网 热动力自动疏水装置 超细耐高温玻璃棉制品和复合憎水硅酸盐保温壳的双层保温结构 在用户侧回收 旋转补偿器

通过以上对比，结合实际运行数据，一热汽网运行网损达25%，而南港轻纺经济区蒸汽管网运行网损为5%。同期运行效果，一热汽网检修量大大高于南港轻纺经济区蒸汽管网，除去热源侧的原因，主要维修量存在于管网补偿器上。综合比选，采用新技术的南港轻纺经济区蒸汽管网在经济性、安全性、稳定性及实用性上均高于采用传统工艺的一热汽网。

5.总结与体会

通过以上分析和论述，今后蒸汽管网在工业园区的能源利用中将扮演越来越重要的角色，而要使其更加节能高效，传统工艺已远远不能达到要求，为此必须将新的技术与理念融入到蒸汽管网的建设之中，只要充分挖掘新技术，应用新理论，才能在高效利用能源的道路上不断前进，将蒸汽管网供热技术推向更高潮。

参考文献

【1】南港轻纺经济区蒸汽管网集中供热工程可行性研究报告

【2】赵文瑾.激波加热器,2006

【3】施振球.动力管道设计手册,2005

【4】程代京、刘银河 主编. 蒸汽凝结水的回收及利用,2007

【5】吴高峰. 蒸汽节能――应用技术及实施方案,2008

【6】蒸汽疏水阀的设置, HG/T 20570.21-1995