熱力管網蒸汽輸送減少管道損耗的方法分析

張濤

山東省煙臺市經濟技術開發區 山東煙臺 264006

1 熱源點供熱參數對管損的影響

1.1 機械能損耗

機械能損耗即壓力損耗，決定了蒸汽可輸送的距離及范圍。分析影響壓力損耗的參數，選用《流體輸配管網》4.24章節室外蒸汽管網水力計算的公式：

式（1）中，Rm為每米管長的沿程壓力損失（比摩阻），Pa；K為蒸汽管道的當量絕對粗糙度，取0.2mm；Gt為管段的蒸汽質量流量，t/h；ρsh為管段中蒸汽的密度，kg/m3；d為管道的內徑，m。對整段管道近似求壓力損失，即：

式（2）中，R總為總阻力，Pa；L為管道長度，m。公式分析：具體參數如K值及ρsh值在計算中需根據實際情況進行修正，修正計算過程較復雜。以此公式數據關系即可推斷出：（a）比摩阻Rm與管徑d成反比，管徑越細，比摩阻越高。（b）比摩阻Rm與管段內質量流量Gt成正比，質量流量越高，流速越快，比摩阻越高。（c）比摩阻Rm與蒸汽密度ρsh成反比。在長距離輸送中，飽和蒸汽介質內含有一定的凝水，其參數參照《工程熱力學》附表2“飽和水與飽和水蒸氣表”即可確定。由該表可知，飽和蒸汽比體積與飽和溫度T成反比，即飽和蒸汽密度ρsh與飽和溫度T成正比，一一對應。也就是說，在中長距離輸送中，比摩阻Rm與飽和蒸汽溫度T成反比。（d）總阻力R總還與輸送距離L有關，距離越長，R總越大。

1.2 熱能損耗

熱能損耗決定了蒸汽在輸送過程中凝水的比例，也直接決定了熱電廠供汽量與熱用戶用汽量的差值。熱能損失的因素與硬件設施相關，采用《化工工藝設計手冊》中（25-107）關于供熱管道熱損失的公式進行分析：

式（3）-（4）中，ΔQ總為總的熱損失量，W；S全管道表面積為全管道表面積，m2；ΔQ單位表面積熱損為單位表面積熱損失量，W；T0為管道外表面溫度，取蒸汽介質輸送溫度，℃；Ta為環境溫度，℃；D1為管道保溫外徑，m；λ為保溫材料導熱率，W/（m·℃）；D0為管道外徑，m；αs為保溫層表面至周圍空氣間的總給熱系數，W/（m2·℃）。因此有：

2 熱用戶用熱參數對管損的影響

2.1 用汽量的影響分析

（1）用汽量對機械能的影響。根據上述計算和推論結果，流量越高，比摩阻越高，管道壓降越大，機械能損失越大，越不利于長距離輸送。

（2）用汽量對熱能的影響。根據上述公式（5），在蒸汽介質溫度一定、管線各項硬件設施條件一定的情況下，同樣長度的管線其熱量損耗為定值，與用汽量無關，則熱用戶用汽量的熱值只要大于管線熱量損耗值，理論上即可供應，但與用戶末端蒸汽的含水量有關。當熱用戶用汽量的熱值等于管線熱量損耗值時，用戶末端出口應以凝水為主。因此提高熱用戶用汽量，加強疏水，可以有效減少水擊隱患。

（3）用汽量對管損率的影響。當管線內蒸汽介質溫度恒定時，其熱量損耗為定值，即用汽量越高，熱量損耗占供熱量的比例越低。

2.2 針對熱用戶用汽量的優化方法

2.2.1 蒸汽吸收式溴化鋰機組

蒸汽吸收式溴化鋰機組使用溴化鋰吸收式制冷循環，以蒸汽作為高溫熱源催動溶液循環，實現在夏季“以熱制冷”。蒸汽吸收式溴化鋰機組的優點為大量節省電能，適用于缺電地區，且可以利用較低溫度的熱能，有利于能源的綜合利用；缺點為現階段由于政策影響，大部分地區的蒸汽價格較高。經綜合經濟測算后，蒸汽吸收式溴化鋰機組并不一定比傳統以電為主要能源的空調更經濟實惠。

2.2.2 階梯汽價模式

熱力公司可根據自身汽價、運營收益以及熱用戶的組成結構進行測算。階梯汽價需關注的指標主要有兩方面：

（1）設身處地為熱用戶考慮，在用汽量增加的情況下可以降低蒸汽價格，并根據其廠房、辦公樓的適用模式嘗試推薦使用蒸汽吸收式溴化鋰機組，達到夏季補足用汽量的目的；關鍵在于結合當地電價測算后，熱用戶整體投資將優于傳統電空調及傳統冬夏兩季用汽模式，以吸引其采納該方案。

（2）深入測算自身熱網運行規律及經濟性，保證在汽價讓利而增加其夏季用汽量的情形下，自身全年管損率下降，整體經濟效益提升，從而達到雙贏。

3 熱網系統規劃

供熱系統的整體規劃優化也對降低管損起著決定性的作用。規劃的核心理念在于將穩定高用汽量企業置于最末端，且降低主干管的繞行度。熱網系統規劃的目的有四：①保障運行安全。穩定高用汽量企業置于最末端時，根據上述分析結果，全干管內的凝水量與蒸汽量的比率將會控制在較小的區間內，有效保證全線穩定運行，不易發生水擊。②保障經濟效益。根據上述分析結果，全線損耗的蒸汽量相較末端企業穩定使用的蒸汽量很少時，全線管損率較低，整體經濟效益較高。③便于管徑設計。穩定高用汽量企業置于最末端時，可以依照末端企業最大用汽量計算所需管徑，即干管管徑，中途所需變徑較少。根據上述機械能分析結果，管徑較細時壓力損耗高，即若將較低用汽量的企業置于末端，可送汽距離及范圍將會縮小。④優化支線分流。當支管線熱用戶所需用汽量與干管末端用戶用汽量相比接近甚至高過干管末端用戶用汽量時，蒸汽輸送過程中支管網的管口壓強較高，容易形成湍流，不僅濕蒸汽內的凝水對管道有較強的沖擊，存在安全隱患，而且會導致干管、支管內流線紊亂，機械能損耗大，壓力降高，輸送距離變短。因此規劃園區的蒸汽管網時應具有前瞻性，統籌考慮區內企業分布情況，將主干管位置定好，今后有新用熱企業時添加枝狀支管道，對干管影響小，全系統保持較低的管損率、較平穩地運行。

4 結語

綜上所述，在今后的施工過程中，要對施工前、施工中、施工后全時段過程進行控制，以降低管損、提高經濟效益、保障管道安全運行為目的，注重細節，把基礎的工作做實做細，巧妙結合理論知識開展商業洽談工作，這樣才能爭取熱用戶與熱力管網運營公司的雙贏，才能使熱力之樹常青。