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蒸汽管网能耗分析与节能改造

张国平　邱雨　王杰　董璐　丁智华

【摘 要】通过对华电下沙蒸汽管网硅酸铝保温材料的材料性能、保温效果、隔热性能等的分析。针对现有保温材料存在的热损较大问题，提出了用纳米气凝胶新型保温材料改造方案，建立模型并通过MATLAB编程评估改造后的保温性能及经济效益，为蒸汽管道保温改造提供指导和依据。
【关键词】华电下沙;蒸汽管道;保温性能;节能改造;MATLAB
1.前言
节约能源、提高能源利用率是解决能源危机的重要手段之一，热网管道和工业设备的隔热保温是节能的重要手段[1]。随着全球资源的日益短缺，节能已经成为一个全球性的热点问题[2]。纳米气凝胶作为一种新型的保温材料，它具有很低的导热系数、环保、防水且使用寿命长等优点[3]。目前，纳米气凝胶保温材料已经广泛的应用于石化行业。此外，在航空航天领域也发挥了重要的作用。
本试验旨在根据相关标准的规定，通过测量蒸汽管道外表面温度，结合管道的现有保温材料及相关参数计算得到保温性能理论值，对比实际检测结果，给出改造方案以减小蒸汽输送过程中的散热损失，达到节能减排的效果。
2.管道测试与分析
华电下沙低压蒸汽管网现有的保温材料均采用传统的硅酸铝 + 高温玻璃棉双层保温材料;选取某条支管，对其保温材料的保温效果进行分析。管道全长430m，管径为?377×10，采用架空方式敷设;保温材料为90mm硅酸铝管壳+80mm高温玻璃面板。
2.1测试内容及结果
本次计算需要对管道的外表面温度和环境风速进行现场测试。采用表面温度法评价外表面温度[4]，主要测试工具包括红外测温仪和风速仪，具体实现步骤如下：
步骤1：用红外热象仪对被测保温结构外表面进行扫描，测量保温结构外面
温度，并做记录;
步骤2：在距离被测位置1m处，用风速计测量风速，并确定方向。
步骤3：选取该直管段3-5处进行测试，得到外表面温度;在该试验管段选
步骤4：用表面温度法计算出该测量面的散热损失值。
测试现场的保温管道采用架空敷设，对测试管道的外表面温度、环境温度进行测试。通过测试可知：平均保温层外表面温度为40℃，平均风速为4.35m/s。
2.2建模计算保温效果
根据现场测试得到的温度、压强和流量建立模型。通过MATLAB编程得到
供热管道的温降及理论热损失并对比监测结果。可知，支管的理论和计算结果管道的起始温差分别为47.28℃、83℃，热损消耗较大，蒸汽的热损失率分别为3.6%和6.8%。采用90mm硅酸铝管壳+80mm高温玻璃棉管壳的保温方案，该支管理论年平均散热损失达到72.28w/m2，实际测算结果为105.38 w/m2，高于理论值约45.80%。
3.节能改造方案
由第3章可知：目前该支管的温降较为明显，保温性能较差。因此，采用较好的保温材料并对管道定期进行维护对提高管道经济性运行具有很重要的意义。
纳米气凝胶因其优良的保温效果，在供热管网上的应用具有很大的优势。因此，采用纳米气凝胶保温材料对该支管进行保温改造。
根据《DL/T 5072-2007火力发电厂保温油漆设计规程》及《GB/T 34336-2017 纳米孔气凝胶复合绝热制品》的规定计算得到纳米气凝胶保温层的厚度，给出如表1所示保温方案：
为了验证纳米气凝胶制品的保温效果，在原华电下沙蒸汽管道支管模型的基础上，采用以下两种方案进行理论计算。如表2所示：
由表2可知，对于该支管，采用40mm单层气凝胶毡的保温方案，理论年平均散热损失降到425.952w/m2，低于原保温材料热损耗理论值约79.45%;采用30mm气凝胶毡+50mm高温玻璃棉的保温方案，理论年平均散热损失降到了594.953w/m2，低于原保温材料热损耗理论值约71.3%。
纳米气凝胶的制作工艺复杂，价格比较昂贵，一次性使用气凝胶更换旧保温材料的初始投资较大。其次，根据气凝胶的性质可知，气凝胶在保温层内外温差较大的保温性能较高。因此，为了节约成本可以将气凝胶作为内层保温材料，高温玻璃棉作为外层保温材料。
4.结语
传统保温材料普遍存在保温效果差、热损大、使用年限短等问题。采用新型纳米孔气凝胶保温材料可以有效减小热损，且在3年内便可以收回成本。但气凝胶作为价格比较昂贵一次性使用其更换旧的保温材料初期投资较大，可将其作为内层保温材料，节约投资成本。
参考文献：
[1]牛春胜.《合理选用蒸汽管网保温材料及管托降低能耗》，石油石化节能，2008.
[2]赵国梁.供热节能浅析[J].新疆有色金属，2013，36（1）：84-85.
[3]魏英豪，吴学春，李创国，等.新型保温材料在蒸汽管道的应用实践[J].冶金动力，2015（11）：49-51.
[4]GB/T 17357-2008《设备及管道绝热层表面热损失现场测定熱流计法和表面温度法》.
（作者单位：1.杭州华电下沙热电有限公司;2.谱恒高科技有限责任公司）

-全文完-