蒸汽管道热损失计算公式

蒸汽管网管损的产生与控制

摘要：随着工业蒸汽集中供应的推广越来越深入，管损率作为一项供热企业内部考核指标，成为争执的焦点。表计计量是否准确而引发的供热企业与用热企业间的贸易纠纷也时有发生，严重制约了蒸汽供热市场的发展。长期发展下去，将与国家的节能环保初衷相违背。

为此，本人查阅了大量文献资料，对华电渠东发电有限公司（下称：渠东公司）蒸汽网实际运行状况进行跟踪调研。根据调研情况，对蒸汽管网管损的产生与控制进行尝试性说明，供参考。

关键词：蒸汽 管损 产生与控制

工程概述

渠东公司目前在运蒸汽网11.4KM,分二期建设。一期全长5.4KM,DN350至DN150，设计由汽轮机第四段抽汽为汽源，参数0.8~1.3MPa温度280~320℃，供汽能力为40t/h，于2015年1月8日投入运行。该段管网投运后，运行参数为0.7~1.0MPa,温度300℃，管网平均流量为17t/h，平均管损6~8%。后因用户增加，管线增容（主管线未变）在DN350管线末端开口分出DN350支线一路，汽源变更为汽轮机高压缸排气，参数为1.5~3.0MPa，温度310℃，供汽能力增至78t/h。运行参数0.95~1.3MPa，温度270℃，16年10月投入运行。管网投运初期，流量23~25t/h,管损最大达到30%。管网平均流量升至35t/h以上时，管损降至10%。鉴于管损居高不下的情况，渠东公司下大力气，落实用户真实用量并于2018年4月将所有用户结算用表统一更换为涡街流量计，同时根据其真实用量改换部分管道。更换完成后，管损降至5%，甚至一度出现负值。随着几个大管径小用量用户的投运，管损再度增大。

蒸汽管网管损现状与成因 蒸汽管网的经济性可以用热量损失和质量损失两种方式来考核。众所周知，以任何介质为载体的热量在传播、输送过程中，由于管道的设计安装、运行状况、管道长度、管道保温、内壁摩阻、敷设方式、土质土层、风速气温等因素的影响，存在许多不确定因素，其值的大小可以根据需要按理论计算方法、测试计算方法、经验计算方法计算得出，其存在的表现为用户端蒸汽压力、温度的变化。这种管损是实际存在的，在工作中称为热损。

浅谈热力管网蒸汽输送减少管道损耗的方法

马宝超

摘　要:蒸汽作为医药、材料等行业生产的必备能源ꎬ是规划工业园区的过程中务必考虑的市政配套因素ꎮ但蒸汽不同于

水、电、燃气ꎬ其在输送过程中极易产生凝水ꎬ使热源点输送出的蒸汽量与到达热用户的蒸汽量存在差值ꎬ即为管道损耗ꎮ损耗的

蒸汽量与热源点送出的蒸汽量的比率即为管损率ꎮ文章论述降低管损的方法与措施ꎮ

关键词:热力管网ꎻ蒸汽输送ꎻ减少管道损耗ꎻ方法ꎻ分析

一、热源点供热参数对管损的影响(一)机械能损耗

机械能损耗即压力损耗ꎬ决定了蒸汽可输送的距离及范

围ꎮ分析影响压力损耗的参数ꎬ选用«流体输配管网»４.２４章

节室外蒸汽管网水力计算的公式:

Ｒｍ＝６.８８×１０－３Ｋ０.２５Ｇ２ｔρｓｈｄ５.２５(１)

式(１)中ꎬＲｍ为每米管长的沿程压力损失(比摩阻)ꎬＰａꎻＫ为蒸汽管道的当量绝对粗糙度ꎬ取０.２ｍｍꎻＧｔ为管段的蒸

汽质量流量ꎬｔ/ｈꎻρｓｈ为管段中蒸汽的密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻｄ为管道的

内径ꎬｍꎮ对整段管道近似求压力损失ꎬ即:

Ｒ总＝６.８８×１０－３Ｋ０.２５Ｇ２ｔρｓｈｄ５.２５Ｌ(２)

式(２)中ꎬＲ总为总阻力ꎬＰａꎻＬ为管道长度ꎬｍꎮ公式分

析:具体参数如Ｋ值及ρｓｈ值在计算中需根据实际情况进行

修正ꎬ修正计算过程较复杂ꎮ以此公式数据关系即可推断

出:①比摩阻Ｒｍ与管径ｄ成反比ꎬ管径越细ꎬ比摩阻越高ꎮ②比摩阻Ｒｍ与管段内质量流量Ｇｔ成正比ꎬ质量流量越高ꎬ

流速越快ꎬ比摩阻越高ꎮ③比摩阻Ｒｍ与蒸汽密度ρｓｈ成反

比ꎮ在长距离输送中ꎬ饱和蒸汽介质内含有一定的凝水ꎬ其

参数参照«工程热力学»附表２“饱和水与饱和水蒸气表”即

可确定ꎮ④总阻力Ｒ总还与输送距离Ｌ有关ꎬ距离越长ꎬＲ

总越大ꎮ(二)热能损耗

热能损耗决定了蒸汽在输送过程中凝水的比例ꎬ也直接

决定了热电厂供汽量与热用户用汽量的差值ꎮ热能损失的

因素与硬件设施相关ꎬ采用«化工工艺设计手册»中关于供热

管道热损失的公式进行分析:ΔＱ

总＝Ｓ

全管道表面积ΔＱ

1.计算基本公式

温损计算公式为：

式中： —管道单位长度传热系数

—管内热媒的平均温度

—环境温度

—热媒质量流量

—热水质量比热容

——管道长度由于计算结果为每米温降，所以L取1m

.管道传热系数为

式中：

，—分别为管道内外表面的换了系数

，—分别为管道（含保温层）内外径

i—管道各层材料的导热系数（金属的导热系数很高，自身热阻很小，可以忽略不计）。

—管道各层材料到管道中心的距离m

内表面换热系数的计算

根据的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：

Pr为普朗特常数查表可得，本文主要针对供水网温度和回水网温度进行查找得：

90摄氏度时Pr=;在75摄氏度时Pr=;

外表面换热系数的计算

由于采用为直埋方式，管道对土壤的换热系数有：

式中：

—管道埋设处的导热系数。

—管道中心到地面的距离。

3.假设条件：

A. 管道材料为碳钢（）

B. 查表得：碳钢在75和90摄氏度时的导热系数都趋近于

C.土壤的导热系数=

D. 由于本文涉及到的最大管径为，所以取=

E.保温材料为：聚氨酯，取=

F. 保温层外包皮材料是：PVC，取=

G.在75到90摄氏度之间水的比热容随温度的变化很小，可以忽略不计。

4.电厂实测数据为： 管径为300mm时，保温层厚度为：50mm，保温外包皮厚度为：7mm；

管径为400mm时，保温层厚度为：51mm，保温外包皮厚度为：；

管径为500mm时，保温层厚度为：52mm，保温外包皮厚度为：9mm；

从热媒到管内壁的放热系数 W/m2·℃α

n=300输入

管道内径 md

n=0.207输入

从热媒到管内壁的热阻 m·℃/WR

n=0.0051

管材的导热系数 W/m·℃λ

g=165输入

管道外径 md

w=0.219输入

管壁的热阻 m·℃/WR

g=5.438E-05

保温材料的导热系数 W/m·℃λ

b=0.1输入

保温层外表面的直径 md

z=0.319输入

保温材料的热阻 m·℃/WR

b=0.599

保温层外表面附近空气的流动速度 m/sv=0.2输入

保温层外表面对空气的放热系数 W/m2·℃α

w=19.05

从保温层外表面到沟内介质的热阻 m·℃/WR

w=0.052

地沟内净横截面面积 m2F

ngo=0.468输入

地沟内净横截面的周长 mS

ngo=3输入

地沟内廓横截面的当量直径 md

ngo=0.624

沟内壁放热系数 W/m2·℃α

ngo=12输入

从沟内空气到沟内壁之间的热阻 m·℃/WR

ngo=0.043

地沟壁的导热系数 W/m·℃λ

go=0.93输入

地沟外横截面积 m2F

wgo=0.5输入

地沟外横截面的周长 mS

wgo=3.2输入

地沟横截面外表面的当量直径 md

wgo=0.625

地沟壁的热阻 m·℃/WR

go=0.00027

从地表面到管中心线的埋设深度 mh=1.2输入

管材的导热系数 W/m·℃λ

t=1.5输入

土壤的放热系数 W/m2·℃α

k=14输入

管子的折算埋深 mH=1.31

土壤的热阻 m·℃/WR

t=0.296

管道中热媒的温度 ℃t=95输入

土壤地表面温度 ℃t

d·b=20输入

管道的长度 mL=100输入

管道附件的散热损失系数β=0.2输入

供热管道的散热损失 WΔQ=9037.86八、单根供热管道的散热损失地沟管线供热管道热损

一、从热媒到管内壁的热阻

二、管壁的热阻

三、保温材料的热阻

四、从管道保温层外表面到周围介质的热阻

五、从沟内空气到沟内壁之间的热阻

六、地沟壁的热阻

七、土壤的热阻

第一根管道中热媒的温度 ℃t