一种高效节能安全供热系统的制作方法

本实用新型属于热能工程技术领域，涉及一种供热系统，具体涉及一种集蒸汽梯级供热及余热利用、节能复合保温和蒸汽管道安全监测技术于一体的高效节能安全供热系统。

背景技术：

目前在工业蒸汽利用技术领域，蒸汽及其冷凝水的热利用率较低，该弊端出现的原因在于蒸汽提供压力与用户需求压力的不匹配以及高温高压冷凝水余热的浪费，对该部分能量进行优化利用可以在源头上减少蒸汽系统的能量损耗。

各高、中、低压蒸汽通过管道输送给热用户，在蒸汽管道输送系统中，常用的保温结构有软质、硬质保温结构两种：软质保温结构存在着强度低的缺陷，受到外力的撞击或挤压时，很容易变形，从而影响保温效果；而硬质保温材料缝隙多、抗管道变形能力差，管道受热伸长时保温缝隙增大，保温效果下降。

在蒸汽输送系统中，特别是高压蒸汽一旦发生泄漏，可能引发爆管，造成人员伤亡和经济损失。管道泄漏监测技术可以实时监测管道的运行情况，对管道泄漏进行报警。目前国内已有的蒸汽管道泄漏监测技术，大多基于管道内压力、流量等参数变化进行监测，管道泄漏后，压力、流量等参数并不会在第一时间发生显著变化，加之仪器仪表的灵敏度限制，使得这类监测技术反映较慢、定位精度差，无法满足现代工业的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有供热系统存在热利用率低、保温效果差、监测难度大的问题，提供一种高效节能安全供热系统，以及蒸汽输送管道的实时监测技术。

本实用新型的技术方案是：

一种高效节能安全供热系统，其特征是它包括蒸汽梯级供热及余热利用系统，蒸汽梯级供热及余热利用系统之间通过管网连接，管网上包覆有管网新型复合保温结构，在新型复合保温结构内安装有分布式光纤实时监测系统，以实时监测管网是否发生泄漏，并且判断泄漏点的精确位置，缩短蒸汽管道的修复时间。

所述蒸汽梯级供热及余热利用系统，包括高压锅炉、高压用户、高压蓄热罐、中压锅炉、中压用户、中压蓄热罐、低压锅炉、低压用户、除氧器、外部补水、冷凝水罐、高压补水泵、中压补水泵、低压补水泵、1#减压阀、2#减压阀；所述高压锅炉、高压用户和高压蓄热罐组成系统高压级；所述中压锅炉、中压用户和中压蓄热罐组成系统中压级；所述低压锅炉和低压用户组成系统低压级；所述高压级与中压级通过1#减压阀相连；所述中压级和低压级通过2#减压阀相连，以实现余热的梯级利用；所述低压用户排放的冷凝水经除氧器后与外部补水汇合进入冷凝水罐；所述冷凝水罐通过高压补水泵、中压补水泵和低压补水泵分别为高压锅炉、中压锅炉和低压锅炉提供除盐水。

所述管网新型复合保温结构包裹在各压力级蒸汽与用户之间的输送管道上，包括蒸汽管道本体，它至少由2层保温层，至少1层反射层，软质保温密封垫、以及1层保护层组成；第一层保温层直接包裹于蒸汽管道本体外部，处于最内一层，各保温层之间错缝搭接，软质保温密封垫沿环向布置在最外层保温层横断面接缝处，第一反射层包裹于第一保温层外部，各层反射层与保温层相间包裹，所述保护层包裹于最外一层。

所述最内层保温层为厚度40-60mm的憎水型超细玻璃棉；所述最外层保温层为厚度25-35mm的预制聚氨酯管壳。

所述最外层保温层为预制硬质保温结构，由两瓣对合的管壳组成，管壳之间采用“Z”型缝连接，接缝位置与管中心的连线与水平方向呈45°角，所述管壳为分段包裹。

所述聚氨酯的最高使用温度≤130℃，密度为50kg/m³，常温导热系数为0.024W/(m·K)，氯离子含量≤30ppm。

所述软质保温密封垫设置在最外层保温层横断面接缝处，具有伸缩弹性，宽度为450-550mm，厚度与第三层保温层相同，每隔10～12m沿管道环向布置。

所述反射层为反射铝，厚度≥10μm，反射率≥0.96；所述保护层为不小于0.5mm厚的彩钢板或铝皮。

所述分布式光纤实时监测系统包括测温主机和传感光纤两部分；所述测温主机由激光器、波分复用器、光开关、雪崩二极管、数据采集卡和主机构成，以实现信号的发射、接收、滤波、放大和数据处理、分析和输出；所述传感光纤既是信号的传输通道，又是温度传感器；传感光纤由两条传感光纤，使用双路解调技术，以提高数据结果的可靠性。

所述传感光纤布置在保温层内，距离管道10～20厘米；布置光纤时，放置在11点钟和5点钟方位，便于监测对角线位置的温度；在光纤外表涂有丙烯酸盐、丙烯酸酯和聚合物涂层。

所述的高压锅炉与高压用户、中压锅炉与中压用户、低压锅炉与低压用户之间的蒸汽输送管道采用新型复合保温结构。所述的新型复合保温结构包括：蒸汽管道本体、至少2层保温层、至少1层反射层、软质保温密封垫和1层保护层。第一层保温层直接包裹于蒸汽管道本体外部，处于最内一层，各层保温层之间错缝搭接；各层反射层与保温层相间包裹，第一层反射层包裹于第一层保温层外部；最外层保温层为硬质结构；所述软质保温密封垫设置在硬质保温结构横断面接缝处；所述的保护层包裹于最外部一层。

作为优选，所述蒸汽长输管网新型保温结构包括蒸汽管道本体、3层保温层、3层反射层、软质保温密封垫和1层保护层。3层保温层从内往外依次为第一保温层、第二保温层、第三保温层；3层反射层从内往外依次为第一反射层、第二反射层、第三反射层；所述的第一保温层包裹于蒸汽管道本体外部，处于最内一层，相邻保温层之间错缝搭接；所述的第一反射层包裹于第一保温层外部，各层反射层与保温层相间包裹；所述的第三层保温层为硬质保温结构；所述的软质保温密封垫设置在硬质保温结构横断面接缝处；所述的保护层包裹于第三反射层外部。

作为优选，所述憎水型玻璃棉毡最高使用温度为420℃，常温导热系数为0.034W/(m·K)；所述聚氨酯使用温度不超过130℃，容重为50kg/m³，常温导热系数为0.024W/(m·K)，氯离子含量≤30ppm。

进一步地，所述第三保温层为预制硬质保温结构，由两瓣对合的管壳组成，两瓣管壳之间采用“Z”型缝连接；所述“Z”型缝的位置与管中心的连线与水平方向呈45°角，以最大程度减少热量从接缝处的散失。

进一步地，所述管壳为分段包裹，每段管壳的长度为1～2m，每两段管壳之间的接缝采用现场浇注聚氨酯密封。

进一步地，所述软质保温密封垫设置在硬质保温层横断面的接缝处，沿管道环向布置；

进一步地，每隔10～12m设置一环软质保温密封垫，所述软质保温密封垫宽度为500mm，厚度与硬质保温层相同。

进一步地，所述软质保温密封垫具有伸缩弹性。

进一步地，所述第一反射层、第二反射层和第三反射层均为反射铝。

作为优选，所述的反射铝厚度≥10μm。

作为优选，所述的反射铝双面光滑，反射率大于0.96。

进一步地，所述第三保温层与第三反射层共同作用，即可保温，又可防水。

进一步地，所述的保护层为0.5mm厚的彩钢板或铝皮。

所述的分布式光纤实时监测系统工作过程：激光器发出一个脉冲光，该光脉冲经过波分复用器耦合后进入传感光纤，在传感光纤中传输的光脉冲在各点发生拉曼散射后，产生低于入射光频率的反斯托克斯光和高于入射光频率的斯托克斯光，再经过传感光纤到达光电探测器，由光电探测器转换为电信号，并且经过放大后送入数据处理单元。

在上述过程中，实现对蒸汽管道泄漏点位置的定位方法：基于拉曼散射的分布式光纤测温系统，在光线的输入端注入一定功率的激光脉冲，在传输过程中会发生背向散射，产生反斯托克斯光和斯托克斯光。反斯托克斯光强度对温度的变化很敏感，将散射回来的散射光波经过接收、解调、信号处理后便可将温度信号实时显示出来，并且可以对发生泄漏的散射点进行定位。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的蒸汽梯级供热及余热利用系统采用各级锅炉和蓄热罐共同作用，实现对蒸汽的梯级利用及余热的进一步利用；各级蒸汽与用户之间的蒸汽输送管道采用新型复合保温结构，其强度高、抗变形能力好、能够有效减小沿程温降，提高能源效益。分布式光纤实时监测系统可以实时监测管道是否发生泄漏，并且可以判断泄漏点的精确位置，反应速度快、定位精度高，缩短蒸汽管道的修复时间。

附图说明

图1为本实用新型所述的蒸汽梯级供热系统。

图2为本实用新型所述的新型复合保温结构示意图。

图3为本实用新型所述的新型复合保温结构横截面示意图。

图4为本实用新型所述的新型复合保温结构纵向界面示意图。

图5为本实用新型所述的新型复合保温结构聚氨酯管壳结构示意图。

图6为分布式光纤实时监测系统组成。

图中：1、高压锅炉；2、高压用户；3、高压蓄热罐；4、中压锅炉；5、中压用户；6、中压蓄热罐；7、低压锅炉；8、低压用户；9、除氧器；10、外部补水；11、冷凝水管；12、高压补水泵；13、中压补水泵；14、低压补水泵；15、1#减压阀；16、2#减压阀；17、蒸汽管道本体；18、第一保温层；19、第二保温层；20、第三保温层；21、保护层；22a、第一反射层；22b、第二反射层；22c、第三反射层；23~24、管壳；25、软质保温密封垫。

具体实施方式

为了阐明本实用新型的技术方案及技术目的，以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的介绍。

如图1所示。

一种蒸汽梯级供热节能系统，包括高压锅炉1、高压用户2、高压蓄热罐3、中压锅炉4、中压用户5、中压蓄热罐6、低压锅炉7、低压用户8、除氧器9、外部补水10、冷凝水罐11、高压补水泵12、中压补水泵13、低压补水泵14、1#减压阀15、2#减压阀16。其特征在于：所述高压锅炉1、高压用户2和高压蓄热罐3组成系统高压级；所述中压锅炉4、中压用户5和中压蓄热罐6组成系统中压级；所述低压锅炉7和低压用户8组成系统低压级。

进一步地，所述系统高压级与系统中压级通过1#减压阀15相连，所述系统中压级和系统低压级通过2#减压阀16相连，以实现余热的梯级利用。

进一步地，所述低压用户8排放的冷凝水经除氧器9后与外部补水10汇合进入冷凝水罐11；所述冷凝水罐11通过高压补水泵12、中压补水泵13和低压补水泵14分别为高压锅炉1、中压锅炉4和低压锅炉7提供除盐水。

所述的高压锅炉与高压用户、中压锅炉与中压用户、低压锅炉与低压用户之间的蒸汽输送管道采用新型复合保温结构。

如图2~图4所述为本实用新型所述的新型复合保温结构。本实用新型所述的新型复合保温结构包括：蒸汽管道本体17、三层保温层、三层反射层、软质保温密封垫25和一层保护层21。三层保温层从内往外依次为第一保温层18、第二保温层19、第三保温层20；三层反射层从内往外依次为第一反射层22a、第二反射层22b、第三层反射层22c；所述的第一保温层18包裹于蒸汽管道本体17外部，处于最内一层，相邻保温层之间错缝搭接；所述的第一反射层22a包裹于第一保温层18外部，各层的反射层与保温层相间包裹；所述的软质保温密封垫25设置在第三层保温层20横断面接缝处；所述的保护层21包裹于第三反射层22c外部。具体结构由内向外依次为蒸汽管道本体17、第一保温层18、第一反射层22a、第二保温层19、第二反射层22b、第三保温层20、软质保温密封垫25、第三反射层22c、保护层21。

所述的第一保温层18和第二保温层19均为厚度40-60mm（最佳为50）的憎水型超细玻璃棉，第三保温层20为厚度25-35毫米（最佳为30mm）的预制聚氨酯管壳。憎水型超细玻璃棉毡的最高使用温度为420℃，常温导热系数为0.034W/(m·K)；聚氨酯的使用温度≤130℃，密度为50kg/m³，常温导热系数为0.024W/(m·K)，氯离子含量≤30ppm。

为避免现场发泡聚氨酯对内层软质保温结构造成挤压，影响保温效果，所述的第三层保温层不可采用现场发泡的方式，而应采用预制管壳的形式。

所述的第三保温层20为预制硬质保温层，由两瓣对合的管壳23、24组成，两瓣管壳之间采用“Z”型缝连接，所述“Z”型缝的位置与管中心的连线与水平方向呈45°角，以最大程度减少热量从接缝处的散失。所述管壳为分段包裹，每段管壳的长度为2m，每两段管壳之间的接缝采用现场浇注聚氨酯密封。

所述的软质保温密封垫25设置在第三层保温层20的横断面接缝处，沿管道环向布置。软质保温密封垫25具有伸缩弹性；

所述的软质保温密封垫25宽度为450-550毫米，最佳为500mm，厚度与第三层保温层20相同；

所述的软质保温密封垫25的间隔为10～12m；

所述的第一反射层22a、第二反射层22b和第三反射层22c均为反射铝，所述反射铝的反射率为0.96，厚度10～20μm。

所述的第一反射层22a、第二反射层22b和第三反射层22c与包裹其内的保温层通过高温胶相互粘接。

所述第三保温层4与第三反射层22c共同作用，即可保温，又可防水。

所述保护层21材料为至少0.5mm厚的彩钢板。

所述的分布式光纤实时监测系统，布置在新型复合保温结构层内，以实时监测管道运行状况。

图6为分布式光纤蒸汽管道泄漏实时监测系统的组成图，该监测系统包括：激光器、波分复用器、光电探测器、信号采集卡以及传感光纤。

其中在管道附近铺设传感光纤，光纤既是信号的传输通道，又是温度传感器，脉冲光在传播过程中发生散射，散射光经过一系列的接收、滤波、放大过程，通过主机对信号进行处理，从而判断出泄漏点位置，进行预警。

首先激光器的同步脉冲控制单元将触发脉冲送至激光器，激光器随之发出一个脉冲光，该光脉冲经过波分复用器耦合后进入传感光纤，在传感光纤中传输的光脉冲在各点发生拉曼散射后，产生低于入射光频率的反斯托克斯光和高于入射光频率的斯托克斯光，再经过传感光纤到达光电探测器，由光电探测器转换为电信号，并且经过放大后送入数据处理单元。由于拉曼信号比较微弱，所以信号要经过多次平均和去噪后才能从噪声中提取出背向拉曼散射信号。最后，经过处理、解调后的数据被送入计算机。因此，在激光器发出光脉冲后，对背向拉曼散射光进行高速采样，就能得到沿光纤轴向的温度场分布，从而实现分布式温度传感。在光纤布置时，光纤放置在保温层内，距离管道10～20厘米。布置光纤时，放置在管道的11点钟和5点钟方位，便于监测对角线不同位置的温度。另外在光纤外表涂上丙烯酸盐、丙烯酸酯、聚合物涂层，以保护光纤。

本实用新型的工作原理和工作过程为：高压锅炉1产生的高压蒸汽供高压用户2使用，使用后产生的高压冷凝水进入高压蓄热罐3，高压蓄热罐3中的高压冷凝水经1#减压阀15减压后部分闪蒸成中压蒸汽供中压用户5使用，闪蒸留下的中压冷凝水进入中压蓄热罐6；中压锅炉4产生的中压蒸汽供中压用户5使用，使用后产生的中压冷凝水进入中压蓄热罐6，中压蓄热罐6中的中压冷凝水经2#减压阀16减压后部分闪蒸成低压蒸汽供低压用户8使用，闪蒸留下的低压冷凝水经除氧器9后与外部补水10汇合进入冷凝水罐11；低压锅炉7产生的低压蒸汽供低压用户8使用，使用后产生的低压冷凝水经除氧器9后与外部补水10汇合进入冷凝水罐11；冷凝水罐11通过高压补水泵12、中压补水泵13和低压补水泵14分别为高压锅炉1、中压锅炉4和低压锅炉7提供除盐水。各级蒸汽与用户之间的输送管道采用新型复合保温结构，各级锅炉（高压锅炉1、中压锅炉4和低压锅炉7）和蓄热罐（高压蓄热罐3和中压蓄热罐6）以及新型复合保温结构共同作用，实现对蒸汽的梯级利用及冷凝水余热的进一步利用，减少能量损失，提高经济效益。分布式光纤管道监测系统布置在新型复合保温结构保温层内，可以实时监测管道是否发生泄漏，并且可以判断泄漏点的精确位置，反应速度快、定位精度高，缩短蒸汽管道的修复时间。

以上内容描述了本实用新型的基本原理、主要特征及其优点。本行业技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，凡在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种改进和变化，这些改进和变化均落入本实用新型的范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。