蒸汽管網(wǎng)熱損過大的后果
蒸汽管道、設(shè)備、閥門和法蘭等管道部件會向周圍空間產(chǎn)生熱輻射。同時,熱量會沿著管道等表面通過熱傳導(dǎo)向其它與之相連或接觸的管路、支架、設(shè)施等傳遞。此外,熱量還會通過對流散熱的方式被傳遞到管道周圍空氣和環(huán)境中。蒸汽在管網(wǎng)輸送過程中通過熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對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)熱損過大會產(chǎn)生很多不良后果,孚雷德簡要整理如下:
熱能浪費大 一根長度1000米口徑DN100的蒸汽管道,如果用50毫米玻璃纖維保溫,當蒸汽為6.0barg飽和蒸汽、環(huán)境溫度25℃和輕風(fēng)(風(fēng)速9米/秒)時,管道熱損耗浪費蒸汽約122公斤/小時,2928公斤/天,浪費1069噸蒸汽/年。如蒸汽價格按300元/噸計,則每年損失約32.1萬元。而且管道口徑越大,蒸汽壓力/溫度越高,浪費越大。對于北方地區(qū)的企業(yè),冬季環(huán)境溫度低,蒸汽管網(wǎng)熱損造成的浪費會更大。
壓力損失大 蒸汽在輸送過程中產(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,比容降低到原來的3.7%,即同樣質(zhì)量的蒸汽冷凝后體積縮小到不足原來的百分之四,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。簡便起見,以蒸汽裸管為例:一根長度為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℃和沒有風(fēng)的情況下,每小時因散熱而產(chǎn)生的蒸汽冷凝水約123公斤。孚雷德經(jīng)過多年現(xiàn)場考察和評估發(fā)現(xiàn),對于長度達到一千米、口徑DN125以上(含) 的飽和蒸汽管道,蒸汽含水量超過15%屬常見現(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)起機或生產(chǎn)過程中負載瞬間加大時蒸汽速度驟然提高,蒸汽會推動冷凝水沖向位于其運動方向的閥門、管道和設(shè)備等任何阻擋物,產(chǎn)生水錘。蒸汽管道在經(jīng)受長期沖蝕和腐蝕之后變薄甚至泄漏,這時一旦有水錘出現(xiàn),容易造成蒸汽管道爆裂并引發(fā)安全事故。
管道壽命短 高速流動的蒸汽夾帶水分時會沖蝕管壁,使管壁漸漸變薄,管道轉(zhuǎn)角部分沖蝕更嚴重。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數(shù)微小的原電池,鐵是負極,碳是正極,鐵會失去電子而被氧化,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,水中攜帶的化學(xué)物質(zhì)和其它雜質(zhì)會沉積在換熱設(shè)備表面上形成污垢,產(chǎn)生熱阻。同時,蒸汽含水會增加蒸汽冷凝時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)熱損大會導(dǎo)致用汽點蒸汽焓值降低;此外,蒸汽管網(wǎng)熱損大時,用汽點蒸汽壓力降低。這些都會大幅降低設(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。對于加熱設(shè)備而言,工藝溫度不達標、溫度不穩(wěn)定、升溫慢等問題均會影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量問題;對于加濕、烘蒸等設(shè)備而言,濕度過大、物料水分高等問題同樣也會引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量。更嚴重的情形是,因蒸汽管網(wǎng)熱損耗過大而導(dǎo)致用汽端蒸汽壓力不足時,生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)受到嚴重影響。
計量誤差大 蒸汽管網(wǎng)熱損耗過大會導(dǎo)致蒸汽含水多。對于渦街流量計,蒸汽中的凝結(jié)水會擾亂漩渦發(fā)生而影響計量精度;對于孔板流量計,蒸汽中的凝結(jié)水會影響孔板前后壓差而降低計量精度。另一個常見的問題是,處于蒸汽管網(wǎng)下游各用汽點的計量分表的流量數(shù)據(jù)總和與管網(wǎng)上游計量總表數(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,問題越嚴重。
可見,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)長期運維費用及其壽命。根據(jù)熱力學(xué)第零定律和第二定律,盡管蒸汽管網(wǎng)熱損耗無法杜絕,但可以通過科學(xué)的技術(shù)手段和采用先進的材料來降低損失。