供熱管網(wǎng)中蒸汽過熱度對(duì)管損的影響

王　娟

(南京工程學(xué)院 能源與動(dòng)力工程學(xué)院,江蘇 南京 211167)

0　引言

蒸汽溫度高于對(duì)應(yīng)壓力下飽和溫度的數(shù)值稱為過熱度。蒸汽過熱度過低，蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)過程中發(fā)生凝結(jié)。一般發(fā)電廠供熱工質(zhì)不回收，蒸汽凝結(jié)將造成供熱管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量損失。蒸汽過熱度降低對(duì)蒸汽流量計(jì)量的準(zhǔn)確性也產(chǎn)生很大影響。聯(lián)產(chǎn)供熱作為低能耗且仍有較大降耗空間的供熱系統(tǒng)，應(yīng)優(yōu)先重點(diǎn)發(fā)展[1]。供熱管網(wǎng)的質(zhì)量損失是考核供熱機(jī)組熱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)[2]，分析蒸汽過熱對(duì)降低管損、管網(wǎng)規(guī)劃、制定合理營(yíng)銷策略有重要意義。

1　蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)的特點(diǎn)

蒸汽在管道內(nèi)流動(dòng)，流動(dòng)阻力造成壓力下降,散熱損失致使溫度降低。由于蒸汽溫度、壓力的下降并不是同步的，一般溫度下降較快，而壓力相對(duì)慢些，蒸汽過熱度隨流程減小[3]。為了保證蒸汽高效傳輸，減少質(zhì)量損失，管線短,蒸汽流速要適當(dāng)加大；管線長(zhǎng)，蒸汽流速要適當(dāng)減小，蒸汽應(yīng)在最佳流速范圍內(nèi)流動(dòng)[4]。

蒸汽管內(nèi)同一截面上各點(diǎn)溫度并不相同，測(cè)點(diǎn)溫度要高于管道內(nèi)壁溫度。當(dāng)測(cè)點(diǎn)過熱度不高的情況下，近壁處的蒸汽溫度可能已低于對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度，凝結(jié)已產(chǎn)生。由于管內(nèi)流動(dòng)的復(fù)雜性，管內(nèi)其它部位蒸汽也可能出現(xiàn)凝結(jié)。保持較大的過熱度是減少蒸汽凝結(jié)質(zhì)量損失的必要條件。

2　蒸汽過熱度與供熱管道質(zhì)量損失

2.1　管網(wǎng)概況

某廠兩臺(tái)180 MW的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電供熱機(jī)組，每臺(tái)蒸汽輪機(jī)在8、9級(jí)之間有一抽汽口，單臺(tái)抽汽供熱額定流量為100 t/h，最大為120 t/h，供熱抽汽壓力1.1 MPa、溫度 320 ℃。近期由于用汽量不足，總用汽量只有65 t/h左右，采用旋轉(zhuǎn)隔板調(diào)整抽汽，抽汽壓力0.8 MPa,溫度320 ℃，供熱管損達(dá)20%。

該廠廠內(nèi)供熱線路如圖1所示。

圖1　廠內(nèi)供熱線路圖

廠外供熱線路(南線)如圖2所示。

圖2　廠外管線南線布置圖

供熱管損率一般指供熱管道內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量損失率。管損率=(供熱總表流量-各熱用戶分表流量和)/供熱總表流量×100%。管損率這一經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接反映了供熱蒸汽在輸送過程中有效利用程度，同時(shí)也反映了熱網(wǎng)經(jīng)營(yíng)管理水平[5]。

2.2　管網(wǎng)試驗(yàn)及管損分析

為分析管損大的原因，根據(jù)該廠管網(wǎng)布置情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，選取該廠供熱南線上的部分用戶A、B、C、D作為代表，并進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)，運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

根據(jù)管內(nèi)蒸汽壓力可查得對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度、管內(nèi)蒸汽溫度與飽和溫度相減可得過熱度，計(jì)算結(jié)果見表1。

由表1可以看出，用戶B、用戶D末端蒸汽過熱度低，分別為28.1 ℃和8.2 ℃。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研證實(shí)，用戶B、用戶D的管內(nèi)存在凝結(jié)水過多現(xiàn)象，特別是用戶D，疏水閥動(dòng)作過于頻繁，凝結(jié)損失大。用戶A和用戶C，過熱度較大，自動(dòng)疏水閥在試驗(yàn)期間無動(dòng)作。試驗(yàn)說明熱度低，凝結(jié)損失大；蒸汽過熱度高，凝結(jié)損失小。過熱度直接影響供熱管網(wǎng)凝結(jié)質(zhì)量損失。

表1　管網(wǎng)南線部分熱用戶試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

由表1還可以看出，在管長(zhǎng)基本相同情況下，由于用戶A比用戶B的用汽量大，其蒸汽過熱度遠(yuǎn)大于用戶B?，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)用戶A末端的疏水閥，發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水量較少。說明蒸汽流量大，過熱度高，管道質(zhì)量損失小。對(duì)比用戶C和用戶B，可以發(fā)現(xiàn)，雖然用戶C比用戶B路線長(zhǎng)，但由于其用汽量大，其蒸汽過熱度遠(yuǎn)高于用戶B。說明，用汽量比管長(zhǎng)對(duì)過熱度影響更具決定作用。

為進(jìn)一步分析管損，在保障供熱母管流量、壓力不變情況下，試驗(yàn)測(cè)得另外一組數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2　管網(wǎng)南線部分熱用戶試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)

根據(jù)表2，用戶B和用戶D用汽量基本相當(dāng)，分別為2.50 t/h和2.25 t/h。由于用戶D路線長(zhǎng)(5.6 km)，用戶D的過熱度為僅15 ℃，低于用戶B過熱度(31.7 ℃)。說明，隨著蒸汽輸送管路的增長(zhǎng)，蒸汽過熱度下降。

將表2中用戶的流量、過熱度與表1中對(duì)應(yīng)的流量、過熱度相減，可得流量和過熱度的變化量,見表3。將過熱度變化量與流量變化量相比，得單位流量增量對(duì)應(yīng)的過熱度增量，即過熱度增量變化率，如表3所示。

表3說明，隨著用汽量的上升，蒸汽的過熱度增加，用汽量下降，過熱度下降。而且，在小用汽量下，若增加流量，過熱度增加明顯(由于用戶B用汽量變化太小，考慮測(cè)量誤差因素，過熱度變化沒有實(shí)際意義)。

表3　流量變化量對(duì)過熱度變化的影響

3　蒸汽過熱度與流量的計(jì)量

該廠管網(wǎng)用戶末端使用渦街流量計(jì)。測(cè)量時(shí)，流量計(jì)首先測(cè)得體積流量，同時(shí)將過熱蒸汽的溫度、壓力輸送到智能儀表進(jìn)行補(bǔ)償，求出過熱蒸汽密度，從而算出瞬時(shí)質(zhì)量流量與累積質(zhì)量流量。低過熱度下，實(shí)際管網(wǎng)中的蒸汽是過熱蒸汽、飽和蒸汽和水滴的混合物，存在蒸汽帶水現(xiàn)象。

對(duì)于管網(wǎng)中的蒸汽，若暫不考慮其過熱蒸汽成分，僅討論其中的飽和蒸汽和水滴，其密度計(jì)算式為：

(1)

式中：ρ為濕蒸汽密度；ρ′為飽和水密度；ρ″為飽和蒸汽密度；χ為飽和蒸汽含量，即干度。

可見，當(dāng)干度為1時(shí)，濕蒸汽密度為飽和蒸汽密度，此時(shí)密度??；干度為0時(shí)，濕蒸汽密度為飽和水的密度，此時(shí)密度大。在低過熱度情況下，蒸汽帶水,干度小于1。由于渦街流量計(jì)不能識(shí)別水滴[6]，仍按干度為1的較小的蒸汽密度來計(jì)算質(zhì)量流量，造成測(cè)量結(jié)果偏低。蒸汽含濕量越大，誤差越大。

該廠管網(wǎng)末端用戶含濕量嚴(yán)重，流量計(jì)量偏??；即使是非末端用戶，也存在個(gè)別用戶蒸汽含濕較大現(xiàn)象。質(zhì)量流量計(jì)量偏小，這是造成供熱管網(wǎng)管損大的又一原因。

當(dāng)然，該廠也存在管道連接處、閥門、附件等密封不嚴(yán)現(xiàn)象，這也會(huì)造成一定蒸汽泄漏增大管損，但問題不嚴(yán)重，不是主要原因。

4　結(jié)論

蒸汽過熱度是影響供熱管網(wǎng)質(zhì)量損失的主要原因。過熱度降低，蒸汽凝結(jié)，管內(nèi)質(zhì)量損失增加；蒸汽攜帶凝結(jié)水，造成質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量偏小，管損進(jìn)一步加大。根據(jù)熱用戶的分布情況，合理的規(guī)劃管網(wǎng)，減小供熱半徑，縮短供熱管長(zhǎng)，這是減小供熱管損首要條件。對(duì)于已建設(shè)成的管網(wǎng)，用汽量是決定蒸汽過熱度的主要因素。因此，積極擴(kuò)展熱用戶，增加用汽量，使管網(wǎng)在設(shè)計(jì)工況下工作，是降低管損的重要措施。對(duì)于供熱路線較長(zhǎng)，用汽量較小的末端用戶，可以采用階梯汽價(jià)或根據(jù)具體協(xié)議進(jìn)行協(xié)商采取一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。若管網(wǎng)系統(tǒng)長(zhǎng)期低于設(shè)計(jì)流量下工作，可對(duì)現(xiàn)有管網(wǎng)進(jìn)行改造，以避免較多的凝結(jié)損失。為避免凝結(jié)水影響蒸汽的正常流動(dòng)，建議在管道的非末端處也適當(dāng)設(shè)置自動(dòng)疏水閥，以及時(shí)排放凝結(jié)水。蒸汽過熱度影響蒸汽質(zhì)量流量的計(jì)量。應(yīng)根據(jù)不同的用戶需求，采用不同精度的流量計(jì)；對(duì)于管網(wǎng)末端蒸汽過熱度低，流量計(jì)量偏小情況，可經(jīng)雙方協(xié)商予以修正或補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)：

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