
蒸汽管網(wǎng)熱損過(guò)大的后果
蒸汽管道、設(shè)備、閥門(mén)和法蘭等管道部件會(huì)向周?chē)臻g產(chǎn)生熱輻射。同時(shí),熱量會(huì)沿著管道等表面通過(guò)熱傳導(dǎo)向其它與之相連或接觸的管路、支架、設(shè)施等傳遞。此外,熱量還會(huì)通過(guò)對(duì)流散熱的方式被傳遞到管道周?chē)諝夂铜h(huán)境中。蒸汽在管網(wǎng)輸送過(guò)程中通過(guò)熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流方式不斷散失熱量,產(chǎn)生蒸汽管網(wǎng)熱損耗。
蒸汽管網(wǎng)熱損過(guò)大會(huì)產(chǎn)生很多不良后果,孚雷德簡(jiǎn)要整理如下:
熱能浪費(fèi)大 一根長(zhǎng)度1000米口徑DN100的蒸汽管道,如果用50毫米玻璃纖維保溫,當(dāng)蒸汽為6.0barg飽和蒸汽、環(huán)境溫度25℃和輕風(fēng)(風(fēng)速9米/秒)時(shí),管道熱損耗浪費(fèi)蒸汽約122公斤/小時(shí),2928公斤/天,浪費(fèi)1069噸蒸汽/年。如蒸汽價(jià)格按300元/噸計(jì),則每年損失約32.1萬(wàn)元。而且管道口徑越大,蒸汽壓力/溫度越高,浪費(fèi)越大。對(duì)于北方地區(qū)的企業(yè),冬季環(huán)境溫度低,蒸汽管網(wǎng)熱損造成的浪費(fèi)會(huì)更大。
壓力損失大 蒸汽在輸送過(guò)程中產(chǎn)生的熱損耗使得部分蒸汽發(fā)生相變后成為冷凝水,而冷凝水比容遠(yuǎn)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(shí),比容降低到原來(lái)的3.7%,即同樣質(zhì)量的蒸汽冷凝后體積縮小到不足原來(lái)的百分之四,這種現(xiàn)象必然引起管道內(nèi)壓力的下降。蒸汽管網(wǎng)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(zhì)差 蒸汽管網(wǎng)散熱導(dǎo)致部分蒸汽變成冷凝水,管網(wǎng)內(nèi)蒸汽含水增多。簡(jiǎn)便起見(jiàn),以蒸汽裸管為例:一根長(zhǎng)度為50米的DN150蒸汽裸管,在蒸汽為8.0barg的飽和蒸汽、環(huán)境溫度15℃和沒(méi)有風(fēng)的情況下,每小時(shí)因散熱而產(chǎn)生的蒸汽冷凝水約123公斤。孚雷德經(jīng)過(guò)多年現(xiàn)場(chǎng)考察和評(píng)估發(fā)現(xiàn),對(duì)于長(zhǎng)度達(dá)到一千米、口徑DN125以上(含) 的飽和蒸汽管道,蒸汽含水量超過(guò)15%屬常見(jiàn)現(xiàn)象。
水錘頻率高 蒸汽管網(wǎng)發(fā)生熱損失后產(chǎn)生冷凝水,如果管道中集聚冷凝水較多,在系統(tǒng)起機(jī)或生產(chǎn)過(guò)程中負(fù)載瞬間加大時(shí)蒸汽速度驟然提高,蒸汽會(huì)推動(dòng)冷凝水沖向位于其運(yùn)動(dòng)方向的閥門(mén)、管道和設(shè)備等任何阻擋物,產(chǎn)生水錘。蒸汽管道在經(jīng)受長(zhǎng)期沖蝕和腐蝕之后變薄甚至泄漏,這時(shí)一旦有水錘出現(xiàn),容易造成蒸汽管道爆裂并引發(fā)安全事故。
管道壽命短 高速流動(dòng)的蒸汽夾帶水分時(shí)會(huì)沖蝕管壁,使管壁漸漸變薄,管道轉(zhuǎn)角部分沖蝕更嚴(yán)重。此外,蒸汽管網(wǎng)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(zhì)溶液,此溶液與鋼鐵里的鐵以及少量的碳形成無(wú)數(shù)微小的原電池,鐵是負(fù)極,碳是正極,鐵會(huì)失去電子而被氧化,此乃電化學(xué)腐蝕。常用作蒸汽管道的碳鋼管,會(huì)因腐蝕和沖蝕而加速變薄乃至泄漏。
設(shè)備效率低 蒸汽含水時(shí),水中攜帶的化學(xué)物質(zhì)和其它雜質(zhì)會(huì)沉積在換熱設(shè)備表面上形成污垢,產(chǎn)生熱阻。同時(shí),蒸汽含水會(huì)增加蒸汽冷凝時(shí)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(wǎng)熱損大會(huì)導(dǎo)致用汽點(diǎn)蒸汽焓值降低;此外,蒸汽管網(wǎng)熱損大時(shí),用汽點(diǎn)蒸汽壓力降低。這些都會(huì)大幅降低設(shè)備生產(chǎn)效率。
生產(chǎn)受影響 低品質(zhì)的蒸汽會(huì)降低設(shè)備加熱效率和效果,影響生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)穩(wěn)定性。對(duì)于加熱設(shè)備而言,工藝溫度不達(dá)標(biāo)、溫度不穩(wěn)定、升溫慢等問(wèn)題均會(huì)影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題;對(duì)于加濕、烘蒸等設(shè)備而言,濕度過(guò)大、物料水分高等問(wèn)題同樣也會(huì)引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量。更嚴(yán)重的情形是,因蒸汽管網(wǎng)熱損耗過(guò)大而導(dǎo)致用汽端蒸汽壓力不足時(shí),生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)受到嚴(yán)重影響。
計(jì)量誤差大 蒸汽管網(wǎng)熱損耗過(guò)大會(huì)導(dǎo)致蒸汽含水多。對(duì)于渦街流量計(jì),蒸汽中的凝結(jié)水會(huì)擾亂漩渦發(fā)生而影響計(jì)量精度;對(duì)于孔板流量計(jì),蒸汽中的凝結(jié)水會(huì)影響孔板前后壓差而降低計(jì)量精度。另一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是,處于蒸汽管網(wǎng)下游各用汽點(diǎn)的計(jì)量分表的流量數(shù)據(jù)總和與管網(wǎng)上游計(jì)量總表數(shù)據(jù)差距很大,影響內(nèi)部核算和有效能源管理,而且管徑越大、保溫越差和環(huán)境溫度越低,問(wèn)題越嚴(yán)重。
可見(jiàn),蒸汽管網(wǎng)熱損耗不僅影響著蒸汽系統(tǒng)用能效率、設(shè)備生產(chǎn)效率、生產(chǎn)穩(wěn)定性,而且還關(guān)系著產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)維費(fèi)用及其壽命。根據(jù)熱力學(xué)第零定律和第二定律,盡管蒸汽管網(wǎng)熱損耗無(wú)法杜絕,但可以通過(guò)科學(xué)的技術(shù)手段和采用先進(jìn)的材料來(lái)降低損失。