蒸汽管道温度损失计算及分析

浅谈热力管网蒸汽输送减少管道损耗的方法马宝超摘㊀要:蒸汽作为医药㊁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㊁电㊁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分析一㊁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＝６.８８ˑ１０－３Ｋ０.２５Ｇ２ｔρｓｈｄ５.２５(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＝６.８８ˑ１０－３Ｋ０.２５Ｇ２ｔρｓｈｄ５.２５Ｌ(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单位表面积热损(３)ΔＱ单位表面积热损＝Ｔ０－ＴａＤ１２λｌｎＤ１Ｄ０＋１αｓ(４)式(３)~(４)中ꎬΔＱ总为总的热损失量ꎬＷꎻＳ全管道表面积为全管道表面积ꎬｍ２ꎻΔＱ单位表面积热损为单位表面积热损失量ꎬＷꎻＴ０为管道外表面温度ꎬ取蒸汽介质输送温度ꎬħꎻＴａ为环境温度ꎬħꎻＤ１为管道保温外径ꎬｍꎻλ为保温材料导热率ꎬＷ/(ｍ ħ)ꎻＤ０为管道外径ꎬｍꎻαｓ为保温层表面至周围空气间的总给热系数ꎬＷ/(ｍ２ ħ)ꎮ因此有:ΔＱ总＝πＤ１(Ｔ０－Ｔａ)Ｄ１２λｌｎＤ１Ｄ０＋１αｓ(５)式(５)中ꎬＴ０为长距离输送管道外表面温度的平均值ꎬħꎮ其中ꎬ保温材料等硬件设施的材质㊁厚度㊁导热率以及环境因素都对计算结果有影响ꎬ变量较多ꎬ尤其是环境因素ꎬ属于不可控因素ꎮ由此可以判断出:①热损失量ΔＱ单位表面积热损与管道保温外径Ｄ１成反比ꎻ②热损失量ΔＱ单位表面积热损与管道外径Ｄ０成正比ꎻ③总热损失量ΔＱ总与输送距离Ｌ成正比ꎻ④热损失量ΔＱ单位表面积热损与蒸汽介质输送温度Ｔ０成正比ꎮ当管道建成后ꎬ公式中可控参数只有Ｔ０ꎬ但Ｔ０随着供热距离增加不断地变化(Ｔ０＝ｆ(Ｌ))ꎮ为简化计算ꎬ在式(５)中取平均值代入ꎬ并倒推复核计算结果ꎮ二㊁热用户用热参数对管损的影响(一)用汽量的影响分析①用汽量对机械能的影响ꎮ根据上述计算和推论结果ꎬ流量越高ꎬ比摩阻越高ꎬ管道压降越大ꎬ机械能损失越大ꎬ越不利于长距离输送ꎮ②用汽量对热能的影响ꎮ根据上述公式(５)ꎬ在蒸汽介质温度一定㊁管线各项硬件设施条件一定的情况下ꎬ同样长度的管线其热量损耗为定值ꎬ与用汽量无关ꎬ则热用户用汽量的热值只要大于管线热量损耗值ꎬ理论上即可供应ꎬ但与用户末端蒸汽的含水量有关ꎮ③用汽量对管损率的影响ꎮ当管线内蒸汽介质温度恒定时ꎬ其热量损耗为定值ꎬ即用汽量越高ꎬ热量损耗占供热量的比例越低ꎮ(二)针对热用户用汽量的优化方法１.蒸汽吸收式溴化锂机组蒸汽吸收式溴化锂机组使用溴化锂吸收式制冷循环ꎬ以蒸汽作为高温热源催动溶液循环ꎬ实现在夏季 以热制冷 ꎮ经综合经济测算后ꎬ蒸汽吸收式溴化锂机组并不一定比传统以电为主要能源的空调更经济实惠ꎮ２.阶梯汽价模式热力公司可根据自身汽价㊁运营收益以及热用户的组成结构进行测算ꎮ阶梯汽价需关注的指标主要有两方面:①设身处地为热用户考虑ꎬ在用汽量增加的情况下可以降低蒸汽价格ꎬ并根据其厂房㊁办公楼的适用模式尝试推荐使用蒸汽吸收式溴化锂机组ꎬ达到夏季补足用汽量的目的ꎻ关键在于结合当地电价测算后ꎬ热用户整体投资将优于传统电空调及传统冬夏两季用汽模式ꎬ以吸引其采纳该方案ꎮ②深入测算自身热网运行规律及经济性ꎬ保证在汽价让利而增加其夏季用汽量的情形下ꎬ自身全年管损率下降ꎬ整体经济效益提升ꎬ从而达到双赢ꎮ三㊁热网系统规划供热系统的整体规划优化也对降低管损起着决定性的作用ꎮ规划的核心理念在于将稳定高用汽量企业置于最末端ꎬ且降低主干管的绕行度ꎮ热网系统规划的目的有四:①保障运行安全ꎮ稳定高用汽量企业置于最末端时ꎬ根据上述分析结果ꎬ全干管内的凝水量与蒸汽量的比率将会控制在较小的区间内ꎬ有效保证全线稳定运行ꎬ不易发生水击ꎮ②保障经济效益ꎮ根据上述分析结果ꎬ全线损耗的蒸汽量相较末端企业稳定使用的蒸汽量很少时ꎬ全线管损率较低ꎬ整体经济效益较高ꎮ③便于管径设计ꎮ稳定高用汽量企业置于最末端时ꎬ可以依照末端企业最大用汽量计算所需管径ꎬ即干管管径ꎬ中途所需变径较少ꎮ四㊁结语对施工前㊁施工中㊁施工后全时段过程进行控制ꎬ以降低管损㊁提高经济效益㊁保障管道安全运行为目的ꎬ注重细节ꎬ把基础的工作做实做细ꎬ巧妙结合理论知识开展商业洽谈工作ꎬ这样才能争取热用户与热力管网运营公司的双赢ꎬ才能使热力之树常青ꎮ参考文献:[１]王冰.蒸汽热力管网系统节能优化[Ｊ].化工设计通讯ꎬ２０１７ꎬ４３(１):１４３＋１５０.[２]李建军.试论热力管网安全管理工作[Ｊ].建材与装饰ꎬ２０１７(３):２０２－２０３.作者简介:马宝超ꎬ男ꎬ辽宁省鞍山市ꎬ研究方向:煤气热力ꎮ４５１。

精品文档热水供热管道的温降1.计算基本公式1.1 温损计算公式为：t k g (t p t k )l f bwG ?C 式中：k g—管道单位长度传热系数w / m C t p—管内热媒的平均温度Ct k—环境温度CG—热媒质量流量Kg/ sC —热水质量比热容J / Kg Cl——管道长度m由于计算结果为每米温降，所以 L 取 1m1.2. 管道传热系数为k g1na n d n i 1式中：11di 11 2lna w d wid ia n，aw —分别为管道内外表面的换了系数w / m2 Cdn，dw—分别为管道（含保温层）内外径mi —管道各层材料的导热系数w / m C（金属的导热系数很高，自身热阻很小，可以忽略不计）。

di—管道各层材料到管道中心的距离m2.1 内表面换热系数的计算根据 H.Hansen 的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：a n d n0.037(Re 0.75180) Pr0.42N nPr 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=1.95; 在 75 摄氏度时 Pr=2.38;2.2 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：a w2tln[ 2 h t( 2 h t)2d w 1 ]d w d w式中：t—管道埋设处的导热系数。

ht—管道中心到地面的距离。

3.假设条件：A. 管道材料为碳钢（w1.5% ）B. 查表得：碳钢在75 和 90 摄氏度时的导热系数都趋近于36.7 w / m CC. 土壤的导热系数t=0.6w / m CD. 由于本文涉及到的最大管径为0.6m ，所以取ht=1.8mE. 保温材料为：聚氨酯，取=0.03w / m CF.保温层外包皮材料是：PVC，取=0.042w / m CG. 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。

符号 Do L H1 P2 T1 P2 T2 H2 V Δ H Δ H=H1-H2 δ 假定 D1 D1=D0+2*δ S q q1 ta w ε ts ac an a ts' T t tm λ q2 δ S=π *D1*L/1000 q=1000*Δ H*V/S 假定：q1=q 假定
公
式
假定 ac=72.8*w0.6/D10.4 an=(5.67*ε /(ts-ta))/(((273+ts)/100)^4-((273+ta)/100)^4) a=ac+an ts'=ta+q1/a T=(T1+T2)/2 t=T1 tm=(t+ta)/2 λ =0.035+1.65*0.0001*tm+1.242*E-7*tm^2 q2=q1 δ =λ *(t-ts')/q2
单 位 mm m kj/kg Mpa Mpa kj/kg t/h kj/kg mm mm m2 W/m
2
管径计算(426x8) 800 20000
3032
1.5 280 0.5 260 3000 150 32 100 1000 62800 21.23142251 21.23142251 20 2 0.25 0 6.962246198 0.003903928 6.966150127 23.04779859 270 270 145 0.061536305 21.23142251 715.756374
实际取用保温厚度 实际保温层热传导散热密度 实际取用保温外径 管道实际总外表面积 管道实际损失热量 蒸汽焓降 终端实际焓 终端实际温度
A D1' S' Q' Δ H' H2' T2'

蒸汽管道管损计算公式蒸汽管道在输送蒸汽的过程中，由于各种因素的影响，会存在能量的损失，这就涉及到蒸汽管道管损的计算。

那咱就来好好唠唠这蒸汽管道管损的计算公式。

先来说说为啥要搞清楚这管损的计算。

就拿我之前工作的一个工厂来说吧，那时候厂里新上了一套蒸汽供应系统，为了确保各个车间能稳定地用上足够压力和温度的蒸汽，就得精确算出管道中的能量损失。

不然的话，有的车间机器因为蒸汽不足开不了工，有的车间又蒸汽太多浪费了，这可就麻烦大啦！蒸汽管道管损的计算，主要考虑几个关键因素。

首先是管道的材质，不同的材质，它的导热性能可不一样。

比如说，不锈钢管和普通钢管，导热系数就有差别。

这就好像冬天你穿羽绒服和穿薄外套的保暖效果不同一样。

然后就是管道的长度。

这很好理解，管道越长，蒸汽在里面流动的路程就越长，损失的能量自然就越多。

想象一下，你跑长跑，跑的距离越远，是不是就越累？蒸汽在长长的管道里跑也是这个道理。

还有管道的直径。

直径大的管道，蒸汽流动阻力小，管损相对就小一些；直径小的管道，蒸汽挤在里面，阻力大，管损也就跟着上去了。

具体的计算公式呢，通常是这样的：管损 = 摩擦阻力损失 + 散热损失。

摩擦阻力损失可以用达西 - 韦斯巴赫公式来计算：$h_f =f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}$ 。

这里的$f$ 是摩擦系数，$L$ 是管道长度，$D$ 是管道直径，$v$ 是蒸汽流速，$g$ 是重力加速度。

散热损失的计算就稍微复杂一点，要考虑管道周围的环境温度、保温材料的性能等等。

一般来说，可以用这样的公式估算：$Q = 2\pi k(T_s - T_a) \ln\frac{D_2}{D_1} / L$ ，其中$k$ 是保温材料的导热系数，$T_s$ 是蒸汽温度，$T_a$ 是环境温度，$D_2$ 是保温层外径，$D_1$ 是管道外径。

不过，在实际计算的时候，可不能生搬硬套公式，还得根据具体情况灵活调整。

比如说，如果管道的安装环境比较特殊，像在高温或者潮湿的地方，那可能就得对一些参数进行修正。