張葉龍

摘要：本文基于供熱蒸汽管道運行系統(tǒng)并針對管道泄漏問題，通過分析城市蒸汽供熱管道安全性表明我國的蒸汽供熱系統(tǒng)還需進一步加強。如利用自動化系統(tǒng)實時監(jiān)測管道內(nèi)蒸汽壓力和凝結(jié)水狀況，從而預防水擊等事故的發(fā)生。在蒸汽供熱管網(wǎng)的運行過程中，有關(guān)管道的安全性評價標準以及泄漏點的定位方面還有著很大的研究空間，值得進一步去探索。

關(guān)鍵詞：蒸汽供熱管道;運行安全;泄露點定位

1城市蒸汽供熱管道安全性分析

1.1蒸汽供熱管道運行安全現(xiàn)狀

隨著供熱需求不斷增大，我國供熱管網(wǎng)的數(shù)量和規(guī)模逐年增長。同時蒸汽管道等設(shè)備隨著使用時間的推移，運行安全事故逐年增長。蒸汽供熱管道一般埋于地下，在管道三通和法蘭接頭處由于常經(jīng)高溫高壓蒸汽的沖刷，所以易發(fā)生穿孔甚至泄漏等事故。熱電廠的大型鍋爐及一級管網(wǎng)中高溫高壓蒸汽一旦發(fā)生泄漏等事故，不僅影響到供熱系統(tǒng)的正常運行還威脅附近人員的安全。

目前工業(yè)應用中主要通過管道的壓降、溫降、熱損失率、泄漏率、保溫效果以及區(qū)域供熱系統(tǒng)整體自動化調(diào)節(jié)水平等指標來評價蒸汽管道的。而管道的保溫材料、焊接質(zhì)量、敷設(shè)質(zhì)量以及管道的支架等是否符合要求是國內(nèi)外規(guī)范對城市供熱管網(wǎng)的評價及驗收標準。

1.2影響蒸汽供熱管道運行安全因素

1.2.1管道腐蝕

管道腐蝕是影響蒸汽供熱管道安全運行的主要因素。管道的腐蝕主要分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕兩種情況。內(nèi)腐蝕主要是由于蒸汽供熱管道運行過程中，作為熱媒的蒸汽溫度高壓力大，對管路沖擊削薄。相較于其他熱媒介質(zhì)，蒸汽的電導率偏高，雜質(zhì)離子較多，因此管道易發(fā)生化學和電化學腐蝕。外腐蝕是指管道金屬材質(zhì)與外部的環(huán)境比如土壤和大氣等腐蝕性介質(zhì)相接處引起的腐蝕。同時，由于管內(nèi)蒸汽熱媒的高溫特點使得外部水分加熱等因素引起水分在保溫層下聚集，從而造成高腐蝕性的腐蝕區(qū)域，對管道產(chǎn)生保溫層下腐蝕。針對蒸汽供熱管道的腐蝕問題，現(xiàn)有的防范主要是通過加強水質(zhì)管理和管道的沖洗以及設(shè)置防腐層等措施進行。

1.2.2設(shè)計和管理不當

設(shè)計和管理不當也是造成蒸汽供熱管道運行事故的主要原因之一。因蒸汽溫度高的特點產(chǎn)生的熱膨脹問題在蒸汽供熱管道結(jié)構(gòu)設(shè)計時不可忽略。故在設(shè)計時需預先計算對應的管道熱膨脹量，并根據(jù)計算結(jié)果設(shè)置對應的膨脹補償方式。蒸汽供熱管道的熱膨脹補償一般分為自然補償和膨脹節(jié)補償。自然補償通常通過設(shè)置彎頭實現(xiàn)，膨脹節(jié)補償則需進一步計算補償量。管道之間連接焊縫和管支架的布置也是設(shè)計管道的重要部分，設(shè)計前應了解當?shù)氐慕ㄔO(shè)工況，設(shè)計時應嚴格遵守相關(guān)標準和國家規(guī)范。

1.2.3水擊

蒸汽供熱管道相較于其它類型的供熱管道，具有沿程阻力小以及便于用戶端熱量和壓力調(diào)節(jié)等優(yōu)勢。但在用熱負荷過大的情況下易造成供熱失調(diào)的現(xiàn)象，甚至會導致蒸汽滯留在管道內(nèi)。在溫度低于該壓力下蒸汽的飽和溫度情況下蒸汽會發(fā)生冷凝。一旦疏水器不能及時排出過量的冷凝水，這將導致蒸汽供熱管道產(chǎn)生壓力波動造成水擊現(xiàn)象，對蒸汽供熱管道的安全性能產(chǎn)生極大的威脅。

2蒸汽供熱管道泄漏點定位

蒸汽供熱管道的泄漏問題是影響城市蒸汽供熱管網(wǎng)安全運行的主要因素。蒸汽發(fā)生泄漏不僅造成能源的巨大浪費，還會影響民生工程以及對相關(guān)人員造成生命威脅。

2.1蒸汽供熱管道泄漏的主要原因

2.1.1自然因素

造成蒸汽供熱管道泄漏的主要原因之一是管道腐蝕，其主要是由于管道的運行壓力較大，蒸汽在輸送過程中對管道進行一定的沖擊，造成管道的損傷。此外蒸汽供熱管道一般埋于地下，而土壤酸堿度和含水率等情況都將一定程度上腐蝕管道。地震、大雪、暴雨等自然災害不僅會影響蒸汽供熱管網(wǎng)的正常運行，甚至還會導致管道泄漏。

2.1.2人為因素

管道的設(shè)計不合理會影響管網(wǎng)的正常運行。針對施工方，管道的材質(zhì)以及施工質(zhì)量都是影響管道泄漏的主要因素。蒸汽供熱管道在使用期間，地表承載等問題會導致管道受力不均勻?qū)е缕茡p，進而引發(fā)泄漏問題。

2.2管道泄漏相關(guān)的研究

由于腐蝕、磨損以及施工等因素的影響，蒸汽供熱管道的泄漏時有發(fā)生。目前國內(nèi)外學者主要采用實驗和數(shù)值模擬的方法，通過參數(shù)和結(jié)構(gòu)化的分析，得到蒸汽泄漏后沿定義路徑管道各處以及周邊土壤的溫度場或力場等，并根據(jù)對場的分布進行分析進而確定泄漏點的位置。

2.2.1管道泄漏相關(guān)模型的研究

根據(jù)泄漏孔徑（d）和管徑（D）的大小，國內(nèi)外專家學者提出3種典型的管道泄漏模型，其適用范圍如表1所示。小孔泄漏模型主要適用于由腐蝕（內(nèi)腐蝕、外腐蝕）等因素生成小孔，進而導致管道泄漏的情形。對于第三方破壞引起的管道泄漏，其泄漏孔口既不是小孔又不是完全破裂，這就需管道-小孔泄漏模型進行計算。管道模型的適用情形是當管道中發(fā)生水擊等不利因素造成管道完全斷裂。

針對供熱管網(wǎng)泄漏問題，一些國內(nèi)外學者建立管道泄漏監(jiān)測模型。如雷翠紅基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的方法建立非線性模式識別模型，并對該模型進行驗證。結(jié)果表明此模型適用于中小型泄漏，且效果明顯，但針對管道大尺度泄漏時精度仍有待提高。劉才等通過專家數(shù)據(jù)庫，利用仿真的方法建立管道實時傳輸模型，通過對其分析表明該模型適用于監(jiān)測中小尺度管道泄漏。此模型為通過數(shù)值模擬的方法定位泄漏點提供了科學依據(jù)。

埋地熱力管道泄漏后，距管道越近的土壤，越易受到影響，而距管道一定距離后，土壤的溫濕度幾乎不受影響?；谝陨侠碚摚恍﹪鴥?nèi)外學者提出熱力管道泄漏擴散模型，如朱前、吳國忠等人在研究熱油管道泄漏擴散過程中將半無限大的土壤區(qū)域簡化為一個立方體狀的熱力影響區(qū)域，并建立物理模型，埋地熱力管道徑向截面如圖1所示。基于該模型，通過實驗和模擬的方法來研究熱油泄漏擴散后周邊土壤溫度以及濕度等特性的變化，進而驗證模型的正確性。同時劉國斌在該模型的基礎(chǔ)上，基于實驗和數(shù)值模擬的方法，通過研究分析埋地熱水供熱管道泄漏擴散的規(guī)律表明模型的正確性。熱力管道泄漏擴散模型主要適用于以熱油和熱水為主的熱力管道，但蒸汽供熱管道泄漏擴散后溫度場的分布與熱水管道及熱油管道泄漏后分布類似，且其都屬于熱力管道，因此該模型也為研究蒸汽供熱管道泄漏擴散提供參考依據(jù)。

2.2.2管道泄漏實驗及相關(guān)理論的研究

基于實驗和數(shù)值模擬的方法，國內(nèi)外學者針對管道泄漏等問題進行了研究，并取得一定的成果，但大都針對燃氣管道而言，而關(guān)于熱力管道泄漏方面的研究較少。

趙龍燦通過數(shù)值模擬的方法對熱力管道泄漏擴散進行研究。結(jié)果表明管道泄漏后其周邊土壤的溫度以及磁場會發(fā)生變化，基于此，提出一種新型定位供熱管道漏點的方法即磁-溫梯度檢測法，并通過一系列的實驗進行驗證，該方法操作較為簡單具有一定的工程價值，但其適用性不強，只能檢測管道正上方的泄漏。

袁朝慶基于管道泄漏檢測的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，通過實驗以及理論分析等方法針對熱力管道泄漏進行研究并通過工程實例為管道泄漏光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)檢測管道泄漏提供了理論依據(jù)和應用經(jīng)驗。

結(jié)束語

熱源、供熱管網(wǎng)以及熱用戶組成了集中供暖系統(tǒng)。我國蒸汽供熱系統(tǒng)因自動化水平較低等緣故導致其運行損耗較大和事故頻發(fā)。因此，城市蒸汽供熱管道應從規(guī)范設(shè)計到運行操作再到事故處理等各方面都需進一步提高，同時快速準確的定位蒸汽供熱管道泄漏點也極為重要。

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