蒸汽管網能耗分析與節能改造

張國平　邱雨　王杰　董璐　丁智華

【摘 要】通過對華電下沙蒸汽管網硅酸鋁保溫材料的材料性能、保溫效果、隔熱性能等的分析。針對現有保溫材料存在的熱損較大問題，提出了用納米氣凝膠新型保溫材料改造方案，建立模型并通過MATLAB編程評估改造后的保溫性能及經濟效益，為蒸汽管道保溫改造提供指導和依據。

【關鍵詞】華電下沙;蒸汽管道;保溫性能;節能改造;MATLAB

1.前言

節約能源、提高能源利用率是解決能源危機的重要手段之一，熱網管道和工業設備的隔熱保溫是節能的重要手段^[1]。隨著全球資源的日益短缺，節能已經成為一個全球性的熱點問題^[2]。納米氣凝膠作為一種新型的保溫材料，它具有很低的導熱系數、環保、防水且使用壽命長等優點^[3]。目前，納米氣凝膠保溫材料已經廣泛的應用于石化行業。此外，在航空航天領域也發揮了重要的作用。

本試驗旨在根據相關標準的規定，通過測量蒸汽管道外表面溫度，結合管道的現有保溫材料及相關參數計算得到保溫性能理論值，對比實際檢測結果，給出改造方案以減小蒸汽輸送過程中的散熱損失，達到節能減排的效果。

2.管道測試與分析

華電下沙低壓蒸汽管網現有的保溫材料均采用傳統的硅酸鋁 + 高溫玻璃棉雙層保溫材料;選取某條支管，對其保溫材料的保溫效果進行分析。管道全長430m，管徑為?377×10，采用架空方式敷設;保溫材料為90mm硅酸鋁管殼+80mm高溫玻璃面板。

2.1測試內容及結果

本次計算需要對管道的外表面溫度和環境風速進行現場測試。采用表面溫度法評價外表面溫度^[4]，主要測試工具包括紅外測溫儀和風速儀，具體實現步驟如下：

步驟1：用紅外熱象儀對被測保溫結構外表面進行掃描，測量保溫結構外面

溫度，并做記錄;

步驟2：在距離被測位置1m處，用風速計測量風速，并確定方向。

步驟3：選取該直管段3-5處進行測試，得到外表面溫度;在該試驗管段選

步驟4：用表面溫度法計算出該測量面的散熱損失值。

測試現場的保溫管道采用架空敷設，對測試管道的外表面溫度、環境溫度進行測試。通過測試可知：平均保溫層外表面溫度為40℃，平均風速為4.35m/s。

2.2建模計算保溫效果

根據現場測試得到的溫度、壓強和流量建立模型。通過MATLAB編程得到

供熱管道的溫降及理論熱損失并對比監測結果。可知，支管的理論和計算結果管道的起始溫差分別為47.28℃、83℃，熱損消耗較大，蒸汽的熱損失率分別為3.6%和6.8%。采用90mm硅酸鋁管殼+80mm高溫玻璃棉管殼的保溫方案，該支管理論年平均散熱損失達到72.28w/m²，實際測算結果為105.38 w/m²，高于理論值約45.80%。

3.節能改造方案

由第3章可知：目前該支管的溫降較為明顯，保溫性能較差。因此，采用較好的保溫材料并對管道定期進行維護對提高管道經濟性運行具有很重要的意義。

納米氣凝膠因其優良的保溫效果，在供熱管網上的應用具有很大的優勢。因此，采用納米氣凝膠保溫材料對該支管進行保溫改造。

根據《DL/T 5072-2007火力發電廠保溫油漆設計規程》及《GB/T 34336-2017 納米孔氣凝膠復合絕熱制品》的規定計算得到納米氣凝膠保溫層的厚度，給出如表1所示保溫方案：

為了驗證納米氣凝膠制品的保溫效果，在原華電下沙蒸汽管道支管模型的基礎上，采用以下兩種方案進行理論計算。如表2所示：

由表2可知，對于該支管，采用40mm單層氣凝膠氈的保溫方案，理論年平均散熱損失降到425.952w/m²，低于原保溫材料熱損耗理論值約79.45%;采用30mm氣凝膠氈+50mm高溫玻璃棉的保溫方案，理論年平均散熱損失降到了594.953w/m²，低于原保溫材料熱損耗理論值約71.3%。

納米氣凝膠的制作工藝復雜，價格比較昂貴，一次性使用氣凝膠更換舊保溫材料的初始投資較大。其次，根據氣凝膠的性質可知，氣凝膠在保溫層內外溫差較大的保溫性能較高。因此，為了節約成本可以將氣凝膠作為內層保溫材料，高溫玻璃棉作為外層保溫材料。

4.結語

傳統保溫材料普遍存在保溫效果差、熱損大、使用年限短等問題。采用新型納米孔氣凝膠保溫材料可以有效減小熱損，且在3年內便可以收回成本。但氣凝膠作為價格比較昂貴一次性使用其更換舊的保溫材料初期投資較大，可將其作為內層保溫材料，節約投資成本。

參考文獻：

[1]牛春勝.《合理選用蒸汽管網保溫材料及管托降低能耗》，石油石化節能，2008.

[2]趙國梁.供熱節能淺析[J].新疆有色金屬，2013，36（1）：84-85.

[3]魏英豪，吳學春，李創國，等.新型保溫材料在蒸汽管道的應用實踐[J].冶金動力，2015（11）：49-51.

[4]GB/T 17357-2008《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》.

（作者單位：1.杭州華電下沙熱電有限公司;2.譜恒高科技有限責任公司）