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蒸汽管網熱損過大的后果

蒸汽管道、設備、閥門和法蘭等管道部件會向周圍空間產生熱輻射。同時,熱量會沿著管道等表面通過熱傳導向其它與之相連或接觸的管路、支架、設施等傳遞。此外,熱量還會通過對流散熱的方式被傳遞到管道周圍空氣和環境中。蒸汽在管網輸送過程中通過熱輻射、熱傳導和熱對流方式不斷散失熱量,產生蒸汽管網熱損耗。

蒸汽管網熱損過大會產生很多不良后果,孚雷德簡要整理如下:

熱能浪費大 一根長度1000米口徑DN100的蒸汽管道,如果用50毫米玻璃纖維保溫,當蒸汽為6.0barg飽和蒸汽、環境溫度25℃和輕風(風速9米/秒)時,管道熱損耗浪費蒸汽約122公斤/小時,2928公斤/天,浪費1069噸蒸汽/年。如蒸汽價格按300元/噸計,則每年損失約32.1萬元。而且管道口徑越大,蒸汽壓力/溫度越高,浪費越大。對于北方地區的企業,冬季環境溫度低,蒸汽管網熱損造成的浪費會更大。

壓力損失大 蒸汽在輸送過程中產生的熱損耗使得部分蒸汽發生相變后成為冷凝水,而冷凝水比容遠低于相同壓力下飽和蒸汽的比容。比如,6.0barg飽和蒸汽變成冷凝水時,比容降低到原來的3.7%,即同樣質量的蒸汽冷凝后體積縮小到不足原來的百分之四,這種現象必然引起管道內壓力的下降。蒸汽管網熱損越大,蒸汽壓力下降越多,即蒸汽壓力損失愈大。

蒸汽品質差 蒸汽管網散熱導致部分蒸汽變成冷凝水,管網內蒸汽含水增多。簡便起見,以蒸汽裸管為例:一根長度為50米的DN150蒸汽裸管,在蒸汽為8.0barg的飽和蒸汽、環境溫度15℃和沒有風的情況下,每小時因散熱而產生的蒸汽冷凝水約123公斤。孚雷德經過多年現場考察和評估發現,對于長度達到一千米、口徑DN125以上(含) 的飽和蒸汽管道,蒸汽含水量超過15%屬常見現象。

水錘頻率高 蒸汽管網發生熱損失后產生冷凝水,如果管道中集聚冷凝水較多,在系統起機或生產過程中負載瞬間加大時蒸汽速度驟然提高,蒸汽會推動冷凝水沖向位于其運動方向的閥門、管道和設備等任何阻擋物,產生水錘。蒸汽管道在經受長期沖蝕和腐蝕之后變薄甚至泄漏,這時一旦有水錘出現,容易造成蒸汽管道爆裂并引發安全事故。

管道壽命短 高速流動的蒸汽夾帶水分時會沖蝕管壁,使管壁漸漸變薄,管道轉角部分沖蝕更嚴重。此外,蒸汽管網中常有空氣存在。在潮濕的空氣中,鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜,水膜含有氫離子和氫氧根離子,還溶解了氧氣,形成了一層電解質溶液,此溶液與鋼鐵里的鐵以及少量的碳形成無數微小的原電池,鐵是負極,碳是正極,鐵會失去電子而被氧化,此乃電化學腐蝕。常用作蒸汽管道的碳鋼管,會因腐蝕和沖蝕而加速變薄乃至泄漏。

設備效率低 蒸汽含水時,水中攜帶的化學物質和其它雜質會沉積在換熱設備表面上形成污垢,產生熱阻。同時,蒸汽含水會增加蒸汽冷凝時形成的冷凝水膜厚度,使得熱阻更大。同樣厚度的冷凝水膜,熱阻是不銹鋼的100—150倍,銅的500—600倍。另外,蒸汽管網熱損大會導致用汽點蒸汽焓值降低;此外,蒸汽管網熱損大時,用汽點蒸汽壓力降低。這些都會大幅降低設備生產效率。

生產受影響 低品質的蒸汽會降低設備加熱效率和效果,影響生產工藝和生產穩定性。對于加熱設備而言,工藝溫度不達標、溫度不穩定、升溫慢等問題均會影響生產和產品質量問題;對于加濕、烘蒸等設備而言,濕度過大、物料水分高等問題同樣也會引發產品質量。更嚴重的情形是,因蒸汽管網熱損耗過大而導致用汽端蒸汽壓力不足時,生產和產品品質受到嚴重影響。

計量誤差大 蒸汽管網熱損耗過大會導致蒸汽含水多。對于渦街流量計,蒸汽中的凝結水會擾亂漩渦發生而影響計量精度;對于孔板流量計,蒸汽中的凝結水會影響孔板前后壓差而降低計量精度。另一個常見的問題是,處于蒸汽管網下游各用汽點的計量分表的流量數據總和與管網上游計量總表數據差距很大,影響內部核算和有效能源管理,而且管徑越大、保溫越差和環境溫度越低,問題越嚴重。

可見,蒸汽管網熱損耗不僅影響著蒸汽系統用能效率、設備生產效率、生產穩定性,而且還關系著產品質量和系統長期運維費用及其壽命。根據熱力學第零定律和第二定律,盡管蒸汽管網熱損耗無法杜絕,但可以通過科學的技術手段和采用先進的材料來降低損失。


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