化工園區蒸汽管網的運營與設計

楊曉燕

摘要：在城市化進程不斷推進的背景下，石油、化工、醫藥等企業數量越來越多，為了合理利用土地資源，減少企業基礎投資，目前普遍通過建立化工園區，由園區集中提供水、電、汽、氣等能源，吸引相關企業入駐。化工園區內，蒸汽是各企業日常生產不可或缺的能源，在建立化工園區集中供熱蒸汽管網的過程中需要考慮各企業的用汽量及用汽特點，合理敷設管網，同時還需要綜合考慮管網建設中的環境保護、節能降耗和投資成本等問題。本文從蒸汽網的運營和設計入手，討論項目的一些節能降耗措施，希望對化工園區蒸汽管網設計和運營研究帶來幫助。

關鍵詞：化工園區;蒸汽管網;管網設計

一、蒸汽網的設計

蒸汽網設計的關鍵在于確保整個園區用熱的協調性、安全性和經濟性，同時在蒸汽管道正常運營的基礎上最大程度降低管網損耗，具體措施如下：

（一）熱用戶調研

在前期準備工作中需要調查分析熱用戶的用熱規律。化工園區入駐了大量企業，各企業生產工藝及生產規模存在較大差異，各企業用熱參數、熱負荷需求量均不同，一些企業需要高溫高壓高品質蒸汽，一些企業低壓蒸汽即可滿足生產需求，一些企業對溫度是剛性要求，一些企業對壓力是剛性要求，一些企業全天連續生產，一些企業間斷生產，還有一些企業用熱負荷極不穩定，因此必須做好熱用戶的調研工作，了解企業的生產工藝，用汽特征，以此統籌規劃園區蒸汽管網，保證管網運營的可靠性和經濟性。

（二）蒸汽管網的設計原則

1管道布置

蒸汽管道的敷設一般遵循距離短、線路直的原則，熱源盡量靠近負荷大的用戶，科學合理地進行管道敷設。當前以地下敷設和地上架空敷設為主要形式，其中架空敷設要和周邊建筑物保持協調，不宜架空的地段選擇地下埋設。近年來我國蒸汽管道直埋敷設技術長足發展，應用廣泛。

2管道組成件

蒸汽管道的組成件主要包括管道、閥門、管件、疏水裝置、安全裝置、計量裝置等。蒸汽管道材質的選擇主要與蒸汽的壓力和溫度有關，通常以焊接鋼管和無縫鋼管為主。管件的種類繁多，包括三通、彎頭、大小頭、接管座等。安全閥主要在管道超壓時進行泄壓保護，一般垂直安裝，排放管與大氣相連接。疏水閥可以及時排出管道內產生的凝結水，避免管道中因存在大量凝結水引起水擊事故，設計時需要根據輸水量和疏水壓差合理選擇疏水閥的型號及類別。在熱源出口以及熱用戶入口位置一般均會安裝流量裝置，用于計量結算。

3蒸汽管道熱補償

化工園區內，蒸汽管道一般與其他物料管道一起，在化工園區管廊上進行敷設。蒸汽管道在通汽停汽時會出現熱脹冷縮情況，為了保障蒸汽管道在熱狀態下自身的穩定性及周邊管道、綜合管廊的安全性，必須對蒸汽管道進行合理的熱補償。一般利用自然彎角進行熱膨脹的自然補償或者設置補償器的方式，比如方形補償器、波紋補償器、套管式補償器、旋轉補償器等，設計時需要根據管網的布置確定補償器的形式與規格。現在熱網多用自然補償和旋轉補償器補償、波紋管補償器補償相結合的方式。

二、管網設計中的節能降耗措施

某化工園區面積26平方公里，入駐企業主要從事石化產業配套設施的生產。近年來當地政府高度重視化工園區內節能減排的工作，為了提升綜合熱效率，園區內配備了集中供熱抽汽機組，園區內蒸汽供熱半徑為15公里，對蒸汽管網設計建設和運行提出了較高要求。為此，園區蒸汽管網利用了長輸蒸汽管網技術，建設節能高效的供熱系統，項目設計過程中充分利用新工藝新材料，并結合化工區實際情況采取了如下措施：

（一）利用架空敷設方法

由于該化工園區地下水位較高，對埋地鋼管的腐蝕較嚴重，埋地施工難度也較大，同時已建管廊上已預留蒸汽管道管位，因此主要選擇架空方式，降低工程造價。

（二）采用雙管、多管制

由于該化工園區為新建園區，熱負荷發展速度慢，熱負荷不確定性因素較大，而蒸汽管網的損耗與管網的流量、管徑關系密切，管網管徑過大會導致工程投資增加，散熱損失加大;管徑過小會導致管網壓力損失增加。因此管網在設計時，根據熱負荷達產的年限，采用雙管、多管制，一次規劃分步實施，先建設一根較小的管道滿足近現期熱負荷的需求，遠期再根據熱負荷的發展情況建設新的管道，一次來降低管道損耗。

（三）設置高效隔熱管托

為了減小管道和支架出現熱橋效應，蒸汽管道采用隔熱管托。隔熱管托在管道和鋼性支架之間設置了硬質保溫材料，隔熱管道熱損失僅為普通支架的1/5。

（四）旋轉補償器的利用

近年來旋轉補償器在長輸蒸汽管網工程中利用廣泛，旋轉補償器具有補償量大、布置靈活等特征，一般每200～250米安裝一組，每組補償器段設置兩個固定點。不考慮地形的影響，每200～250米直管段僅4～5個彎頭，能夠大大減少管網的壓力損失，同時減小了固定支架的數量。

（五）高效保溫材料的運用

為了保證長距離管網末端用戶的用熱參數，設計環節中高度重視保溫材料的選擇和保溫層厚度的設置。該化工園區中DN400管道采用多層保溫結構，總厚度160毫米，保溫材料由里向外依次為硅酸鋁針刺毯、高溫玻璃棉，每層保溫材料外層覆蓋了鋁箔玻纖布。考慮到蒸汽管道熱量向上散發的特點，上表面溫度高于下表面溫度，因此在最外層保溫層的頂部1/3處再加設一層保溫層以降低上部管道外表面溫度。

三、蒸汽管網的運營

為保證到戶蒸汽質量合格，管網運行安全，園區應加強管網的運營統籌，加強安全管理，在降低運營成本的同時促進管網的良好運行，具體采取的措施如下：

（一）增加管網運營經濟性

前期熱用戶數量較少時，管網熱負荷小，損耗較大，運行維護成本并不低，整個管網的經濟性較差。園區需對用汽企業合理規劃選址，企業建設完成后加強協調，達到引汽條件時及時接入主管網，同時，管網設計時 “一次規劃分期實施”，先建設一根管滿足近期用戶需求，預留遠期負荷的管位，以此提高管網的經濟性。

（二）蒸汽管網質量控制

質量控制蒸汽管網安全運營的關鍵，設計中合理選擇管徑，合理選擇管道組合件型號，合理進行管道補償，選用合適的防腐保溫工藝;管網施工種高度重視質量控制工作，到場材料滿足設計要求，施工方案合理，施工質量滿足規范要求。

（三）蒸汽管網的日常維護

蒸汽管網日常維護主要針對管道、管托、閥門、流量計、補償器，溫壓儀表等。在日常巡檢和定期巡檢中注重檢查管道及附件是否出現滲漏、變形、位移、焊接、開裂、脫落等情況;檢查補償器的是否變形、補償量不足;檢查保溫是否破損、搭接是否位移等。

四、針對小流量運行的方案調整

蒸汽管網初期用戶較少，部分用戶間斷運行，管網流量變化較大，該工況不利于蒸汽管網的安全運行，為此管網在設計時考慮了以下措施：

（一）專線專供

對于離熱源較近，負荷變化很大，間斷運行的部分用戶，考慮專線專供，以減少對母管的影響。

（二）提高蒸汽管網出口參數過熱度

通過提高蒸汽出口的溫度，提高蒸汽的過熱度，保證到末端時，蒸汽仍然過熱或者微過熱，以減少冷凝水的產生。

管網小流量運行時，壓力損失較小，但溫度損失較大，蒸汽溫度下降冷凝成水，通過疏水裝置排出，造成了蒸汽管網的質量損失，同時排出的冷凝水溫度仍然較高，燙死燙傷了周邊植被，對周邊造成了熱污染，還易造成人身傷害。

（三）加強疏水

為確保管網的安全運行防止水擊事故，蒸汽管網須及時排出冷凝水。

結束語：

綜上所述，化工園區為順應大型化、集約化的發展趨勢，不斷招商引資，化工園區目前是我國熱用戶高度集中、需求較大的區域，化工企業的發展離不開能源的利用，尤其是對蒸汽和熱源的利用。因此，園區在供熱管網建設運營的整個環節，為保證安全生產、合理降耗，需做好前期設計和運營期管理工作，通過多項舉措降低損耗與運營成本，以此取得良好的經濟效益。

參考文獻：

[1]陳陽. 化工園區蒸汽管網設計與運營的探討[J]. 能源與環境，2019，000（002）：24-25.

[2]張藜藜. 大型工業園區蒸汽系統的設計與實例分析[C]// 中國石油和化工勘察設計協會熱工設計專業委員會，全國化工熱工設計技術中心站年會. 2014.

南京蘇夏設計集團股份有限公司 江蘇南京 210000