蒸汽供热管网运行中的安全隐患与防范.docx

蒸汽供热管网运行中的安全隐患与防范北京博大开拓热力有限公司王玉青【摘 要】蒸汽供热系统被广泛地应用于工业厂房或工业区域，它主要向生产工 艺热用户供热，同时也向生活热水、通风和供暖热用户供热。 蒸汽供热管网将蒸汽从 热源输送和分配到各热用户。 结合工作实践，本文论述了蒸汽管网运行中存在的安全 隐患以及解决方案。【关键词】蒸汽供热管网安全隐患水锤现象有压泄水装置补偿器绪论2007 年 7 月 18 日晚，纽约曼哈顿一处地 下蒸汽管道突然爆炸， 此次事故造成 1 人死 亡，30 多人受伤。 蒸汽足足喷了两个多小时， 爆炸后最初冲出地面的蒸汽甚至比附近 77 层的大厦还高。2007 年 12 月 27 号，由第三方 机构 abs consulting 公布的调查报告表明 ， 爆炸是由于蒸汽管道内的水锤所导致， 水锤 对管壁产生的瞬间冲击力超过了蒸汽管道正常工作压力的 7 倍。类似的事件使得我们对蒸汽管网的安全 更加重视。 本文分析了管网运行存在的安全 隐患以及应对的解决方案。1水锤现象与解决方案蒸汽供热系统被广泛地应用于工业厂房 或工业区域， 它主要向生产工艺热用户供 热 ， 同时也向热水供应 、 通风和供暖热用户 供热1。蒸汽供热管网将蒸汽从热源输送和分 配到各热用户。 结合北京经济技术开发区（以 下简称开发区）蒸汽供热管网输送距离远，热 用户分布区域广的特点， 来介绍蒸汽管网存在的水锤问题及解决方案。1.1蒸汽管网运行阶段水锤问题开发区蒸汽管网约有 40 公里，在多个热 源厂供应蒸汽，在主干管上存在并气点，管网 敷设方式为地沟敷设。 为了躲避其它管道，蒸 汽管道在一些部位会突然上升或下降， 较之 一般蒸汽管网，更容易形成水锤。1.1.1水锤现象-127-蒸汽供热管道在输送蒸汽时会向外界散 热，管道内会产生部分冷凝水，冷凝水一般聚 集在管道的底部，如果不及时排除，冷凝水越 积越多， 水位升高后很容易被高速流动的蒸 汽卷起，形成水丸或水弹，碰撞管道安装件、 阀门或设备，形成水锤（也称水击）。1.1.2疏水阀蒸汽疏水阀的作用是自动阻止蒸汽逸漏 而且迅速地排出用热设备及管道中的凝水 ， 同时能排除系统中积留的空气和其 它 不 凝 性气体。 疏水阀分机械型疏水阀、热动力型 疏 水 阀 、 热 静力型疏水阀三大类 ， 在 开 发 区 蒸汽管网系统中应用较为广泛的是机械型疏 水阀。蒸汽管道中未安装疏水阀可能会产生水 锤、腐蚀等现象，但是倘若疏水阀选型不当或 安装错误也会产生一系列安全隐患。 以下从 三个方面来分析选择安装蒸汽疏水阀时的注 意事项。1.1.2.1工作压力凝结水流经疏水阀时，要损失部分能量， 表现为一定的压力降，即p=p1-p2。 除损耗一 部分能量外 ， 尚有一部分剩余压力 （ 以 p2 表 示）。 靠这部分余压克服管网阻力，并将凝结 水提升一定的高度，此时疏水阀后压力 p2 按 下式计算2：p210（h+h）+p3式中：p2疏水阀后压力，kpa；h疏水阀后系统总阻力，mh2o；h疏水阀后提升或下降的高度 ，提升 为正，下降为负，m；p3回水箱内的压力，kpa。为使疏水阀正常工作， 必须保证疏水阀 后的压力 p2 以及疏水阀正常动作所需的最小 压力降p，p2maxp1-pmin。不同类型疏水阀背压是有要求的 ， 否则 也不会正常工作 ， 机械型疏水阀实 际 最 高 阀 后 的 压 力 p2max=0.8 疏 水 阀 实际工作压力。1.1.2.2疏水量（凝结水量）其定义是在给定压差和温度下， 疏水阀 一小时能排除凝结水的最大重量， 选择合适 的输水量对蒸汽管网起着至关重要的作用 ， 考虑系统压力变化及安全因素， 选择疏水阀 的排水量应大于管网系统正常凝结水量，但 不宜过大， 过大会造成蒸汽通过疏水阀孔泄 漏。1.1.2.3疏水点疏水点必须要保证冷凝水能到达蒸汽疏 水阀， 因此疏水点的设计和布置必须经过精 心的考虑。 冷凝水沿管道坡度流向低点，并在 低点积聚， 蒸汽疏水阀因此应当布置在这些 低点的位置。图 1-1 错误疏水点布置图 11 为疏水管道直接连接在蒸汽管道 底部，正常运行时，冷凝水被高速流动的蒸汽 带动前进，不能或者只有少量进入疏水管道， 这样的布置达不到效果； 图 12 在蒸汽管道 下方布置集水槽，冷凝水先集结在集水槽，通 过集水槽流入疏水管道，达到正常疏水效果。 同时可以在集水槽下部加装排污阀， 排出管 道中的杂质，以免堵塞疏水阀。图 1-2 正确疏水点布置推荐集水槽尺寸见下表：蒸汽管直径（d）集水槽直径（d1）集水槽深度（d2）100mmd1=dd2100mm125200mmd1=100mmd2150mm250mmd1d/2d2d国家标准 gb/t12712-91 中规定：蒸汽疏 水阀完好率90%为合格； 蒸汽疏水阀 完 好 率95%为优秀。 定期的对疏水阀进行检查更 换，保证冷凝水及时排出，减少蒸汽管网安全 隐患。1.2蒸汽管网送气阶段水锤问题蒸汽管网系统中高点设置了排气阀 ， 低 点设置了疏水阀， 但是在送气初期还是会发 生水锤， 严重的部位甚至会带动路面发生轻 微的震动。 分析原因是蒸汽进入管网，此时管 道温度较低接近环境温度， 会产生大量的冷 凝水， 在送气初期管网的压力未能达到疏水 阀要求的压力，疏水阀不能正常工作，凝结水 不能及时排出而发生了水锤。为了解决送气初期的水锤问题， 针对开 发区蒸汽管网的特点， 我们在蒸汽管道的低 点以及管网的并汽点加装了有压泄 水 装 置（图 2-1）。 有压泄水是指在蒸汽管网送气初 期，开启有压泄水阀，蒸汽管网中的冷凝水靠 蒸汽压力的推动，通过有压泄水阀迅速排出。 有压泄水装置由泄水阀、操作杆（图 2-2）、操 作开关（图 2-3）三部分构成。图 2-1 有压泄水装置示意图有压泄水装置安装的位置是连接在蒸汽 管道低点的集水管一侧， 送气初期打开有压区 域 供 热 2014.1 期图 2-2 操作杆图 2-3 操作开关泄水阀，大量的冷凝水被排出。 冷凝水排放的 声音为“扑、扑、扑”有节奏的声音，排完水之 后蒸汽泄漏的声音为 “ 扑”， 工作人员根 据这些运行经验以及以往记录的数据来判断 关闭泄水阀的时间。有压泄水装置的操作杆引 出 到 井 口 部 位， 操作人员通过开关在井室外来操作泄水 阀，保障了人身安全。 有压泄水装置在管网平 稳运行时处于关闭状态， 为保障蒸汽不通过 有压泄水装置泄漏， 有压泄水装置里设置了 两个阀门。有压泄水装置在蒸汽管网系统中是一个 新的尝试，经过我们不断的摸索与改进，目前 已能够解决送气初期严重的水锤问题。2补偿器的选型与安装为了防止供热管道升温时， 由于热伸长 或者温度应力而引起管道变形或破坏， 需要-129-在管道上设置补偿器， 补偿器在蒸汽管网系 统中是相对薄弱的一个环节， 下面论述了正 确选择补偿器的方法以及补偿器在安装时的 注意事项。2.1管道热变形计算3 x=a*l*t x管道膨胀量（cm）；a线膨胀系数cm/（m）；l补偿管线长度（m）； t介 质 温 度 安装时环境温度 （）。补偿器选型不仅考虑管道热变形量 ， 还 应考虑公称压力以及疲劳寿命等因素。2.2补偿器安装注意事项补偿器安装时严禁用补偿器变形的方法 来调整管道的安装超差； 补偿器所有活动元 件不得被外部构件卡死或限制其活动范围4。 新敷设的管道安装补偿器时， 为适应管道温 度升高后的热伸长， 一般在安装之前厂家为 其做预拉伸。 但在我们管网检修的工作中，发 生过刚刚更换的补偿器被拉断的情况， 分析 原因是管网检修时间紧迫， 停气之后不久就 进行补偿器更换， 此时管道温度未降低到环 境温度，补偿器安装之后，管道温度持续降低 造成管道冷收缩而拉断了补偿器， 考虑这种 特殊情况，要求厂家对补偿器进行预压缩。3其它因素3.1管道支架开发区蒸汽管网为地沟敷设， 管道支架 有固定支架、导向支架及滑动支架，固定支架 对承重点管线有全方位的限位作用。 除承重 以外， 固定支架还要承受管道各向热位移推 力和力矩， 这就要求固定支架本身是具有足 够的强度和刚性的结构； 滑动支架在管道热 膨胀或冷缩时可以自由滑动； 导向支架对管 道有两个方向的限位作用， 它能引导管道在 导轨方向（即轴线方向）自由热位移，起到稳 定管线的重要作用5。-130-3.2阀门开启速度管网停止运行一段时间后， 开启主蒸汽 管道上的阀门，蒸汽管中会产生凝结水，凝结 水集结在管网低点，管中蒸汽向用户处流动， 气流推动管中凝结水一同向前运动。 阀门突 然开启，管中汽流量瞬间增大，管中原来分布 的凝水被气流推动，迅速集中且高速向前冲， 如果凝水集结后在一段管道中充满， 便会在 气流推动下飞快向前冲击。 到达管道转弯处 水柱运动终止并向后反弹，形成汽水冲击，对 管道及管道附件造成巨大的压力。 为解决此 问题， 我们在主蒸汽管道送气阀门两端加装 管径相对较小的旁通管，缓慢开启旁通阀，蒸 汽流量缓慢增长， 管中凝水也缓慢向用户方 向运动，通过有压泄水装置排出。 待管网运行 稳定后再缓慢开启主蒸汽管道送气阀门。4结论1）蒸汽供热管网要从建设安装 、 运行管 理、检修维护等各个环节加强重视，把安全运 行放在第一位； 建议在区域供热规划初期尽 量避免管道突然上升及多点供气等不利于管 网平稳运行的问题。2） 通过对蒸汽管网安全隐患问题的分 析， 在有上升管道时的低点加装有压泄水装 置来避免