長(zhǎng)距離低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)研究及應(yīng)用

文_蔡衛(wèi)宏 揚(yáng)州供熱有限公司

基于熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)快速發(fā)展需求，立足生態(tài)環(huán)保戰(zhàn)略下的長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)強(qiáng)調(diào)應(yīng)用復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)、隔熱管托、合適補(bǔ)償方式和精確的水力計(jì)算等技術(shù)，以最大程度降低蒸汽輸送溫降、壓降為宗旨，將輸送供熱管網(wǎng)距離提升到原來(lái)的3倍以上，溫降減少到原來(lái)的1/2，壓降減少到原來(lái)的1/50。

1 長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保價(jià)值

冬季供熱階段所產(chǎn)生的能源損耗與二氧化碳等污染物排放問(wèn)題是目前節(jié)能減排等環(huán)境保護(hù)措施實(shí)施中的一大難題，但為保證國(guó)民在冬季擁有良好舒適的生活環(huán)境，供熱環(huán)節(jié)必不可少，無(wú)法避免，基于此，如何調(diào)節(jié)供熱與生態(tài)保護(hù)之間的矛盾關(guān)系是供熱集團(tuán)亟待考慮與解決的問(wèn)題。其中提高能源使用高效率投入長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)為關(guān)鍵性解決措施之一，在供熱環(huán)節(jié)提高能源使用效率不僅可以有效控制能源損耗量，從而節(jié)約能源以及降低污染物排放量，還能夠幫助供熱單位實(shí)現(xiàn)成本管控。

2 長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)

①10km以?xún)?nèi)為輸送供熱管網(wǎng)原距離，而長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)下的供熱管網(wǎng)距離可延長(zhǎng)至60km以上；②15℃/km為輸送供熱管網(wǎng)原溫降值，而長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)下的溫降值可縮減至5℃以下；③0.1MPa/km為輸送供熱管網(wǎng)原壓降值，而長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)下的壓降值可降低至0.02MPa/km以下；④熱能損耗可降至原來(lái)的1/5；⑤供熱成本可節(jié)省8%；⑥供熱環(huán)節(jié)的安全系數(shù)大幅度上升。

3 長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成

3.1 最適宜的熱補(bǔ)償方式

蒸汽管道熱補(bǔ)償形式分為兩類(lèi)：一類(lèi)為利用管道走向改變的自然補(bǔ)償；另一類(lèi)為補(bǔ)償器補(bǔ)償。對(duì)于長(zhǎng)距離輸送供熱管網(wǎng)，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器布置靈活共有8種布置方式，熱補(bǔ)償量特別大最高可至1m，雙邊補(bǔ)償距離可達(dá)幾百米，進(jìn)而減少固定墩數(shù)量，推力小從而在一定程度上能夠降低固定墩推力，實(shí)現(xiàn)土建成本管控。與其他形式補(bǔ)償器相比，極具優(yōu)勢(shì)，已成功在工程上運(yùn)行十幾年，有著廣闊的市場(chǎng)前景和競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 保溫材料

硅酸鋁針刺毯與高溫玻璃棉是供熱管網(wǎng)在實(shí)際使用中最主要且常用的保溫材料，其中硅酸鋁針刺毯根據(jù)不同參數(shù)劃分為普通型、標(biāo)準(zhǔn)型、高純型、高鋁型和含鋯型，依據(jù)蒸汽溫度限值主要采用普通型，其具體參數(shù)為：適配溫度1000℃以下、密度96～128kg/m3、導(dǎo)熱系數(shù)0.09W/m·k(400℃）與0.176W/m·k(800℃)、抗壓強(qiáng)度0.08～0.12Mpa，耐高溫玻璃棉相關(guān)參數(shù)為：適配溫度480℃、導(dǎo)熱系數(shù)為0.037～0.07W/m·k、燃燒性能級(jí)別為不燃A級(jí)、纖維平均直徑為5μm、熱荷重收縮溫度為500℃。在實(shí)際保溫材料選擇中應(yīng)將蒸汽溫度劃分為3個(gè)檔值：第1檔為250℃以下、第2檔為250～310℃、第3檔位為310～350℃，針對(duì)第1檔采用高溫玻璃棉保溫，針對(duì)第2檔采用高溫玻璃棉與硅酸鋁針刺毯相結(jié)合進(jìn)行保溫，針對(duì)第3檔采用硅酸鋁針刺毯材料保溫。

3.3 保溫結(jié)構(gòu)

利用硅酸鋁針刺毯與高溫玻璃棉對(duì)供熱管網(wǎng)實(shí)施保溫作用時(shí)可采取多層保溫結(jié)構(gòu)，從外至里保溫結(jié)構(gòu)分別為：彩鋼板—抗對(duì)流層—多層復(fù)合保溫層—供熱管。

3.4 隔熱管托

隔熱管托采用了導(dǎo)熱系數(shù)較低，強(qiáng)度較好的隔熱瓦塊做隔熱層，管托在支撐面采取聚四氟乙烯與不銹鋼滑動(dòng)使管托位移滑動(dòng)所產(chǎn)生的對(duì)管架推力減少2/3，聚四氟乙烯導(dǎo)熱系數(shù)比鋼小得多，也能減少了管托底部的導(dǎo)熱性。采用隔熱管托減少熱損可達(dá)50%、減少管道摩擦力、減少管架推力、節(jié)省土建投資。

3.5 鋼套鋼地埋管

在供熱管網(wǎng)實(shí)際鋪設(shè)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到河流與其它管網(wǎng)，為有效規(guī)避地下構(gòu)件以及實(shí)現(xiàn)成本管控，可以在施工過(guò)程中采用鋼套鋼地埋管工藝，該工藝可以在不增加管網(wǎng)鋪設(shè)工程環(huán)節(jié)下保證工程工期，并降低熱能損耗，鋼套鋼地埋管從外至里結(jié)構(gòu)層分別為：鋼制外套管—空氣層—多層復(fù)合保溫層—供熱芯管。

4 長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

4.1 工程概述

揚(yáng)州供熱有限公司于2016年4月在揚(yáng)州威亨熱電有限公司轉(zhuǎn)型升級(jí)基礎(chǔ)上成立，公司現(xiàn)有熱用戶(hù)180余家，供熱管網(wǎng)全長(zhǎng)100km，年供熱量80萬(wàn)t。自實(shí)現(xiàn)集中供熱以來(lái)，共拆除供熱區(qū)域內(nèi)的燃煤鍋爐150多臺(tái)，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤40萬(wàn)t以上。

揚(yáng)州供熱有限公司擬投資50956萬(wàn)元建設(shè)揚(yáng)州市區(qū)東部及南部主干線(xiàn)熱網(wǎng)工程項(xiàng)目，東部主干線(xiàn)約15km，管徑DN800，最大負(fù)荷270t/h，南部主干線(xiàn)約16km，管徑DN600，最大負(fù)荷130t/h。熱源點(diǎn)為揚(yáng)州第二發(fā)電有限責(zé)任有限公司和江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司近期目標(biāo)（至2020年）建設(shè)完成東部、南部主干線(xiàn)及其部分支干線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)熱用戶(hù)安全保供，已建成供熱片區(qū)實(shí)現(xiàn)熱力管網(wǎng)互聯(lián)互通，建成熱網(wǎng)總長(zhǎng)度達(dá)200km，蒸汽管輸能力達(dá)到1200t/h。遠(yuǎn)期目標(biāo)（至2030年）建設(shè)完成西部熱網(wǎng)主支干線(xiàn)及東部、南部其它支線(xiàn)后基本實(shí)現(xiàn)揚(yáng)州市區(qū)熱力管網(wǎng)全覆蓋，建成熱網(wǎng)總長(zhǎng)度達(dá)400km，蒸汽管輸能力達(dá)到2000t/h。

4.2 技術(shù)應(yīng)用

4.2.1 補(bǔ)償器補(bǔ)償方式

根據(jù)管道敷設(shè)方式采用自然補(bǔ)償、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器及波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償相結(jié)合。

架空蒸汽管道補(bǔ)償選用目前較為先進(jìn)可靠的耐高壓自密封旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，使用參數(shù)范圍：壓力為1.0～4.0MPa，溫度為-60～420℃。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為雙重密封，一是環(huán)面密封，密封面厚度不小于4cm；二是端面密封，端面密封面不小于2.5cm。端面密封材料為耐磨高強(qiáng)度不銹鋼復(fù)合密封件，抗壓強(qiáng)度≥50MPa。本工程采用公稱(chēng)壓力 PN40的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。

埋地蒸汽管線(xiàn)補(bǔ)償一般采用外壓軸向型波紋管補(bǔ)償器。本工程采用波紋管補(bǔ)償器公稱(chēng)壓力為PN40，波紋管材質(zhì)為316L。波紋管安裝時(shí)應(yīng)注意：①波紋管補(bǔ)償器出廠(chǎng)必須預(yù)拉伸，其安裝必須嚴(yán)格按照制造廠(chǎng)提供的技術(shù)文件要求進(jìn)行；②波紋管補(bǔ)償器安裝時(shí)，波紋管膨脹節(jié)上面標(biāo)識(shí)的流向應(yīng)與蒸汽流向一致；③波紋管膨脹節(jié)的耐壓性能應(yīng)通過(guò)水壓試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

本工程也嘗試將旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器應(yīng)用于埋地蒸汽管線(xiàn)補(bǔ)償上。一種方式是采用預(yù)制直埋旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器集裝箱模式進(jìn)行全埋地；另一種方式是將旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器段伸出地面，并設(shè)置外護(hù)罩，并在外涂刷與環(huán)境相適應(yīng)的色彩圖案，達(dá)到與環(huán)境相容。

（1）保溫材料選擇

以本工程DN800地埋管（芯管φ820×14，鋼套管φ1420×14，設(shè)計(jì)壓力2.1MPa（G），設(shè)計(jì)溫度330℃）為例的保溫結(jié)構(gòu)為（從外到里）：鋼套管—空氣層（約25mm）—長(zhǎng)輸?shù)湍芎钠胀ǚ瓷鋵?50mm高溫玻璃棉—長(zhǎng)輸?shù)湍芎哪椭袦胤瓷鋵?50mm高溫玻璃棉—長(zhǎng)輸?shù)湍芎哪椭袦胤瓷鋵?40mm高溫玻璃棉—長(zhǎng)輸?shù)湍芎哪椭袦胤瓷鋵?40mm高溫玻璃棉—長(zhǎng)輸?shù)湍芎哪透邷胤瓷鋵?40mm硅酸鋁針刺毯—輸?shù)湍芎哪统邷胤瓷鋵?40mm硅酸鋁針刺毯—供熱芯管，管道保溫共6層數(shù)，總厚度約為260mm。

在對(duì)管道進(jìn)行保溫施工時(shí)要嚴(yán)格按照保溫設(shè)計(jì)施工說(shuō)明實(shí)施，并著重注意以下幾點(diǎn)：①做好防雨措施，從而防止保溫材料潮濕，進(jìn)而降低保溫成效；②保溫層縱、橫縫同層需錯(cuò)開(kāi)200mm，不同層需錯(cuò)開(kāi)200mm，縱、橫縫需切口搭接100mm，從而減少熱量通過(guò)縫隙傳導(dǎo)；③做好反射層包扎，在每一層保溫材料之間均鋪設(shè)反射層，反射層包扎時(shí)注意需將鋁箔面朝內(nèi)，增加熱量反射效果。

（2）隔熱管托

選擇摩擦系數(shù)為0.08，摩擦推力為40%的滑動(dòng)管托與導(dǎo)熱系數(shù)為0.050W/m·k以下，上、下隔熱瓦塊厚度分別為70mm、140mm，以及導(dǎo)熱系數(shù)為0.20W/m·k以下，壓強(qiáng)為9MPa以上的聚四氟乙烯隔熱板。

（3）穿橋洞鋼套鋼架空管

本工程蒸汽管道需下穿濱水路橋、福康路橋等多座橋洞，考慮洪水水位景響，大膽采用鋼套鋼低支墩架空敷設(shè)，并在外套管支墩位置設(shè)置抗浮管箍，外套管采用特加強(qiáng)級(jí)防腐后再涂刷不低于20μm厚高耐候聚酯（HDP）涂層，確保外套管防腐性能，為防止人為破壞，橋洞段管道周邊設(shè)置了防護(hù)欄和警示標(biāo)識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家供熱節(jié)能政策不斷深入與貫徹落實(shí)下，供熱單位基于熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)快速發(fā)展需求，為保證居民供暖和工業(yè)用熱（冷）需求，立足生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，投入使用長(zhǎng)距離、低能耗輸送供熱管網(wǎng)技術(shù)，從而做到提高供熱成效的同時(shí)，降低污染物排放量以及節(jié)省能源消耗，進(jìn)而提高自身的發(fā)展進(jìn)步。