长距离蒸汽输配管网解决方案

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      近年来,伴随国内工业的高速发展和能源综合利用的不断改进,越来越多的工业用户都采用电厂长距离供应蒸汽来进行生产活动。长距离蒸汽输配相对电厂内部的蒸汽输送复杂很多。长距离蒸汽输配需要充分考虑压降控制(管径选择),温降控制(保温设计),多用户的相互干扰(各种变工况的可能性)。这样就给以往手工方法计算蒸汽压降带来了巨大的挑战和难度。

       在新建蒸汽管网或蒸汽管网扩建、改造时,越来越多的设计院或工程公司采用环状干线、输送干线和枝状支线的设计方案。但是由于缺乏与之相应的管径选择、流量分配的有效手段和工具,使得当前集中供热普遍存在着比较严重的水力失调现象,凝结水析出太多,增加了供热成本。因此,对蒸汽输配管网的水力工况进行研究是十分有必要的。

蒸汽输配管网的布置形式

       蒸汽输配管网布置原则:应在万人电玩城建设规划和工业区规划的指导下,考虑蒸汽热负荷分布、用户蒸汽使用量的变化、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素,再通过技术经济比较确定。

蒸汽管线平面位置的确定应遵守如下基本原则:

(1)蒸汽主干线力求短直,主干线尽量走热负荷集中区。要注意管线上的阀门、补偿器和疏水装置的合理布置。

(2)蒸汽管线应少穿主要交通线,一般平行于道路并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿街道的一侧敷设。地上敷设的蒸汽管道时,不应影响万人电玩城环境美观,不妨碍交通。

蒸汽输配管网的布置形式

    根据上面的蒸汽管线的布置时遵循的规则,可以采用以下布置形式:

  • 架空布置

       从经济性上、布置简单、操作方便和蒸汽管线的布置特点来说,架空布置是非常合适的,但需要工程师根据供汽参数,用户用汽参数和环境条件等因素综合来对蒸汽管道来进行设计,包括路由布置、压降计算、温降计算(保温设计)等。

  • 直埋布置

      由于工业区规划中的一些要求要求,蒸汽管线不得不要埋地布置。从减少压降、热损失和经济性的角度来说,直埋是一种不错的选择。但是对蒸汽管道的压降计算和保温设计就提出了较高的要求。因为直埋管道需要外护钢管,保温层厚度决定了外护管的管径,并且为了避免外护管的腐蚀,还必须将保温层外壁温度降到50℃以下,这就对保温设计提出了较高的要求,这必然需要更好的软件工具辅助管道保温设计。

蒸汽输配管网的形式

  • 支状蒸汽输配管网

当蒸汽用户不太多,蒸汽用量较稳定时,可采用支状的蒸汽输配管网,该形式输配管网形式简单易于操作和执行。

  • 环形蒸汽输配管网

      当蒸汽用户很多,涉及的区域很大,用户蒸汽用量变化较大,可采用环形蒸汽输配管网,该形式输配管网可以适应于蒸汽用量变化范围较大和大工业区。但是要想充分发挥环状蒸汽管网的优势,工程师需要采用先进的软件工具来详细研究计算蒸汽管网,但目前不少设计院或工程公司的计算手段落后,不得不简化模型,因此导致计算模型与实际工程有较大的误差。

简单的计算方法

      简单的计算蒸汽压降,往往都是根据DL/T5054-2016《火力发电厂汽水管道设计规范》提供的计算方法来进行。该规范提供的计算方法主要分为两类:

  1. 介质比容变化不大的蒸汽管道压力损失(终端和始端蒸汽比容比不大于6,压降不大于初压40%)

  2.介质比容变化大的蒸汽管道压力损失(终端和始端蒸汽比容比大于6,压降大于初压40%)

计算时还要判定蒸汽流动是临界流动还是亚临界流动,根据不同已知始端参数,计算获得终端参数。

       针对上面计算方法,国内有很多学者提出不同意见,也提出一些变化的计算方法,来对上述方法进行修正。南京工学院的钟史明老师发表的《蒸汽管道压降计算》中这样论述“关于蒸汽管道压降的计算,以往我国火电厂设计中,只考虑了比容变化对摩损的影响,忽略了对动压的改变,这显然是有误差的。”

      但无论上面提到的如何改进计算方法,都只能针对一根没有分支的管道进行简单和初略的计算,没法考虑保温和环境对管道温度的影响,高音速声阻塞sonicchoke的作用等,没法计算多用户和环网蒸汽输配。

先进的计算方法

      目前,针对蒸汽输配管网进行压降、温降计算的高级算法是全面考虑蒸汽的计算方程,针对整个管网进行求解,采用牛顿拉夫申的方法。这种先进的计算方法都是通过专业的商业软件实现的。

针对任何复杂蒸汽输配管网建立分析模型:

  • 针对单个管段,进行五方程求解:

  • 针对节点:

      对蒸汽输配管网进行温降计算时,可以采用等温、绝热、对流传热、埋地等多种传热方式,选择一层或多层保温结构,定义保温环境(空气流速和环境温度,水中管道,埋地管道等),可综合以上因素计算管道的传热。

      对蒸汽管线计算时,采用长度步进和马赫数步进两种方式,对管道进行分割,建立矩阵,求解全面的控制方程式,获得各点压力(静压和动压),温度(温度和滞点温度),介质密度等。

综述

      蒸汽长距离输配系统从电厂输送到用户端可能距离很长,几百米至几十千米都会有,长输管线的优化设计就显得十分必要。目前一些热力公司和电力设计院在承揽蒸汽长输项目时,为了确保客户端工艺用汽参数,就要对该管道的输送温降、压降要求苛刻,对保温设计、特别是保温材料选用又提出了特殊要求。因此,要想设计出一个合理有效的蒸汽长输管线,就必须有有效手段和软件工具。