蒸汽远距离输送的探索与实施

杨峰敏

摘 要：根据《浙江省大气污染防治调整能源结构专项实施方案（2014—2017）》的要求，至2015年底，金华市的工业园区（产业集聚区）基本实现集中供热，集中供热量占供热总量的70%以上；至2016年底，全市工业园区（产业集聚区）基本实现集中供热，集中供热量占供热总量的90%以上；至2017年底，全市工业园区（产业集聚区）全面实现集中供热，集中供热量占供热总量的95%以上。就远距离蒸汽输送的相关内容展开了探讨。

关键词：集中供热；热力管网；埋地管道；供热管道

中图分类号：TU995 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.094

1 项目概述

本文设想从兰溪发电厂至金华市区建立长约22 km的供热主管线。金华市区供热量最大负荷为60 t/h，平均负荷为35 t/h，最小负荷为15t/h，日负荷波动较大。热力管网的供热介质为过热蒸汽或饱和蒸汽，管道设计温度为300 ℃，设计压力为2.2 MPa（G）。本热力网工程为公用热力管道，管道等级为GB2类，并执行GC2类管道相关标准；供热管线较长，热力管网的凝结水暂不考虑回收，由用户自行利用；热力网管道以低支架架空敷设为主；管道热力补偿尽量利用自然补偿，结合旋转补偿器、铰链补偿器或复式拉杆补偿器，并根据实际情况选用最佳的补偿方式。

全年主管网基本处于运行状态，考虑到企业本身的生产班次、设备的维护等因素，本项目年平均供热负荷利用小时数按6 000 h计算，年稳定供热规模为2.4×105 t蒸汽，折合热量为7.2×105 GJ。为了节约投资和缩短施工周期，热力管网原则上主要采用沿道路边、利用绿化带架空敷设，以中、低支架为主，以降低工程造价和方便施工为目标，并根据地形情况和用户要求，采用桁架或高、中支架或埋地的敷设方式。

2 水力计算

2.1 水力计算的原则

水力计算的原则有以下3点：①最大限度地满足热用户的用汽要求，满足距离较远的热用户的最低要求；②以最大计算流量和允许压降确定管径；③以最小流量较核温降和凝结水量对热用户的影响。

2.2 水力计算的方法

水力计算分为设计计算和校核计算。其中，设计计算以最大计算流量和允许压降确定管径；校核计算以设计计算的管径

为依据，校核流量最小时的蒸汽温降和凝结水量。

热网主管计算流量以热用户的最大流量为依据，考虑日期使用系数和漏损系数，并将蒸汽参数换算为供热管道热力站内出口参数，从而在各热用户支管时按其最大流量计算管径。表1为供热专线管道设计流量为40 t/h、50 t/h、60 t/h、70 t/h和20 t/h时的水力计算结果。

从表1可以看出，当供热主管段处于最大热负荷工况时，且接出点压力参数大于1.85 MPa/年时，即可满足末端用户压力参数达到1.0 MPa/年的要求，并使供热具有可行性。

由水力计算的结果可知，为了满足近期供热负荷和远期供热负荷的要求，主管线管应采用DN450管道，且电厂出口厂内段应考虑预留条件。考虑到其他片区的发展，可采用DN500管道。

3 管材、保温和疏放水

3.1 管道标准

本工程热网对外的供汽设计压力为2.20 MPa，供汽温度为300 ℃，管道管径为200～450 mm。根据其使用工况，管道材质均采用中低锅炉用无缝钢管（GB 3087—2008），材质为20#钢。蒸汽管道敷设至用户端时，可考虑采用螺旋焊接钢管（GB/T 9711.1—2008），材质为Q235-B。管道厚度如表2所示。

3.2 管道保温

3.2.1 主保温材料

本工程架空蒸汽管道的保温方式参照已实施的供热主管网的保温方式，暂定内层采用硅酸铝（密度为120 kg/m3），外保温材料采用高温玻璃棉材质（密度为50 kg/m3）。根据已运行的长距离供热管道的情况看，达到设计热负荷后可控制温降在5 ℃以内，保温效果较好。埋地管道主保温材料内、外层均采用憎水型高温玻璃棉。

3.2.2 反光层材料（防敷设散热）

在室外供热管的长距离输送中，存在辐射热损失较大的实际情况。因此，考虑在内、外主保温层之间设置2层阻燃型铝箔布反光层，从而减少辐射散热，并起到阻燃的作用。

3.2.3 防潮层材料

根据保温油漆设计规范的要求，应在室外供热管道主保温层与外保护之间设置防潮层，并采用增强型玻纤涂塑胶粘带防潮层，从而提高防水、防潮效果，缩短施工周期。

3.2.4 外保护层材料

本设计方案的保护层与原有管网工程的保护层相同，并采用了0.5 mm的彩钢板进行保护。此外，埋地管道外加设了螺旋焊接钢管钢套管保护层。

3.2.5 保温厚度

管道保温按经济保温厚度的计算方式适当加厚，以确保外保护层表面温度不高于环境温度5 ℃。根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》（GB 50264—2013）中的要求，管网保温层的厚度可根据管网的表面温度选择，以确保外保护层表面的温度不高于环境温度5 ℃。

3.2.6 绝热支架设计

本设计拟采用绝热支架管拖形式，并对管道、导向支架进行了优化。可选用的隔热环材料主要有高强度膨胀蛭石、高强度石棉橡胶板、镁钢隔热块。埋地管道制造厂家根据埋地管道内部滑动、导向支架的要求成套制作管道。本方案暂时选择了镁钢隔热块，这样不仅能保证管道的强度，且具有较好的隔热效果（不大于0.17 W/mk）。

3.2.7 管道防腐

根据设计规范要求，供热管道在做保温之前，应在其表面涂刷一层耐热防锈漆。本设计采用热固性树脂耐热漆（烟囱漆）

对供热管道及其附件进行防锈防腐处理。此外，直埋管道的防腐应按照土壤腐蚀等级确定防腐措施。目前，常用的防腐措施有石油沥青防腐、环氧煤沥青防腐和聚脲防腐。本设计推荐采用聚脲防腐，一般开挖埋地管道均可涂刷聚脲，涂刷厚度为0～1.2 mm；顶管施工段埋地管道钢套管防腐的涂刷厚度为1.6～2.0 mm。对于地下水位较浅的区域，应增设埋地管道钢套管牺牲阳极阴极保护装置，从而延长管道的使用寿命。

3.3 疏、放水的方式

蒸汽管道的低点和垂直升高的管段前应设置启动放水装置和疏水装置。在顺坡的情况下，同一坡向的管段每隔400～500 m，逆坡时每隔200～300 m应设设置启动放水装置和疏水装置。在本工程中，顺流的蒸汽管道可不设坡度，逆流的蒸汽管道的安装坡度为0.003.因此，疏水器的设置点为管网的最低点、垂直管道爬高处和阀门前。此外，还可在适当位置设置启动疏水阀，一般设置在固定支架处，具体做法可参照《蒸汽管道疏放水装置图》；所有疏、放水装置中的隔离阀公称压力等级应为PN2.5 MPa。

4 管网自控系统及其计量

为了保证供热系统的安全、可靠、稳定运行，达到节约能源、降低运行费用和提高运行管理水平的目的，应设置热网自控系统。一级管网自控系统是指从热源点至用户热力站之间的一级供热管网自动监控系统，其主要功能为根据用户用汽参数的变化控制热网的供汽参数，从而保证热量的有效利用。监控系统由中央监控站和多个远程终端站组成，中央监控站设置在热电厂内，远程终端站设置在各用户站内，两者通过无线信息进行压力、温度、瞬时流量、累计流量等参数的传输、查询、显示、打印及软操等。供热管线电厂供热站出口设有总流量测量装置。在管网沿线，应根据供热管网的接入方式设置各用户专属的入口计量装置。

5 支架设计

本工程热网支架管墩采用独立式现浇钢筋混凝土结构，支架采用门形（或T形）支架。跨越道路和河流的管架采用钢结构桁架跨越。根据地质报告的结果，支架基础采用浅基础，沿江区域或地势较低区域的管道基础根据具体的地质情况和防洪要求设置桩基基础。

6 警示标志和防撞措施

供热管道沿线涉及河流、道路跨越的工程，应设置管道跨越净高、净宽警示标志；沿道路、河流平行敷设的供热管道表面应涂刷相应的蒸汽流向、蒸汽烫伤警示标志；与道路距离较近的管道，特别是高支架跨越道路的支墩，必须采取防撞土建支护措施，尽量避免车辆误撞。

7 结束语

本文介绍了蒸汽远距离输送管网的建设措施，为兰溪发电厂进行大规模集中供热提供了技术条件。经相关专家的分析和研究，该管线建设技术方案是可行的。采用本方案实现集中供热具有投资少、见效快，可避免小型热电厂的重复投资，可节约大量土地、淡水和人力等资源的特点。虽然供热主线长约22 km，但通过科学选择供热管道、保温优化设计、支架隔热设计和供热补偿等手段，能很好地减少沿途供热压降和热损失，从而保证用户侧的热力参数达到标准。

〔编辑：张思楠〕