蒸汽测量中热量损失的影响因素及对策分析

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摘要：随着生产及运维对测量精度要求日益提高，蒸汽流量测量方法及误差分析得到了越来越多的学者关注。文章分析了蒸汽管网凝结水损失和热量损失的影响因素，并提出有效减少蒸汽管网能量损失的途径。

关键词：蒸汽测量;热量损失;影响因素;对策

蒸汽计量是比较复杂的一套系统，由取压装置、压力、温度与流量计四部分组成。在工业生产中，工厂锅炉产出的过热蒸汽进入蒸汽管网，在蒸汽管网冗长与保温性能不佳时，过热蒸汽持续放热。在这一过程中，蒸汽热量会出现一定损失，蒸汽品质会大打折扣。因此，分析热量损失原因，并找出解决对策非常重要。

一、蒸汽供热损失主要存在问题

（一）管道输送热损失

以锅炉送出蒸汽为例进行计算，管径为DN200，管线沿线长度3000m，管道压力为1.2MPa，温度250℃，保温厚度100mm。管道为室外架空安装。

（1）单位平方米绝热层外表面的热损失量

计算依据为《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97。圆筒型单层绝热结构热冷损失量应按下式计算：

（1）

式中：Q为以每平方米绝热层外表面积表示的热损失量。

式中：-蒸汽管道外表面温度，取250℃;-地区年平均温度，取7.6℃;D1-蒸汽管道绝热层外径，取0.419m;D0-蒸汽管道外径，取0.219m;λ-保温层导热系数，取0.036W/m·℃;-绝热层外表面向周围环境的放热系数，取21.98W/m2·℃。

用以上数据带入（1）式中得：Q=64.55W/m2。即每平方米绝热层外表面的热损失量为64.55W/m2。

（2）每米管道长度表示的热损失量：q=∏D1Q（W/m）

式中：q为以每米管道长度表示的热损失量;q=∏D1Q=3.14×0.419×64.55=84.93W/m;则热电的热损失为：3000×84.63×3.6=917255kJ/h。

（3）蒸汽焓值计算

从过热蒸汽表中查得：压力1.2MPa、温度250℃蒸汽的焓值为焓值2799.4kJ/kg。流量10t/h时过热蒸汽的热量焓值：10000kg/h×2799.4kJ/kg=27994000kJ/h。

（4）过热蒸汽管道的保温层热损失的百分比：917255÷27994000=0.033=3.3%。从计算结果来看，在整条管线保温无破损、管道无泄漏的情况下，单纯管道输送的热损失理论为3.3%，而其它蒸汽管线的长度与这条管线的情况差不多，但保温状况差别较大，有些地方还使用的是岩棉等，甚至一些管道局部管段无保温或破损，这都造成蒸汽热损失增大。再加上其它支線管道的损失，蒸汽管线在输送过程中单纯管网热损失大于3.3%。

（二）蒸汽管道附属设施计量

（1）蒸汽管道在输送过程中会有热损失产生很多的冷凝水，为了确保蒸汽管道的正常输送，管道上有很多的疏水器，专门用于管道自动排水。这些管径一般是DN15-DN25的，目前全公司主管道大概有近300多个疏水器，且其中30%的疏水器阀门因使用频繁而损坏成为直排阀门。

（2）根据实际蒸汽的温度和压力，管径小于等于DN100时，蒸汽流速一般在15-30m/s，按经验值计算流量为100t/m2·s，这些直排管道的蒸汽损失量达到19t/d，其余疏水器的热排放（按30%计算）也达到136t/d。

（三）计量仪表选型、安装及维护因素带来的计量误差

由于蒸汽系统温度较高，饱和蒸汽又易变为汽、液两相流，相比之下测量难度大，甚至无法测量，造成蒸汽计量在实际操作中往往难以达到满意的效果。

（1）选型不正确造成的误差

用汽旺季，用汽量相当大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差过于悬殊，一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。有的用户在计量仪表时对自己的用汽量心中没数、不能向供热公司提供确切的参数，这是造成选型失误的一个主要因素。选型错误会导致仪表量程与实际偏差大，计量误差大。

（2）30%流量刻度以下精度难以保证

根据我公司蒸汽计量站采用孔板差压，这种计量器具存有一定的弱点：它的量程比一般为1：3，若运行在30%流量刻度以下时，其精度下降较大;运行工况条件偏离原设计条件，测量误差会增大，再如检侧系统中部件多，导压管系统易堵、易漏、易冻、易汽化等。所有这些随机误差最终会造成很大的计量误差。

（3）蒸汽计量仪表的不正确安装

任何蒸汽计量仪表都必须正确安装，否则就处于不正常的工作状态，造成计量误差。流体特性直接影响测量结果，而流体特性很大程度上受安装条件影响。安装条件考虑因素有蒸汽的流动方向，上下游管道状况，阀门位置，防护性辅助设备，非定长流（如脉动流）情况，电气干扰和维护空间等。具体参见“DL/T 5182-2004”。同时仪表安装需保证测量管道与工艺管道同轴，安装法兰垫子时要注意不要凸出管内径;安装时还应尽可能的减小因被测介质脉动引起的内部震动及因动力引起的外部震动。

（4）蒸汽计量仪表的定期维护不到位

由于蒸汽计量仪表长期处在高温、高压的水蒸汽环境中，很容易造成表件损坏、锈蚀、杂质阻塞等，蒸汽管道冷凝水多，需要定期对仪表清洗，经常对管道、仪表进行排水，但实际生产的连续性无法保证仪表的清洗，而排水不及时也经常造成仪表的冻堵，影响计量的准确。

二、解决方案

除了蒸汽管道输送不可避免的热量损失及零散的无计量保温外，可以通过以下工作来降低蒸汽的损失、提高蒸汽计量的准确性。

（一）管道输送

做好蒸汽管道的保温和消缺工作，减少因泄漏造成的蒸汽损失。（1）敷设适宜的蒸汽管道，按实际需要设计管径，过大的管径只会导致较大的热损失，对使用沒有任何的好处。（2）选用保温效果好的保温材料，良好的保温能够减少管道的热损失。（3）对于新接引的蒸汽管道必须安装计量仪表，如现场条件不能满足安装要求应从计量仪表后接引，以避免漏计。

（二）蒸汽性质的提高

提高主管蒸汽的压力和降低蒸汽的湿度。因为任何蒸汽计量仪表只能计量流过的蒸汽，无法对流过的水进行计量，目前单独测量饱和蒸汽的干度还没有一种更好的办法，建议公司要尽可能提高饱和蒸汽的质量，使用干饱和蒸汽才能达到预期的计量效果。

（三）仪表选型、安装及维护

（1）蒸汽仪表的选型： 由于孔板测量技术发展成熟，有相应的国家标准和国际标准作支持，本身结构简单、造价低，耐高温性能和抗振性能好，所以对于大中型管道，如DN200mm 以上管道，多建议采用孔板差压式流量计。对于中小管道，一般在DNl00以下，除了孔板差压式以外，威力巴、涡街流量计使用较多。而对于更小的用户，管径在 DN50mm以下的，多用涡街流量计和分流旋翼式流量计。

（2）正确安装要做到： 在所安装仪表的前后必须留有足够长的直管段; 蒸汽计量仪表不能安装在整套管路的最低处。

（3）蒸汽仪表的校验： 我公司所辖企业蒸汽计量多采用孔板差压流量计，这类流量计属于强检计量器具，在生产允许的情况下应全部按周期检定，保障计量精度。

（4）蒸汽仪表的维护： 蒸汽仪表所处环境恶劣，因此需要经常维护和定期检修。需要定期对仪表清洗，经常对管道、仪表进行排水，定期对差压变送器或压力变送器的零点进行监测，防止漂移，才能确保仪表的正常运行。

蒸汽的使用、计量管理是一项艰巨的工作。只有从管道的保温、用户的使用、仪表的选型安装维护等各方面全面做工作，提高蒸汽计量的准确性才能确保蒸汽的低损失，给用户提供高品质蒸汽。

参考文献

[1]王子乔，吕品一，闻璋，张立秋.供热系统供热量计量方法研究[J].中国计量，2018（12）

[2]王子乔. 供热过程流量及热量测量研究[D].吉林大学，2018

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