热力管网蒸汽输送减少管道损耗的方法分析

张涛

山东省烟台市经济技术开发区 山东烟台 264006

1 热源点供热参数对管损的影响

1.1 机械能损耗

机械能损耗即压力损耗，决定了蒸汽可输送的距离及范围。分析影响压力损耗的参数，选用《流体输配管网》4.24章节室外蒸汽管网水力计算的公式：

式（1）中，Rm为每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa；K为蒸汽管道的当量绝对粗糙度，取0.2mm；Gt为管段的蒸汽质量流量，t/h；ρsh为管段中蒸汽的密度，kg/m3；d为管道的内径，m。对整段管道近似求压力损失，即：

式（2）中，R总为总阻力，Pa；L为管道长度，m。公式分析：具体参数如K值及ρsh值在计算中需根据实际情况进行修正，修正计算过程较复杂。以此公式数据关系即可推断出：（a）比摩阻Rm与管径d成反比，管径越细，比摩阻越高。（b）比摩阻Rm与管段内质量流量Gt成正比，质量流量越高，流速越快，比摩阻越高。（c）比摩阻Rm与蒸汽密度ρsh成反比。在长距离输送中，饱和蒸汽介质内含有一定的凝水，其参数参照《工程热力学》附表2“饱和水与饱和水蒸气表”即可确定。由该表可知，饱和蒸汽比体积与饱和温度T成反比，即饱和蒸汽密度ρsh与饱和温度T成正比，一一对应。也就是说，在中长距离输送中，比摩阻Rm与饱和蒸汽温度T成反比。（d）总阻力R总还与输送距离L有关，距离越长，R总越大。

1.2 热能损耗

热能损耗决定了蒸汽在输送过程中凝水的比例，也直接决定了热电厂供汽量与热用户用汽量的差值。热能损失的因素与硬件设施相关，采用《化工工艺设计手册》中（25-107）关于供热管道热损失的公式进行分析：

式（3）-（4）中，ΔQ总为总的热损失量，W；S全管道表面积为全管道表面积，m2；ΔQ单位表面积热损为单位表面积热损失量，W；T0为管道外表面温度，取蒸汽介质输送温度，℃；Ta为环境温度，℃；D1为管道保温外径，m；λ为保温材料导热率，W/（m·℃）；D0为管道外径，m；αs为保温层表面至周围空气间的总给热系数，W/（m2·℃）。因此有：

2 热用户用热参数对管损的影响

2.1 用汽量的影响分析

（1）用汽量对机械能的影响。根据上述计算和推论结果，流量越高，比摩阻越高，管道压降越大，机械能损失越大，越不利于长距离输送。

（2）用汽量对热能的影响。根据上述公式（5），在蒸汽介质温度一定、管线各项硬件设施条件一定的情况下，同样长度的管线其热量损耗为定值，与用汽量无关，则热用户用汽量的热值只要大于管线热量损耗值，理论上即可供应，但与用户末端蒸汽的含水量有关。当热用户用汽量的热值等于管线热量损耗值时，用户末端出口应以凝水为主。因此提高热用户用汽量，加强疏水，可以有效减少水击隐患。

（3）用汽量对管损率的影响。当管线内蒸汽介质温度恒定时，其热量损耗为定值，即用汽量越高，热量损耗占供热量的比例越低。

2.2 针对热用户用汽量的优化方法

2.2.1 蒸汽吸收式溴化锂机组

蒸汽吸收式溴化锂机组使用溴化锂吸收式制冷循环，以蒸汽作为高温热源催动溶液循环，实现在夏季“以热制冷”。蒸汽吸收式溴化锂机组的优点为大量节省电能，适用于缺电地区，且可以利用较低温度的热能，有利于能源的综合利用；缺点为现阶段由于政策影响，大部分地区的蒸汽价格较高。经综合经济测算后，蒸汽吸收式溴化锂机组并不一定比传统以电为主要能源的空调更经济实惠。

2.2.2 阶梯汽价模式

热力公司可根据自身汽价、运营收益以及热用户的组成结构进行测算。阶梯汽价需关注的指标主要有两方面：

（1）设身处地为热用户考虑，在用汽量增加的情况下可以降低蒸汽价格，并根据其厂房、办公楼的适用模式尝试推荐使用蒸汽吸收式溴化锂机组，达到夏季补足用汽量的目的；关键在于结合当地电价测算后，热用户整体投资将优于传统电空调及传统冬夏两季用汽模式，以吸引其采纳该方案。

（2）深入测算自身热网运行规律及经济性，保证在汽价让利而增加其夏季用汽量的情形下，自身全年管损率下降，整体经济效益提升，从而达到双赢。

3 热网系统规划

供热系统的整体规划优化也对降低管损起着决定性的作用。规划的核心理念在于将稳定高用汽量企业置于最末端，且降低主干管的绕行度。热网系统规划的目的有四：①保障运行安全。稳定高用汽量企业置于最末端时，根据上述分析结果，全干管内的凝水量与蒸汽量的比率将会控制在较小的区间内，有效保证全线稳定运行，不易发生水击。②保障经济效益。根据上述分析结果，全线损耗的蒸汽量相较末端企业稳定使用的蒸汽量很少时，全线管损率较低，整体经济效益较高。③便于管径设计。稳定高用汽量企业置于最末端时，可以依照末端企业最大用汽量计算所需管径，即干管管径，中途所需变径较少。根据上述机械能分析结果，管径较细时压力损耗高，即若将较低用汽量的企业置于末端，可送汽距离及范围将会缩小。④优化支线分流。当支管线热用户所需用汽量与干管末端用户用汽量相比接近甚至高过干管末端用户用汽量时，蒸汽输送过程中支管网的管口压强较高，容易形成湍流，不仅湿蒸汽内的凝水对管道有较强的冲击，存在安全隐患，而且会导致干管、支管内流线紊乱，机械能损耗大，压力降高，输送距离变短。因此规划园区的蒸汽管网时应具有前瞻性，统筹考虑区内企业分布情况，将主干管位置定好，今后有新用热企业时添加枝状支管道，对干管影响小，全系统保持较低的管损率、较平稳地运行。

4 结语

综上所述，在今后的施工过程中，要对施工前、施工中、施工后全时段过程进行控制，以降低管损、提高经济效益、保障管道安全运行为目的，注重细节，把基础的工作做实做细，巧妙结合理论知识开展商业洽谈工作，这样才能争取热用户与热力管网运营公司的双赢，才能使热力之树常青。