长距离蒸汽输送设计及技术经济性评价

摘 要：近年来，随着环境问题和能源危机愈发严峻，节能减排、实现可持续发展的战略目标占有着越来越重要的地位。节能减排是长期而艰巨的任务，在实现节能减排的过程中，如何提高能源使用效率是首先需要考虑的问题。在需要蒸汽供应的各厂区，蒸汽的长距离输送常常是个大问题，在输送过程中能源损耗过大使得长距离输送的经济效益过低，也使得能源浪费问题愈发严重。本文通过研究新型长距离蒸汽输送的具体案例，总结长距离蒸汽输送的主要特点，以此来对长距离蒸汽输送进行评估。

关键词：蒸汽输送；节能减排；工业设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.176

0 前言

随着我国经济的快速发展，工业化的持续推进，在工业生产中蒸汽的需求量越来越大。由于工业企业散居各处，不可能兴建多个供热设施来实现短距离输送蒸汽，所以长距离蒸汽输送技术拥有着广阔的发展前景。无论是热电厂还是热用户都已经意识到了长距离蒸汽输送技术技术的重要性。

1 长距离蒸汽输送设计存在的主要问题

1.1 将蒸汽等同于理想气体

现有的大部分关于长距离蒸汽输送的研究都把管道中的蒸汽视为理想气体，这是不准确的。蒸汽的分子间距离较小，分子之间的作用力较大，在管道中，蒸汽的状态和性质在时时变化，热力情况非常复杂。把蒸汽等同于理想气体，容易在理论和实际之间造成较大的误差[1]。

1.2 忽略了蒸汽输送过程中的状态变化

在许多研究资料的计算中，管道蒸汽都被视为理想饱和蒸汽来处理。但是长距离蒸汽输送有着十分复杂的情况，管道内的蒸汽常常处于过热状态，热力性质与饱和蒸汽并不完全相同，如此直接套用同样会产生较大的误差。

1.3 在进行水力计算是没有考虑到热力计算的影响

蒸汽作为可压缩的流体有着特殊的热力性质，在长距离运输中热力状态变化复杂，会对水利工况产生实际影响。由于管道有着热量消耗，散发的热量带走了一部分能量，导致管道内的蒸汽压强发生了轻微的下降。在进行水力计算时，要充分考虑到这一点，让水利和热力计算相结合，以降低计算时的误差[2]。

2 长距离蒸汽输送设计的主要特点

2.1 可靠的保温材料

传统的保温材料通常选用块状设计。由于管道材料与保温材料有差别，在吸收热量时的膨胀系数有着差别，这就必然导致管道与保温材料之间，保温材料与保温材料之间会产生缝隙。热量通过这些缝隙散发，导致了较大的热损失。根据测定，通过缝隙产生的热损失达到所有热损失的四成。为了解决这个问题，新的保温材料倾向于选用更加灵活的毡状材料。毡状材料可以互相叠压，填充缝隙，而且深搜读良好，所以保温性能较好。

传统毡状材料有很多种，但不是每一种都适合用于管道保温。比如超细玻璃棉比较滑，在使用一段时间之后，会因为蒸汽管道长时间的轻微震动了逐渐滑到管道的下方，缺乏持久性。所以在诸多毡状材料中，我们选择了岩棉制品。岩棉制品不易沉降，导热性不强，相对来说重量较轻，施工起来也比较方便灵活。耐酸、耐风化，在十五到二十年内都可以不用更换，十分耐用。

2.2 新的保温结构设计

为了对新型保温结构进行评测，曾经对某工厂的蒸汽管线进行过测定。在使用了焓降法进行测定之后，发现热量损耗大大超出预期。在深入调查研究后发现，蒸汽管线上层温度较高，下层温度较低。于是在管道顶部额外增加了一层保温材料，来实现更好的保温效果。

在减少热损失的努力和尝试中，每层保温材料之间的接缝必须要错开，在接缝的地方用特殊材料堵住，比如碎岩棉。用钢带把每层的岩棉保温材料札紧，外层加上镀锌铁皮。为了防备风吹雨淋，还可以再摔伤银粉漆来提高光滑度，减少热量损失。

2.3 隔热型聚四氟乙烯滑块管托

在管线建设时，滚动管家常常存在着生锈和钢材消耗等等问题。解决这个问题，可以用摩擦系数比较小的聚四氟乙烯橡胶。聚四氟乙烯和橡胶的耐热性质不同。聚四氟乙烯能够忍耐250℃的高温，而橡胶最多能达到105℃。为了解决这个矛盾，又要加装能够隔热的管托。用60毫米的石棉橡胶板，经过实验测试，可以起到很好的效果[3]。

2.4 减震器的应用

要保持管道的稳定运行，就要广泛的使用减震器。有的管道拐弯角度比较小，无法设置固定管架，为了有效控制管道的侧向位移，必须要使用减震器。还有的管道直径比较大，在露天时容易受到大风天气的影响，阻力很大，对管道的寿命有比较严重的影响。有的管道由于保温层很多，直径接近两米，表面积巨大，每平方厘米承载的风的压强达到四千千克。在管道的两端各安装一对减震器之后，管道收到的压力明显下降了。

2.5 球形补偿器的应用

传统的补偿器是U型补偿器，利用柔性的变形来吸收热量，减少位移。每一个U型补偿器的应用就意味着一段阻力的增加。球型补偿器是一项新的补偿器技术。补偿能力较大，是U型补偿器的两到三倍，不仅阻力较小，占地面积和体积也相对较小。

3 长距离蒸汽输送设计的经济效益评价

在进行了多种长距离蒸汽输送设计的改革之后，长距离输送设计的损耗明显减少，为企业减少了大量成本，提高了能源的使用效率。由于热损耗的大量降低，相同单位的煤炭资源能够产生更多蒸汽，无形中为企业提高了竞争力，这部分的效益提升从长远来看高于进行技术改革所需要的成本。

4 结论

长距离蒸汽输送设计的改革是在必行，这是为了降低企业成本，提高能源利用效率，不仅是为了企业的长久发展，更是为了国家乃至于人类的可持续发展。本文主要分析长距离蒸汽输送的技术特点，最后得出了进行输送技术的改革能够有效提高经济效益的结论。

参考文献：

[1]金生祥.北京市的城市供暖方式优化研究[D].清华大学，2014.

[2]李国志.基于技术进步的中国低碳经济研究[D].南京航空航天大学，2011.

[3]张传平.长距离输气管道技术经济特性研究[D].中国石油大学（北京），2006.

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