新型保溫材料在蒸汽管道的應用實踐

魏英豪,吳學春,李創國

1 概述

首鋼遷鋼公司冷軋區域蒸汽管道投用以來，冷軋用戶有蒸汽耗量大，壓力不穩定等問題，蒸氣管道有著汽源距離遠（約2200 m），沿線疏水量大的特點。目前該管道運行時，蒸汽系統蒸汽溫度波動大，蒸汽品質無法保證，不僅對生產穩定及安全操作產生影響，而且也不利于裝置的節能降耗。

2 改造方案的確定與實施

2.1 改造方案的確定

從節能降耗，穩定生產的實際出發，經過深入調查，最終選用北京首邦新材料有限公司生產的SCDN多凝泡沫玻璃代替原設計選用的巖棉材料，SCDN多凝泡沫玻璃在隔熱中不受地域環境和各種惡劣工況條件的限制，具有質量輕、絕熱性能好、彈性好、尺寸穩定、耐穩性差等特點。在濕冷環境中其導熱系數更小，表現更為優異。因此，SC-DN多凝泡沫玻璃完全可以滿足隔熱要求。

采用新型SC-DN多凝泡沫玻璃對所述蒸汽管道原保溫系統節能改造后，一方面可極大的降低管道保溫層表面溫度，減少蒸汽管道運行表面散熱能量損耗，提高輸送終端介質溫度，可有效的提高能源利用效率；另一方面，避免了人員燙傷的危險，減少了熱輻射污染。本項目與廠家合作，采用合同能源管理的形式，解決了施工、材料等環節容易引起的質量問題。

新型保溫材料與原保溫材料理化性能對比見表1所示。

表1 新型保溫材料與原保溫材料理化性能對比

2.2 施工步驟

（1）拆除原有的保溫層和保護層，清除管道上的塵土與雜物，保持管道表面干凈。

（2）安裝管道過渡層SC-QN高分子多晶纖維紙，以吸收高溫金屬管道的線性膨脹。

（3）安裝SC-DN多凝泡沫玻璃管殼第一層50 mm、第二層60 mm、雙層110 mm，上下左右錯層施工，粘合劑使用SC-WJ無機聚合物硅凝膠。

（4）除濕隔離層施工，在第一層玻璃管殼安裝完畢后，使用玻璃纖維布對管殼進行雙層纏繞，涂抹阻燃瑪蹄脂，厚度約2～3 mm左右，瑪蹄脂凝固后形成隔離層，可有效隔離水、水汽等以保證保溫效果，然后再安裝第二層SC-DN多凝泡沫玻璃管殼。

（5）采用玻璃纖維布對安裝完畢的SC-DN多凝泡沫玻璃管殼進行纏繞捆扎，加強對SC-DN多凝泡沫玻璃管殼保護及牢固性，使用0.7 mm鋁板進行外保護層施工。

（6）所有SC-DN多凝泡沫玻璃內層均涂抹SCQJ氣凝膠。

2.3 改造前管線外表面溫度檢測情況

2014年2月，在蒸汽流量120 t/h，氣溫-5.5℃的工況條件下檢測了管道保溫層外表面溫度。溫度測量使用紅外測溫儀，在兩根管道上均勻選取11個測溫點，測得溫度如表2。

表2 改造前供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度檢測記錄

檢測當日，所述蒸汽管道起始端（電廠減壓閥處）介質溫度為220℃，管道末端（冷軋減溫站）介質溫度為170℃，蒸汽輸送過程因管道表面散熱損失導致的溫降為50℃。

2014年5月5日，在流量60 t/h，平均氣溫23.2℃的工況條件下對相同蒸汽管道保溫層表面溫度的復測數據如表3。

表3 改造前供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度復測記錄

檢測當日，所述蒸汽管道起始端（電廠減壓閥處）介質溫度為220℃，管道末端（冷軋減溫站）介質溫度為150℃，蒸汽輸送過程因管道表面散熱損失導致的溫降為70℃。

通常，保溫層外表面溫度與環境溫度相差15℃ 以內時的保溫效率較好，即保溫層外表面溫度在38℃以下時保溫效果較好，而實際改造前兩次測得的保溫外表面平均溫度在60℃ 以上，說明使用巖棉保溫層的保溫效果很差。

2.4 改造后管線外表面溫度檢測情況

表4為低壓管網改造后保溫層外表面溫度勘測結果 。此次勘測于2014年 6月 16日完成，環境溫度35℃。

表4 改造后供冷軋蒸汽管道保溫層表面溫度檢測

改造后蒸汽品質明顯提高：

蒸汽管道表面溫度不超過環境溫度15℃，沿程熱損失明顯降低。

2013年冬季公司供冷軋蒸汽壓力最低低至約0.3 MPa，多次影響DCL機組低溫取向硅鋼的正常生產；2014年冬季保溫材料改造后公司供冷軋蒸汽壓力從未低至0.45 MPa，沒有出現影響冷軋生產的情況。

3 節能分析

3.1 理論計算

依據國家標準GB/T17357-2008《設備及管道絕熱層表面熱損失現場測定熱流計法和表面溫度法》的規定，以下按表面溫度法計算。

3.1.1 熱流密度計算

察院 根據被測物的表面溫度、環境溫度及表面換熱系數，按式（1）計算散熱熱流密度q：

式中：q-熱流密度，W/m2；

α -表面換熱系數，W/m2·K；

TW-表面溫度，K；

TF-環境溫度，K。

3.1.2 表面換熱系數計算

式(1)中α的表示表面換熱系數，對于露天布置的設備及管道，可按式(2)計算表面換熱系數：

式中，ω-風速，m/s，遷安當地年平均風速為3.0 m/s。

3.1.3 換算后的散熱損失

對于常年運行的管道，應將測試環境溫度下的測試值換算到常年運行時平均環境溫度下的對應值，換算公式如下式。

式中：

q′-換算后的散熱損失，W/m2；

q-測試的散熱損失，W/m2；

T1′-常年運行保溫結構外表面平均溫度，℃；

T1-測試時保溫結構外表面溫度，℃；

Tm′-常年運行平均環境溫度，℃；

Tm-測試時，當地環境溫度，℃。

3.1.4 單位長度散熱損失的換算

對于管道，可將單位面積散熱損失換算成單位長度的散熱損失值，按下式換算：

式中：

q1-單位管長的散熱損失，W/m2；

qs-單位面積的散熱損失，W/m2；

D-保溫結構外徑，m。

3.2 遷鋼冷軋蒸汽管道保溫改造節能效益計算

3.2.1 采暖季蒸汽管道節能效益計算（見表5）

表5 保溫散熱損失計算(厚度100)

4 效益分析

遷鋼廠區供冷軋兩根DN500蒸汽管道全長4471 m，該蒸汽管道采用SC-DN多凝泡沫玻璃保溫投資約1800萬元；正常運行采暖期節能效益折合飽和蒸汽量47894.11 t（16.6t/h）、非采暖期節能效益折合飽和蒸汽量28144.03 t（4.8t/h），正常運行年度節能效益折合飽和蒸汽量共計76038.14 t，飽和蒸汽按100元/t計算，年節能效益總額為760.38萬元，投入所述蒸汽管道保溫系統節能改造的全部費用可在2.4年內通過節能效益收回。

5 結論

通過對以上項目的論述以及改造前后的性能指數對比分析，可以得出的結論是：

（1）采用新型節能環保材料對該項目更新改造后，隔熱效果顯著，管道表面溫度與環境溫度差可大幅度下降至15℃以內并長期有效。有效降低了蒸汽系統的熱損失，末端用戶使用壓力維持在0.45 MPa以上，提升了蒸汽品質，通過蒸汽保溫整改不僅降低了蒸汽系統的能耗，還提高了蒸汽系統運行的穩定性，為遷鋼冷扎的生產提供了有力的保障。

（2）經濟效益可觀，可有效降低日常運行維護費用及綜合投資；投資回收期短，用于所述蒸汽管道保溫系統節能改造所投入的費用可在短期內（2.4年）通過節能效益收回，后續效益更加客觀。

（3）社會效益方面，可有力改善廠區環境、降低周邊環境溫度和保障職業健康狀況。