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蒸汽流量计测量中热量损失的影响因素及对策分析

时间:2019/01/02来源:未知

摘要:针对酒钢蒸汽供热管网热损失大的问题,通过对某热电厂蒸汽供热管网的调查,计算了蒸汽主管线不同季节沿途凝结水损失率和热量损失率,分析了蒸汽管网凝结水损失和热量损失的影响因素,得出蒸汽管线管网能量损失的主要原因,并提出有效减少蒸汽管网能量损失的途径。

蒸汽流量计
1、引言:
 蒸汽是各生产企业的重要的二次能源之一,其热能可用于吹扫、取暖、发电等很多用途。企业在谈论节能降耗时一般会先想到“蒸汽”。酒钢主要是由炼钢回收蒸汽及一、二热电供出蒸汽来供用户使用。从企业近年运行的状况来看,蒸汽损失达到30万GJ,折算成本企业全年损失900万元。因此,可以从蒸汽输送、计量着手,降低蒸汽的损失,减少能源的浪费。

2、蒸汽供热损失主要存在问题:
 根据管道运行的经验,管网的蒸汽损失是由以下情况造成的:管道因素和计量不准。蒸汽在长距离输送过程中,由于保温性能等各种因素的影响,蒸汽可能有过热蒸汽到饱和蒸汽再到汽水混合物的变化,通过疏水器排除,造成损耗较高。一方面,这是目前国际现行测量技术水平的限制,以及安装、维护等方面的原因造成测量不准,经若干用户累加后最终导致当前流量的高损耗。

2.1、管道输送热损失:
 以热电送出蒸汽为例进行计算,管径为DN200,管线沿线长度3000m,管道压力为0.84MPa,温度250℃,保温厚度100mm。管道为室外架空安装。
 ⑴单位平方米绝热层外表面的热损失量。
 计算依据为《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97。圆筒型单层绝热结构热冷损失量应按下式计算:
 Q=(T0-Ta)/{【(D1/2λ)?D1/D0】+1/αs(W/?)
 式中:Q为以每平方米绝热层外表面积表示的热损失量。
 式中:T0-蒸汽管道外表面温度,取250℃;Ta-地区年平均温度,取7.6℃;D1-蒸汽管道绝热层外径,取0.419m;D0-蒸汽管道外径,取0.219m;λ-保温层导热系数,取0.036W/m·℃;αs-绝热层外表面向周围环境的放热系数,取21.98W/m2·℃。
 用以上数据带入⑴式中得:Q=64.55W/m2。即每平方米绝热层外表面的热损失量为64.55W/m2。
 ⑵每米管道长度表示的热损失量:q=∏D1Q(W/m)。
 式中:q为以每米管道长度表示的热损失量;q=∏D1Q=3.14×0.419×64.55=84.93W/m;则热电的热损失为:3000×84.63×3.6=917255kJ/h。
 ⑶热电蒸汽焓值计算。
 从过热蒸汽表中查得:压力0.84MPa、温度250℃蒸汽的焓值为2927.6kJ/kg。流量10t/h时过热蒸汽的热量焓值:
 10000kg/h×2927.6kJ/kg=29276000kJ/h
 ⑷热电过热蒸汽管道的保温层热损失的百分比:
 917255÷29276000=0.031=3.1%。
 从计算结果来看,在整条管线保温无破损、管道无泄漏的情况下,单纯管道输送的热损失理论为3.1%,而其它蒸汽管线的长度与这条管线的情况差不多,但保温状况差别较大,有些地方还使用的是岩棉等,甚至一些管道局部管段无保温或破损(图1),
这都造成蒸汽热损失增大。热点供出的蒸汽占蒸汽总量的60%,再加上其它支线管道的损失,企业蒸汽管线在输送过程中单纯管网热损失大于3.1%。
图 1 蒸汽管道保温破损严重
图1蒸汽管道保温破损严重
2.2、蒸汽、煤气管道附属设施计量:
 ⑴蒸汽管道在输送过程中会有热损失产生很多的冷凝水,为了确保蒸汽管道的正常输送,管道上有很多的疏水器,专门用于管道自动排水。这些管道一般是DN15-DN25的,在蒸汽管道上每隔20~30m安装一个,目前全企业主管道大概有近300多个疏水器,且其中30%的疏水器阀门因使用频繁而损坏成为直排阀门。
 根据实际蒸汽的温度和压力,企业蒸汽的流速一般在15~30m/s,按经验值计算流量为100t/m2·s,这些直排管道的蒸汽损失量达到19t/d,其余疏水器的热排放(按30%计算)也达到136t/d。⑵蒸汽主管一般是伴随煤气管道敷设,并为煤气排水器提供保温,企业目前有煤气排水器273个,伴随保温蒸汽管道一般是DN50-DN80之间,且全部无表计,核算其热损失达到373t/d。
 这些附属设施的蒸汽使用量占蒸汽总量的2%。

2.3、计量仪表选型、安装及维护因素带来的计量误差:
  由于蒸汽系统温度较高,饱和蒸汽又易变为汽、液两相流,相比之下测量难度大,甚至无法测量,造成蒸汽计量在实际操作中往往难以达到满意的效果。
  ⑴选型不正确造成的误差。
  用汽旺季,用汽量相当大,而用汽淡季用汽量又很小,用汽量相差过于悬殊,一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。有的用户在计量仪表时对自己的用汽量心中没数、不能向厂家提供确切的参数,这是造成选型失误的一个主要因素。选型错误会导致仪表量程与实际偏差大,计量误差大。
  ⑵蒸汽仪表不能按要求进行检定。
  根据我企业蒸汽计量采用孔板差压、威力巴流量计较多,这两类计量器具存有一定的弱点: 它的量程比小,一般为 1: 10,若运行在 30%流量刻度以下时,其精度下降较大; 运行工况条件偏离原设计条件,测量误差会增大,再如检侧系统中部件多,导压管系统易堵、易漏、易冻、易汽化等。这两类流量计属于强检计量器具,应全部按周期检定,但目前酒钢安装的蒸汽计量仪表基本都未进行检定,也会造成计量误差。
  ⑶蒸汽计量仪表的不正确安装。
  任何蒸汽计量仪表都必须正确安装,否则就处于不正常的工作状态,造成计量误差。
  ⑷蒸汽计量仪表的定期维护不到位。
  由于蒸汽计量仪表长期处在高温、高压的水蒸汽环境中,很容易造成表件损坏、锈蚀、杂质阻塞等,且因西北地区冰冷气候原因,蒸汽管道冷凝水多,需要定期对仪表清洗,经常对管道、仪表进行排水,但实际生产的连续性无法保证仪表的清洗,而排水不及时也经常造成仪表的冻堵,影响计量的准确。

3、解决方案:
  总之,除了蒸汽管道输送不可避免的热量损失及零散的无计量保温外,可以通过以下工作来降低蒸汽的损失、提高蒸汽计量的准确性。
3.1、管道输送:
  做好蒸汽管道的保温和消缺工作,减少因泄漏造成的蒸汽损失。
  ⑴敷设适宜的蒸汽管道,按实际需要设计管径,
过大的管径只会导致较大的热损失,对使用没有任何的好处。
  ⑵选用保温效果好的保温材料,良好的保温能够减少管道的热损失。
  ⑶对于新接引的蒸汽管道必须安装计量仪表,如现场条件不能满足安装要求应从计量仪表后接引,以避免漏计。

3.2、蒸汽性质的提高:
  提高主管蒸汽的压力和降低蒸汽的湿度。因为任何蒸汽计量仪表只能计量流过的蒸汽,无法对流过的水进行计量,目前单独测量饱和蒸汽的干度还没有一种更好的办法,建议企业要尽可能提高饱和蒸汽的质量,使用干饱和蒸汽才能达到预期的计量效果。
3.3、仪表选型、安装及维护:
  ⑴蒸汽仪表的选型: 由于孔板测量技术发展成熟,有相应的国家标准和国际标准作支撑,本身结构简单、造价低,耐高温性能和抗振性能好,所以对于大中型管道,如 DN200 mm 以上管道,多建议采用孔板差压式流量计。对于中小管道,一般在 DNl00 以下,除了孔板差压式以外,威力巴、涡街流量计使用较多。而对于更小的用户,管径在 DN50 mm 以下的,多用涡街流量计和分流旋翼式流量计。在选用仪表时尽量接近实际情况,以确保仪表有效运行。正确选型才能使蒸汽计量仪表的性能正好能满足所使用蒸汽实际运行参数要求,使其能充分发挥作用。
  ⑵正确安装要做到: 在所安装仪表的前后必须留有足够长的直管段; 蒸汽计量仪表不能安装在整套管路的最低处。
  ⑶蒸汽仪表的校验: 我企业蒸汽计量采用孔板差压、威力巴流量计较多,这两类流量计属于强检计量器具,应进行首次检定合格后才能够安装,在生产允许的情况下应全部按周期检定。
  ⑷蒸汽仪表的维护: 蒸汽仪表所处环境恶劣,因此需要经常维护和定期检修。需要定期对仪表清洗,经常对管道、仪表进行排水,才能确保仪表的正常运行。

4、结语:
  蒸汽的使用、计量管理是一项艰巨的工作。只有从管道的保温、用户的使用、仪表的选型安装维护等各方面全面做工作,才能确保蒸汽的低损失,提高蒸汽计量的准确性。

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