提高蒸汽管网效率,降低管损地技术要点和实施方案设计(一)

1、提高蒸汽管网效率，降低管损，节约能源 杭州瓦特节能工程有限公司 技术服务中心 蒸汽技术工程师 李少鹏 锅炉产生的蒸汽必须通过管网输送到使用热量 的 用 汽 点。 通 常 从 锅 炉 有 一 根 或 多 根 蒸 汽 主 管 向 用 汽 车 间 方 向 输 送 蒸 汽， 然 后 通 过 小 口 径 的 分 支 管 道 将 蒸 汽 送 给 各 个 用 汽 设 备。蒸 汽 源 到 使 用 点 的 蒸 汽 输 送 过 程。 蒸 汽 源 可 以 是 锅 炉 房 或 者 热 电 联 产 的 供 给。 锅 炉 可 以 是 燃 煤、 油 和天然气的锅 炉， 也 可 以 是 余 热 锅 炉使用高温过 程产生的废气

2、。 无 论 汽 源 如 何， 为 了 在用汽点得到 高品质的蒸汽 正 确 的 蒸 汽 量 和 压 力，高效的蒸汽 分配系统是关 键 所 在。当 锅 炉 的 冠 状 阀 打 开（ 缓 慢 打 开） ，蒸 汽 立 即 从 锅 炉 进 入 蒸 汽 主 管。 在 初 始 状 态， 蒸 汽 管 道 是 冷 态 的， 因 此热 量从 蒸 汽 传 递 给 管 道。 管 道 周 围 的 空气更冷，管 道会 传热 给 空 气。 除 了 蒸 汽 加 热 管 道 引起的蒸汽 冷凝 （ 称 为“ 起 动 负 载”） 以 外， 管 道 传 递 给空气的热 量使 蒸汽 冷 凝 更 快（ 称 为“ 运 行 负 载”） 。这

3、 样 形 成 的 冷 凝 水 积 累 在 管 道 底 部， 被 蒸 汽 携 带和 重力的作 用 （ 通 常 蒸 汽 主 管 沿 蒸 汽流动方向有一向 下的梯度 ） 沿 蒸 汽 流 动 方 向 流 动。当 用 汽 设 备 的 阀 门 打 开， 蒸 汽 从 分配系统进入用汽 设备并接 触 冷 态 的 加 热 面， 蒸 汽 释放出蒸汽焓加 热 设 备（ 起 动 负 载） ， 并 连 续 不 断 传 递 热 量 给 工 艺 制 程， 然 后 冷 凝 成 水。现在有一连续的蒸汽流来自锅炉以满足所连接 设 备的负载要求， 为 了 维 持 该 蒸 汽 供 给， 锅 炉 必须产 生更多的蒸汽。 为 此， 更

4、多 的 燃 料 加 入 锅 炉， 更多的 水泵入锅炉以 补 充 水 蒸 发 成 蒸 汽。补给水蒸汽给水泵冷凝水冷凝水间 热 统给水箱空 加 系大槽制程设备蒸汽产生、输送、使用、冷凝水回收的一个典型循环 选择工作压力蒸汽 分配系 统是汽 源和用 汽设备 之间的 重要连 接。蒸汽分配系统必须在最小散热损失和最小费用 的情况下，提供正确的流率和正确的压力。我们必须时刻记住，在工艺制程和加热应用中 使用的是干饱和蒸汽（并非过热蒸汽）。输送 蒸汽的压力取 决于用 汽点设 备所需 要的最 高压力。但我们必须记住，由于蒸汽管道的流动阻 力和散热损失引起的蒸汽冷凝，使蒸汽在通过输送 系统后压力有所下降。因此在

5、决定输送压力时必须 考虑一定的余量。总之，在选择工作压力时，我们必须考虑以下几 占：八、用汽设备需要的压力沿管道的流动阻力引起的压力降（摩擦）管道的热损失我们知道，高压下蒸汽比容较小，因此在高于使 用压力的压力下输送蒸汽时，输送同样的蒸汽量需 要的管道口径比较小。高压输送蒸汽高压输送蒸汽，则需要在各用汽点进行减压，以 满足实际应用过程 的压力需要。瓦特节能认为高压输送蒸汽具有以下优点：1. 更小的蒸汽管道。管道表面积小，散热损失少。2. 蒸汽管道的费用减少，包括管道材料、法兰、支撑件和 劳力。3. 管道的绝热费用减少。4. 通过减压在使用点可以获得更加干燥的蒸汽。5. 锅炉在高压下运行时更接近

6、其最佳运行状况，因 此效率更高。锅炉在高压下运行时的蓄热能力大，有助于处 理系统负载的波动，减少汽水共沸和携带的可能性。管道口径选型目前普遍存在的问题是根据所连接的设备接口 管径来选择输送蒸汽的管道。而输送的压力以及输 送的蒸汽质量等关键因素往往被忽略。瓦特节能认为如 果管道选型过大，贝管道费用增加形成的冷凝水增多冷凝水增加，引起蒸汽品质下降、传热效率降低更多的热损失例如，使用50mm的蒸汽管道能输送足够的蒸汽， 如使用80mm的管道，则费用会增加44%。80mm绝热管的 热损失比50 mm绝热管的损失多21%。80mm非绝热管的 热损失比50mm非绝热管的热损失多50 %。瓦特节能经验表明如

7、管道选型偏小，贝*高的蒸汽流速产生高的蒸汽压力降，到达用汽点时压 力不足用汽点没有足够的蒸汽量*蒸汽流速加快，容易产生冲蚀和水锤管道的口径选择可以使用以下两种方法中的任 一种。：流速法压降法无论使用何种方法进行选型，应该用另一种方 法进行校核以确定不超出限制。流速选型是基于管道的流通体积等于管道的截 面积和流速的乘积（记住比容随压力变化而变化）。3m2 mm x -ss如果知道了蒸汽的质量流率和压力，我们可以3很容易计算出管道的体积流量(m /s)。如果我们确 定一个可以接受的流速(m/s)，知道了所输送的蒸汽 体积，则可以计算所需的流通截面积(管径)。特定流速下的管道流量随以下因素的增加而增

8、加： 流速(原因如前页所述)压力。压力增加，比容减小蒸汽管道流量图表是根据蒸汽流速选择管道的 可靠方法。25- 40 m/s之间的流速适用于短的分支管 道，而较低的流速，如15 m/s左右可用于主蒸汽管。管道厚度和标准管径通常使用的管道厚度是基于美国石油研究所 (API)的管道表号，实际的厚度参考表号确定。这些表 号根据管道的压力等级分为11个系列。从最低的NO. 5 至 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140和 NO.160。对 公称口径小于150 mm (6英寸)的管道，管道系列号40是 管道重量最轻的表号。只有40和80号覆盖了从15 mm (1/2英

9、寸)600 mm的所有公称口径。最常用的蒸汽管 道表号是40，次之是管表号80。管道表号表在BS 1560 和BS 1600中可以查询。管壁厚可以根据以下公式计PD20S p其中：t=内部压力设计厚度(mm)p=内部设计压力bar,(105N/mm2)D=管道外径(mm)S=设 计应力 N/mn1,(MN/m2)流速管道公称口 径 /管道表号40的设计内径Barm/s152025324050658010012515015.820.9326.6435.0440.952.562.777.92102.26128.2154.0515915254358951362103625698220.4251425

10、417197159227350603948136940234066113154254363561965151721911510182951691141632514336819830.7251730498511519027141972211351638402848781361853044346711155181526211512213459811331892925037911142125203557991342213154878391319190440325691158215354505779134221103046151831508611819427 742 77 35115616692252

11、951831441963234617121226192727824047821332303145仃73711391961308344511523406511315425436255996215122183325386710918825642360393116032520363940611071743014106769641490256540325822152850801391903134466891186186426914254783134232316521743114819763106448540751322153715068331189183631624970717615345996165

12、2253/152981/140822133195525569815927637561988213622347368853254090157255441601990141121803755590185211539681111912614306139471631256337006256511418431943571610221578271842716167401041822955116961146163525254348683498671544771252172964876951073184829044194725741292093624938121158178830804841698940118

13、206334579788129918532861492877451118315498614024233054477511982063324246818258214423340455090612921996343854037802401312303736468801450206831945501864512484156010517029440166094214552506393856861025100175283490668110115702425417665639477401602804537851069176125123880668210502151641580141228394537886

14、1263195133605281762514251342353806578961476210532515600880112708402143756081052143323623368520289601408220333特定流速下 的管道流量最常用的材料为低碳钢（等级620 ）,根据特殊需 要可以使用其它的等级。由上述公式，为了计算管 道厚度，需要知道材料的设计应力，这可以在BS 806 中找到（安装和连接至锅炉的铁素体管道的设计和 结构）。应力随温度的变化很大，因此在选择设计应力时温度是一个重要的变旦 量。应力在管道的两个支撑占八、之间也会积聚。如果安装良好，则该应力可以忽略，但考虑安全性和计

15、算误差，选择较小的设计应力更好。管道也应该足够的厚以承受冲击和其/、它的用途 如作为 提升泵/设备等的连接点。另一个 经常用 于管道厚度的术语是蓝色和红色带C详羊细参见BS 1378 （钢管和其/、它用于BS21管螺纹标准的管材），应用特殊的管道等级，红/色；带表示重级,蓝色带表示中级。对于蒸汽管道应用红色带是最常见的,而蓝色带通常用于空气分配管道。短于4m的管道只有一个颜色带标记在4m-7m长之间的管道在两端附近都有一颜色标记己。标记带大约J 50mm宽。红色标记带-重级4m以下的管道蓝色标记带冲级4 m - 7 m之间的管道带标记的管道管道流量和压力降我们需要考虑蒸汽管道内的压力降。使用1

16、2页 上的管道口径选型图可以得到更详细和全面的信 息。下面，我们将讨论两个实例，一个理论性较强, 另一个更实际些，通过这两个实例我们可以对管道 口径选择有较好的理解。举例如果初始压力为7 bar。压力因子(P 1)可以从管道 选型图的压力因子表查得为56.38 ,并且如果最终压 力为6.4 bar ，压 力因子(P 2)为48.48 。L管道压力降Pl - P2F(Pressure Factor)假定管道长度(包括弯头和接头)为263米，则:P1 - P2L 56.38 - 48.48263F = 0.03使用管道流量和压力降因子， 我们找到左边 0.030 栏，从左往右读取数值，65 mm的

17、管道能输送919.4 kg (x) 的 蒸 汽， 此时 速度因 子(y) 为80.64 m/s 。3速度因子(y)是基于蒸汽的比容为1 m/kg，因此可以方便地转化成其它比容状态下实际的蒸汽流速：True Velocity x 1Actual Volume因此如果速度因子(y) = 80.64 m/s，蒸汽压力为7 bar， 比容为0.240 m3/kg (参考蒸汽表)，我们可以得到实际 的速度为：True Velocity = 80.64 x 0.24True Velocity = 19.35 m/sF管道口径(mm)1520253240506580100125150175200225250

18、3000.0209.3063111841761226490799120171235313505x8.1.74.910.26974314633884086571Y202936391415667549107122135147160172193.5.5.0.66.8.7.004.5.3.6.3.0.0.315724310.025103370122045831329542881132193263347565x.9.4.77.9.9.4.67702796325750819833876y233240435165738310119135150166179191217.0.8.0.9.3.0.2.722793

19、0.030123677132350911436588979144209285379625x.0.0.280198024428117956722y253643475670809011129150164180195207239.1.0.7.6.3.9.6.62管道流量和压力降因子(部分)压 力Bar g比 容mi/kg压 力因子6.00.2743.5：246.10.2644.7966.20.2645.9586.30.2647.2：136.40.2548.4886.50.2549.7566.60.2551.0256.70.2452.3；966.80.2453.6686.90.2455.0327.00

20、.2456.3087.10.2357.7757.20.2359.1537.30.2360.5247.40.2261.9967.50.2263.3797.60.2264.8447.70.22266.317.80.2167.7997.90.2169.2：798.021570.80压力因子表举例让我们进行一个实际的应用，利用压力降计算 下图中的主蒸汽管道口径。锅炉7 bar g 289 kg/h195 m + 10%214 m等效长度加热组6.6 bar g 270 kg/h长度从锅炉至加热组的长度已知，但我们必须考虑 连接件的摩擦阻力，通常称为等效管长度，例如将 一个球形阀等效于多少米长的直管道。

21、如果已知管道的尺寸，则可以计算连接件等效 的阻力。但实际上管道口径不知道，则必须给连接 件一个系数。简而言之，100 m长的直管道，可以考虑10%的连接 件等效长度。同样是直管道，如果长度较短，则可以考虑更多 的连接件等效长度，例如20%。在本实例中，属于第一类，长195 m 增加10%(19 m) 的等效长度，则总长度为=214 m。蒸汽流率我们必须考虑一定的余量，即由于蒸汽主管的 辐射散热引起的损失。加热组的蒸汽用量为270 kg/h，主管必须输送这些质量，同时加上管道辐射损失引起的蒸汽冷凝量 因为蒸汽管道的口径尚未确定，因此无法精确计算, 如果管道绝热，则假定每30m有1%的辐射损失。在

22、本例中:214 m30 mx 1%=7.1%则锅炉的 根据压力因子7 bar 时 P 16.6 bar 时 P2蒸汽流 率=270 + 7.1% = 289 kg/h 图，=56.38=51.05等效长度L=214 m因此:Pl P2L56.38 -51.052140.025根据管道流量和压力降因子表，压力降因子F为0.025 时：40 mm 口径 的管道 容量为209.8 kg/h50 mm 口径 的管道 容量为459.7 kg/h 因此管道必须选择50 mm。选择蒸汽主管时，如果刚好能满足额定的容量要求， 则不是好的选择，应该留用一定的余量，以补偿设计 误差和以后设备扩容的需要。如果计算的F值为表中的中间值，虽然没有完全的线 性关系，但通过插值计算具