工业供热节能优化建议及措施

黄丽丽

（国电长源荆州热电有限公司湖北荆州434000）

摘要：通过采取减温器改造、旁通外压式膨胀节改造、旋转膨胀节代替横向波纹膨胀节、弯管流量计取代孔板流量计等节能改造措施，降低供汽管道压力损失，提高供汽的经济效益；建议设计时根据单位压降选择合理的管径和流速，并采用中频弯头、旋转膨胀节、弯管流量计等节能型附件，以降低管道阻力，增加供汽管网的输送距离。

关键词：供汽管道压力损失；节能降耗

国电长源荆州热电有限公司2×300MW燃煤热电联产工程是国电长源沙市热电厂“上大压小”替代项目，一期工程建设2×300MW国产亚临界燃煤供热机组，同步安装烟气脱硫、脱硝装置，并配套建设热网工程。该工程于2007年8月28日通过国家发改委《国家发展改革委关于湖北国电沙市热电厂异地新建工程核准的批复》（发改能源[2007]2125号）文件核准，2008年3月26日正式开工建设，2009年8月和12月两台机组先后建成投产。

现建成热网管线有沙隆达联络管、原沙市热电厂供热管线和印染工业园三条供热管线，其中沙隆达供热联络管线2630米；原沙市热电厂供热管线约7120米；电厂至纺织印染工业园供热干线4754米，纺织印染园区支线5635米。沙隆达供热联络管最大供热能力110吨/小时，平均供热能力90吨/小时；纺织印染工业园热力管网设计最大供热能力为280吨/小时，平均供热能力为220吨/小时；全部热力管网最大供热能力390吨/小时。

生产热负荷主要是用来生产工艺加工、处理、烹煮、烘干、清洗、熔化等过程中消耗的热能。一般多为全年性热负荷，但也有季节性热负荷。生产热负荷根据其用途不同，有在全年内各工作日基本稳定、季节性变化不大的，也有虽是全年性负荷，但各季节变化较大的。还有一些生产热负荷是在生产季节内各工作日变化幅度不大，但在一昼夜内小时负荷变化较大。

随着热用户和供热量的增加，汽管网愈张愈大，管道越伸越长，散热损失、流动损失也随之增大，导致供汽管道的蒸汽流速增大，造成管道阻力偏大，供热管线的压力损失为0.20～0.31MPa。必须采取针对性的节能降耗措施，实现挖潜降耗，为企业节能降耗持续产生效应。具体改造措施如下：

（一）轴向膨胀节改造

供热管线直埋管段采用无沟直埋敷设方式，保温形式为内滑动外固定，使用耐高温的硬质微孔硅酸钙瓦块为隔热层，防水、防腐性能好的聚氨酯泡沫塑料作保温层，螺旋焊接钢管作外套管。在直埋管段的两端和中间，共设置了3个钢筋混凝土固定墩，无导向支架。由于供汽管道的温升为200K，为使管道有热伸长补偿，在直埋管段两端的固定墩处设置了2个16B2YPS400-J型直管旁通外压式压力平衡膨胀节。该膨胀节可补偿管系的轴向位移，具有自平衡性优越、刚度小、导向性好等特点。但是，由于内部端板作用，蒸汽流动方向变化大，导致阻力大，在蒸汽流速超过60m/s时压力损失更大。建议将2个16B2YPS400-J型旁通外压式膨胀节更换16WDS400×16-1760型内压轴向波纹管膨胀节，可将压力降减小了约0.1MPa，提高了供汽的经济性。

（二）减温器改造

2台抽凝机组的工业抽汽温度为389℃左右，高出热用户所需蒸汽参数。为便于热用户使用和提高供汽经济性，荆州热电在供汽管道上加装减温器进行喷水降温来减少过热度，将供汽出口温度控制在300℃左右，可增加供汽量（以流量计）6.5%～8.3%。供汽管道采用新型笛形管喷水减温器，喷水减温器联箱直径为350mm，文丘利管缩口处直径为160mm，加上混合管挡板的影响，不可逆压力损失在0.1MPa左右，在流量增大时也随之明显增加，供汽能力和影响供汽的经济性。建议对减温器进行改造，用Φ377×8的无缝钢管更换下原减温装置，在减温水出口装上一个3t/h的自动雾化伞状可调喷嘴，利用减温水对喷水头的作用力和弹簧的弹力来调节喷嘴减温水的流通面积，从而改变减温水量。为避免雾化不完善的减温水滴对管道内壁产生热冲击，在联箱内敷设一个厚度为3mm的不锈钢圆筒，仅在减温水管座处固定两点，保证其能够自由膨胀和收缩。改造后将提高了供热管线的供汽能力，降低压力损失0.05MPa以上，在流量超过40t/h时效果更为显著。

（三）用旋转膨胀节代替横向波纹膨胀节

供汽管道绝大部分采用架空敷设，热膨胀补偿方式是每间隔80m～120m安装1个DHBSK型横向波纹膨胀节。投运3年来，部分横向波纹膨胀节的波纹管出现疲劳泄漏现象，不得不更换。但是，一些新换上的波纹膨胀节因加工工艺及材质不符合要求等问题发生波纹管爆裂，个别波纹膨胀节还由于厂家缺少内衬板在运行中发出刺耳的“尖啸”声，必须切断供热停运检修，造成很大的经济损失。建议采用安全可靠运行并可降低管道压力损失的GSJ-V型旋转膨胀节替代部分横向波纹膨胀节，这种旋转膨胀节保温不必留出热伸缩量，从而减少了散热损失；加上旋转膨胀节数量相对较少，可以减少弯头数量，且旋转膨胀节本身不产生压力降，蒸汽输送的压力降相对较小，比采用轴向波纹管补偿方式的压力损失降小0.02～0.03MPa/km，具有较高的安全性和良好的经济性。

（四）弯管流量计取代孔板流量计

供汽管道直径为DN50mm～DN80mm的热用户使用悬翼式流量计外，其他各热用户管道应用孔板流量计，汽轮机抽汽出口流量测量使用智能探针流量计，运行实践发现这些流量计虽然各有优点，但各自受原理的限制使用中都存在不同程度的缺陷。例如孔板维护困难且节流压损大，尤其在测量低压蒸汽时更为明显；悬翼式流量计的精度较低，一般用于通径小于80mm的管道上；智能探针流量计的取压孔易堵塞，必须停运才能疏通，精度难以保证；

建议采用试用弯管流量计。与传统的流量计一样，弯管流量计也是一种差压流量计，通过差压的测定来确定流体的流速后参照通流面积而得到流量，但差压的产生方式却有根本的区别。传统型流量计利用节流得到的差压，是流体在通过管道中节流装置时产生的差压；而弯管传感器利用的差压是由流体在流动方向改变时得到的。由于惯性离心力的作用，流体在流经管道的45°或22.5°弯管处时，会在弯管外侧与内壁之间产生差压，而且差压的大小与流体平均流速的平方成比例关系。因此当弯管结构参数等因素确定之后，流体的流速进而流量就可以由弯管内外侧差压值确定。

多年的应用结果表明，弯管流量计具有许多其他流量计不可比拟的优点。（1）附加阻力损失小，节能。弯管传感器实际上就是一个90°弯头，无任何插入件和节流件，所以不会产生节流损失，流体通过弯头时仅有微小损耗，可节省流体输送的动力消耗。（2）安装简单，只要用弯管传感器代替原来管道上的90°弯头即可，安装施工要求和普通弯头一样，可以直接与管道焊接，非常方便，还可以彻底解决了现场跑、冒、滴、漏的问题。另外，一般的流量计要求前面的直管段长度至少是直径的10倍即10D，后面的直管段长度至少5D；而弯管流量计前的直管段只要5D，后面只要2D即可保证测量精度。（3）量程比大，应用范围广。弯管流量计的量程比达到1：10甚至更大，在流量波动较大的情况下也能满足测量准确度的要求；对称的结构使其能满足双向测量要求（前后直管段满足要求）；用在蒸汽流量计量中测量范围为5～160m/s（推荐范围为10～85m/s）。（4）测量准确度高。弯管流量计系统测量精度为0.5~1.5级（实流标定准确度可达到0.5级，机加工产品为1.0级），主机还可以通过运算对流体温度、压力（变送器测量精度为0.2%）的变化进行补偿，误差小于0.2%，测量准确度高。（5）稳定性强。运行稳定可靠，重复性精度高达0.2%，长期运行性能不变。（6）维护量小。弯管流量计的工作原理依赖于弯管传感器的几何结构和尺寸，由于运行导致的磨损对弯管传感器的口径仅产生微小变化而且比较均匀，因此弯管传感器的微量磨损对系统测量准确度的影响不明显，传感器的寿命与工业管道寿命相同；并且没有任何内插件，不需要定期吹除或者拆装清洗，减少了维护工作量也降低了检修费用。

荆州热电一期工程的配套供热管网工程已经覆盖了开发区大部分区域，随着荆州开发区升级为国家级开发区，荆州开发区的面积由原来的64平方公里扩大到现在的209平方公里，以及按“退城进区”的城市发展要求，越来越多的工业企业从城中心迁往开发区，逐步接入到供热主网，同时按照城市集中供热规划的要求，在热电厂供热半径内的自备小锅炉企业均应关闭，荆州热电将根据企业用汽量适时扩建供热管道，开发区和沙市区、荆北新区将有更多企业加入到供热主网中。

因此供汽管网优化设计尤为重要，在设计初期采取有效措施对供汽管网进行优化设计，同时采用一些节能型附件，可以大幅度降低压力损失，增加供汽管网的输送距离。

（一）选择合理的管径和流速

一般设计手册上对过热蒸汽流速的选择都认为：管径大于200mm，流速选40~60m/s（有的选80m/s）；管径在100~200mm之间的，流速选30~50m/s；管径小于100mm，流速选20~40m/s。笔者认为，这对于厂内短距离输送主蒸汽是可以的，但对于长距离输送的热网管道而言，上述规定的流速均偏高。分别以φ325mm×6mm和φ377mm×6mm管道输送。

备注1：取汽轮机组机械效率为0.98，管道效率为0.99，发电机效率为0.98。

备注2：取锅炉运行平均热效率为0.845。0.88MPa／210℃过热蒸汽为例，计算流速与单位压降的关系见表2。显然，当流速为30m/s时，φ325mm×6mm和φ377mm×6mm管道的单位压降分别为80.25kPa/km和66.78kPa/km，还是可以接受的；但当流速为50m/s时，φ325mm×6mm和φ377mm×6mm管道的单位压降分别达到218.80kPa/km和182.11kPa/km，对输送距离大有影响。因此，对于流速的选择须顾及单位压降的大小和输送距离的长短。为了让0.8MPa／300℃过热蒸汽的输送距离达到5km，其最大流速只能为30m/s，其单位压降不大于66.78～80.25kPa/km，使用户点的压力在0.5～0.6MPa。当输送34.36t/h的0.8MPa／200℃过热蒸汽5km时，若选择φ325mm×6mm管道，蒸汽流速为30.0m/s，全程压力损失为401.26kPa；若选择φ377mm×6mm管道，蒸汽流速则为22.06m/s，全程压力损失为183.30kPa，减小压力损失217.96kPa。建议采用单位压降来选择管径，一般单位压降宜选用40～60kPa/km，近距离选高限值，远距离选低限值。同时，采用性能良好的保温材料和适当的保温厚度，以降低单位温降。

（二）优先选用节能型产品

设计时合理进行管道布置，并选用一些节能型附件产品，以降低局部损失。比如，选用中频代替普通热压弯头，每个中频弯头减少局部阻力当量长度约10m；选用旋转膨胀节代替波纹膨胀节，每个旋转膨胀节减少局部阻力当量长度32～55m；用弯管流量计取代孔板流量计，每个弯管流量计减少压力损失40～65kPa。这样积少成多，可以降低供汽管道压力损失，延长供汽距离，提高供汽的经济性。

随着荆州“壮腰工程”的实施，给荆州经济带来新一轮的发展机遇。“构筑大交通、培育大产业、建设大城市，打造长江流域重镇”，勾画出了荆州未来发展蓝图。在宏伟目标不断升级的过程中，能源供给亦需要同步升级，为进一步推动企业转型发展，促进企业形成规模效应，依据荆州市电力、热力市场的发展需求，荆州公司启动已二期扩建2×600MW燃煤热电联产工程的前期工作。