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老舊架空蒸汽保溫管網改造案例分析

來源:/news/722.html時間:2020-11-04

老舊架空蒸汽保溫管網改造案例分析

潘存業、楊智麗、李德恒、王海利、盧雨萌

河北太阳2科技股份有限公司



摘要:自上世紀八十年代供熱保溫管道由國外引進國內已經有30餘年曆史,早期的保溫管道在保溫結構設計和管道施工中還存在一些不足,現在國內有大量使用10年以上的老舊管道在性能上已經不能滿足使用,存在熱損失大,安全性低等問題,老舊管網的改造是勢在必行的一項大工程,本文根據實際改造案例說明老舊架空蒸汽保溫管網在改造過程中的注意事項和改造優化方案,對行業內技術人員有一定的參考意義。


關鍵詞:架空蒸汽保溫管道、老舊管網改造、熱損失、溫降、壓降

 

一、項目設計參數:

1.工作管:DN350

2.溫度:260℃(入口),大於220℃(出口)

3.工作壓力:0.8MPa(入口),大於0.6MPa(出口口),

4.管線長度:3km

5.環境溫度11.5℃;

6.年平均風速2.3m/s;

7.熱損失要求:《工業設備及管道絕熱工程設計規範》GB50264-2013常年年運行熱損失小於等於52W/m2;

8.設計使用壽命為15年。


二、工程現狀

1.溫降情況::260℃(入口),180℃(出口),溫降達到100℃;

2.壓降情況:0.8MPa(入口),0.66MPa(出口),符合設計要求;

3.原有保溫管道采用三層矽酸鋁針刺毯作為保溫材料,原設計施工保溫厚度為150mm,現上層厚度平均為90mm,下層厚度平均為176mm,且呈現不均勻形態;

4.外護層為鍍鋅鋼板,保溫材料曆時年久,保溫效果差,常年熱損失平均為216W/m2,總溫降為80℃,管網已不能滿足使用要求。

5.管道已服役8年。


三、原因分析

針對現狀,分析造成熱損大和溫降大的原因有以下幾點:

1.本工程為架空管道,管托4-5m一個,且管托與工作管直接焊接,無隔熱保溫措施,工作管道與管托形成熱橋是造成熱損失的一方麵原因。

2.該工程保溫管道原使用保溫層為三層矽酸鋁針刺毯,上述材質導熱係數較高,保溫效果較差,且保溫厚度不足,長距離使用熱損較大,是造成熱損失大的一方麵原因。

3.軟質無機保溫材料使用時間長,在自重和水分作用下產生嚴重的下沉,形成上半部分薄,下半部分厚,保溫結構遭到破壞是造成管網熱損失大的原因之一。

4.項目處於沿海地區,海風中氯離子含量高,外護鍍鋅鐵皮多處鏽蝕損壞嚴重,(管道底部尤為嚴重)造成保溫材料進水,保溫大麵積失效是造成管網熱損失大的主要原因。

5.管網終端原設計用戶為4家企業,用氣量為40T/h,而實際長期用氣的隻有一家企業,用氣量為8T/h,且為間歇性供氣,此項是造成管網溫降過大和熱損失大的主要原因之一。



1 老舊管道圖


四、改造方案

1.將原有老舊保溫拆除,檢查管道各管件的使用鏽蝕和磨損情況。

2.采用隔熱管托以減少支架的散熱損失,其比普通管托的散熱損失要減少約35%-40% [1]  ,本方案設計更換管托,拆除原有管托,更換具有納米氣凝膠隔熱保溫層,新型隔熱滑動/導向/固定管托,在爭取原設計院意見,將管托間距增大,去除不必要管托,以減少較大熱損失點數量,綜合考慮管道使用年限和鏽蝕情況,管托間距改為12m。(管托高度與原有管托保持一致)

3.利用新保溫材料重新保溫,考慮軟質保溫材料存在自重下沉,容易使管道上半部分保溫薄下半部分厚,保溫效果變差,具體結構:

第一層:矽酸鋁針刺毯δ=50mm,耐高溫鋁箔反射層

帶耐高溫支架的不鏽鋼打包帶,管托在不鏽鋼打包帶環向上半部分每100mm距離設置一個,管托高度15mm,帶耐高溫管托的不鏽鋼打包帶間距為200mm;

第二層:歐文斯科寧超細玻璃棉δ=50mm,耐中溫鋁箔反射層;

帶耐高溫支架的不鏽鋼打包帶,管托在不鏽鋼打包帶環向上半部分每100mm距離設置一個,管托高度15mm,帶耐高溫管托的不鏽鋼打包帶間距為200mm;

第三層:歐文斯科寧超細玻璃棉δ=50mm,普通鋁箔反射層,不鏽鋼打包帶;

第四層:外護鍍鋅鋼板δ=0.8mm



圖2管道保溫結構圖




圖3保溫滑動管托結構圖


4.考慮項目位於沿海地區,空氣中AL+含量高,加速了鍍鋅鋼板外護層的腐蝕速度,方案設計在鍍鋅鋼板外護層外表麵噴塗防腐四氟漆,防腐塗層實幹厚度大於等於40μm,保證外護層在惡劣環境下使用壽命達到20年以上;

5.蒸汽初始參數維持不變的情況下。蒸汽流量與管道溫降成反比[2]根據原設計蒸汽流量和實際用氣量作比較,設計流量為40T/h,而實際使用量為8T/h,這種情況下使用DN350的蒸汽保溫管會造成較大熱損失,造成不必要的能源浪費;且現有用戶為間歇性用氣,蒸汽的啟停又進一步加劇熱能的損失。考慮後期滿負荷運行工況,不能將DN350管徑的管網進行更換,鑒於以上,我們設計一條旁路輸送管道,根據現有工況參數經過計算後得出DN100保溫管道既滿足要求,新管道設計在老舊管道一測,與老舊管道共用一套管托,在現工況下關閉DN350管道,使用DN100保溫管作為蒸汽輸送管道,後期滿負荷運行使用DN350管道輸送蒸汽,而DN100此時作為回水管使用,回收冷凝水,再次使用,節約了水資源。


五、方案實施後的效果

項目改造完成經過一年運行,根據水力計算得出結論如下:

1.溫降和壓降計算


圖4水力計算圖


表1改造後溫降和壓降計算表


綜上,溫降和壓降滿足要求

2.熱損失計算

矽酸鋁針絲毯保護層的導熱係數:λ1 =0.044+0.0002×(Tm-70)

歐文斯科寧超細玻璃棉導熱係數:λ2=0.034+0.00017(Tm-70)

通過式1核算蒸汽管道散熱損失量[3] ,驗證熱損失是否符合要求。



式中:

φi——單位長度散熱損失,W/m

λ——導熱係數,W/(m.℃)

t——溫度,℃)

d——直徑,m

α——表麵散熱係數,取值=11.63W/(m2.℃)

n表示蒸汽平均溫度;w表示大氣溫度;1-3表示保溫材料

經計算,蒸汽散熱損失量為36.25/㎡,熱損失滿足要求。



5 改造後保溫管道


六、結論

1.架空蒸汽保溫管道采用隔熱管托以減少支架位置的局部散熱損失,散熱損失要減少約35%-40% ;

2.帶耐高溫支架的不鏽鋼打包帶的使用能有效的預防軟質保溫材料因自重產生的下沉現象,避免了保溫管道保溫層上部分薄,下部分厚,大大延長保溫結構使用壽命;

3.架空蒸汽保溫管道外護層防腐需要根據不同區域製定不同的防腐方案,在沿海地區就需要做耐酸堿重防腐;

4.管網設計副管到作為蒸汽輸送使用,在現有工況下大大降低了管道熱損失,保證終端用戶使用參數,節約能源,同時在後期滿負荷工況下,副管可以作為回水管使用,節約水資源

 

[1]丁巧芬.淺談隔熱管托在蒸汽工程中的應用效果 [J].企業技術開發,2015,34(35):53.

[2]張全斌.超長距離蒸汽供熱技術探析[J].區域供熱,2008(1)114-118.

[3]GB50264-2013,工業設備及管道絕熱工程設計規範[S].北京:中國出版社,2013.