优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法
【专利摘要】本发明涉及一种优化蒸汽管网设计提高热网输送效率方法，在蒸汽管网工程设计中，对于枝状管网、双管或多管制管网、环状管网路径形式的供热管网系统分别采用不同的方案；为了降低输送压降、温降，减少管道输送热损失，优化保温结构、采用新型高效保温材料，采用低耗能隔热管托；采用大补偿量的补偿器，减少热网工程管道长度，实时对终端用户蒸汽压力、温度、流量监控管理。本发明的方法，使蒸汽管网每公里输送压降控制在0.02－0.04MPa，温降每公里降低到3－5℃，使蒸汽管网供热半径达到30Km以上，为国家推广城镇实施集中供热，提供了一套先进的长输热网优化设计，提高热网输送效率方法。
【专利说明】优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种优化蒸汽管网设计，提高热网输送效率方法，具体讲是涉及一种节能减排、安全环保、低能耗输送蒸汽管网设计方法，属于热能工程【技术领域】。
【背景技术】
[0003]按目前蒸汽管网常规设计技术，蒸汽管网每公里输送压降高达0.06MPa —
0.1MPa，温降每公里高达15 - 20°C，管网蒸汽流量质量损失达5 — 10%，更有甚者高达30 —40%，常规设计蒸汽管网压损、温降、量损十分严重。随着世界性能源危机蔓延，能源(煤、油、天然气)价格节节攀升，各热源供热点经济效益严重下滑，对蒸汽用户单位，由于蒸汽价格不断上涨，耗能产品价格也不断上涨，直接影响了人们生活和国民经济发展。由于输送温降大、压降大，供热半径也受到了极大限制，现有蒸汽管网【背景技术】、管理模式使国家推广的大机组电厂热电联产实施对城镇集中供热的国策得不到推广。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，降低管网热损，增加供热半径。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，对于枝状管网、双管或多管制管网、环状管网路径形式的供热管网系统分别采用以下方案:
枝状管网:
(al)在各分支管线引出点设检修切断阀；
(a2)供热干线管，每隔2 - 3km设一个检修切断阀；
双管或多管制管网:
(bl)各分支管线引出点设检修切断阀；
(b2)各供热干线管每隔2 - 3km设一个检修切断阀；
(b3)由同一热源向同一方向引出同一参数的双管或多管，在各管之间，选定位置设连通管，连通管的管径设计标准为:当双管或多管中的某一管线事故停用时，通过连通管仍能够供应70%热负荷；
环状管网:
(Cl)在各分支管线引出点设一检修切断阀；
(c2)在环状管网选定位置设一切断阀或连通阀。
[0006]架空蒸汽管道采用旋转式补偿器补偿方式，减少了管道展开长度和弯头使用量，显著降低了蒸汽热网输送压降与温降。
[0007]在管道保温结构上，加强对散热损失大的管道上部弧形外壳的保温，在管道上部弧形外壳的顶部加盖一层或多层弧形的披肩。披肩厚度δ =30 — 40mm。较佳地,对上半圆顶部210°与150°范围各加一层δ =30 — 40mm披肩。
[0008]保温结构的材料采用硅酸铝与高温玻璃棉复合保温材料；为了减少管道辐射散热损失，在每层保温材料外设置铝箔反辐射层。
[0009]保温结构中的主保温层选用高温玻璃棉；在保温结构中设3 - 4层反辐射层。
[0010]供热管网系统中包括多道管托，管托包括合抱于管道上的下隔热瓦块和上隔热瓦块，下隔热瓦块厚度大于上隔热瓦块的厚度。
[0011]在热力公司设有中心站；在终端(用户端)，设有流量计算仪表箱，实时对终端压力、温度和流量主要参数实时监控，通过网络或光纤把这些数据信息传输到中心站，在中心站对终端用户的蒸汽压力、温度、瞬时流量、累积流量实时监控，并可及时与用户沟通交流。
[0012]对热负荷变化大的季节，通过优化热网运行方式，使蒸汽管网常年在45%以上热负荷运行，有效的减少了蒸汽管网输送热损，显著提高了热网运行经济性。
[0013]本发明所达到的有益效果:
在蒸汽管网工程设计中，为了降低输送压降、温降，减少管道输送热损失优化保温结构、采用新型高效保温材料，采用低耗能隔热管托；采用大补偿量的补偿器，减少热网工程管道长度，采用先进的计算机技术、网络技术、视屏监控技术以及现代化热网管理模式，实现对终端用户蒸汽压力、温度、流量监控、管理。本发明的提供了一种有效的、完善的、先进的提高蒸汽管网输送效率优化热网设计的方法，使蒸汽管网每公里输送压降控制在
0.02 - 0.04MPa，温降每公里降低到3 — 5°C，使蒸汽管网供热半径达到30Km以上，为国家推广城镇实施集中供热，提供了一套先进的长输热网优化设计、提高热网输送效率方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明热网实时监测与计算管理系统。
[0015]图2为本发明主站系统设备。
[0016]图3为本发明一实施例望亭电厂至无锡蒸汽供热管道系统示意图。
[0017]图4为本发明一实施例望亭电厂至无锡1#、2#线11月一 4月双管运行工况，高峰供热负荷各监测点蒸汽参数。
[0018]图5为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线11月一 4月双管运行工况，低谷供热负荷各主要监测点蒸汽参数。
[0019]图6为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线5月一 10月并管运行工况，高峰供热负荷各监测点蒸汽参数。
[0020]图7为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线5月一 10月并管运行工况，低谷供热负荷各监测点蒸汽参数。
[0021]图8为本发明长输热网专用节能型滑动管托。
[0022]图9为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线11月一 4月双管运行工况，高峰供热负荷主要监测点压降、温降。
[0023]图10为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线11月一 4月双管运行工况，低谷供热负荷主要监测点压降、温降。
[0024]图11为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线5月一 10月并管运行工况(2#线供热负荷并入1#线)，高峰供热负荷各主要监测点压降、温降。
[0025]图12为本发明一实施例望亭电厂1#、2#线5月一 10月并管运行工况(2#线供热负荷并入1#线)，低谷供热负荷各主要监测点压降、温降。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0027]供热管网的系统和路径形式主要有三种形式:即枝状管网、双管或多管制管网、环状管网。具体选用应根据热用户数量、热用户分布情况、热用户用汽参数、用汽要求等因素，经过技术经济比较确定。
[0028]枝状管网:
枝状管网是从热源主干线，沿程向各用户以分支线供热，形成似树枝状路径管网。枝状管网主干线的管径，随着沿途用户的减少而减小，各分支用户的管径取决于各热用户的蒸汽负荷。
[0029]该管网优点在于路径简单、管线短、管理维护方便、投资费用相应较低；其缺点，在于当干线发生故障时影响较多用户用热。因此本发明对枝状管网设计采取以下措施:
(I)在各分支管线弓I出点设检修切断阀。
[0030](2)供热干线，每隔2 - 3km设一个检修切断阀。
[0031]在采取以上措施后，各分支故障检修，不影响其他各分支用户用热，供热干管故障检修，不影响故障前各分支用户用热。
[0032]双管或多管制管网:
管网在下列情况下，宜采用双管或多管制管网 (I)用户所需蒸汽介质参数相差较大。
[0033](2)热负荷分期较长，且较长的分期里，各用户热负荷先后间隔时间又较长。
[0034](3)有全年热负荷，同时亦有季节性热负荷且占总热负荷比例较大的用户。
[0035]此时，由热源点引出两种或以上的同程、同向、相同或不同参数的蒸汽管道，双管或多管制管网中的每一根，一般也是采用枝状管网路径。
[0036]为了提高双管或多管制管网供热的可靠性、灵活性、经济性以及故障检修的方便，本发明在管网设计中应采取以下措施:
(I)各分支线引出点设检修切断阀。
[0037](2)各供热干管每隔2 — 3km设一个检修切断阀。
[0038](3)由同一热源向同一方向引出同一参数的双管或多管，应在各管之间，适当位置设连通管，其管径能保证当某一管线事故停用时，供应70%热负荷。采取此措施后，即便在最不利工况下，可保证各条供热干管能在70%设计热负荷下运行。
[0039]环状管网:
当有两个或两个以上热源进行集中供热时，各热源引出的主干线或支干线在适当的位置连通构成环状。对不能停汽的重要热用户考虑设计环状管网，这样可以提高管网运行的安全可靠性，在管网局部发生故障时，可通过环状管网的另一端向热用户供汽，确保不间断供汽。为方便检修、管网切换和供热负荷的调节，在各分支线引出点设检修切断阀；在环状管网适当位置设切断阀或连通阀。
[0040]双向供汽:
在条件允许的情况下，可实施双向供汽。用户侧管网经过调整后，可向管网系统其他用户供热，但应考虑和处理一下问题:
(I)对双向供热管道上的阀门，能满足介质双向流动要求。
[0041](2)各疏水点的设置，能满足蒸汽双向流动疏水的要求。
[0042](3)双向供汽当介质参数有较大差异时，核算管道材质、应力和管道的热补偿，保证管道不超压、不超温、确保管道安全。
[0043]采用大补偿量的旋转式补偿器作为主要热补偿方式。
[0044]架空蒸汽管道常采用六个弯头的立补形式，此种补偿方式，补偿量小(补偿量一般在200 - 300mm),补偿管道长度一般为60 — 80m。采用此种补偿形式，管道长度长，弯头多，输送温降、压降大，热网工程投资高；若采用波纹管补偿器补偿方式，虽然管道短、弯头少，但补偿量小，补偿器数量多，固定点推力大，工程投资高，本发明采用的旋转式补偿器补偿方式，克服了以上两种补偿方式的不足，每组旋转补偿量达600 - 800mm，补偿管道长度达180 - 200m，是传统补偿方式的2 — 3倍。减少了管道展开长度和弯头数量，节省了工程投资，降低了管道输送压降与温降，每公里输送压降由常规的0.05MPa - 0.1MPa降低到
0.02 - 0.04MPa ;每公里输送温降由常规的10 — 15°C降低到4°C— 6°C。
[0045]采用长输热网专用节能型滑动管托，详见图8。
[0046]该管托与常规隔热管托相比，管托隔热结构新颖，下隔热瓦块la、上隔热瓦块Ib合抱于管道100上，外部分别套设有下套卡箍2a和上套卡箍2b，下套卡箍2a和上套卡箍2b由螺栓3固定在一起，将下隔热瓦块la、上隔热瓦块Ib包裹。下隔热瓦块la、上隔热瓦块Ib与内部包围的管道100之间由软质隔热层4隔离。管托下部与支架之间接触面为滑动摩擦副5。下隔热瓦块厚、上隔热瓦块薄，此种隔热结构模式，有效的隔断了管托下面热桥，提高了隔热效果。对管托上半部，在隔热瓦块厚度减少后，在管托上部腾出了保温空间，增加了保温层厚度，也降低了管托产品材料成本，提高了管托上部隔热效果，经测试本管托比常规隔热管托减少散热损失约10%。
[0047]优化管道保温结构。
[0048]通过热网实验平台，对管道各种保温结构进行多次实验获取大量实验数据，掌握了蒸汽管道保温结构散热损失的规律，(即管道保温结构上部散热损失比下部大30 -40%)，为优化管道保温结构提供了依据。具体做法如下:
(I)选用新型隔热材料，主保温层选用新型的高温玻璃棉节能产品；反辐射层选用我公司的实用新型专利产品(长输热管网隔热保温套管，申请号:201220280323.7，公告日:20130213)，显著提高了管道保温效果。
[0049](2)根据管道保温结构辐射散热量占管道总散热量60%以上的特点，在管道保温结构里设3 - 4层反辐射层，显著降低管道辐射散热量。
[0050](3)在管道上半圆设两层保温披肩，加强对管道上半圆保温。优化后的保温结构，显著的提高了管道隔热效果，通过对已投运我公司总包的辽宁营口热网工程的测试，即便是在严冬，堆积在管道外护层的积雪，经久不化。每公里温降由常规的10°c — 15°C，降低到4 0C- 6。。。
[0051]在热电公司控制室设中心站，对用户终端压力、温度、流量等重要参数实时监控、调度。
[0052]中心站采用现代的计算机技术、网络技术、通信技术，有效的把中心站与用户远端热网智能终端以及一次仪表组成一个非常完善系统，实时对用户端的压力、温度、流量等重要参数实时监控、报警、调度，替代了过去远程人工抄表的计量、计费方式。
[0053]热网实时监测与计量管理系统，详见图1:
1、系统组成:由以下部分组成:
(1)用户端的智能终端
(2)压力、温度、流量一次仪表及传输兀件
(3)全线视频监控系统与视频信息输送光纤
(4)调度端主设备
(5)无线GSMIGPRS网络或INTERNET无线专线。
[0054]2、系统功能说明:
(I)热网智能终端:又称流量演算器，设在用户端，具有以下功能:可对各蒸汽用户进口的压力、温度、流量实时监测，可对蒸汽流量进行温度、压力补偿、对蒸汽流量进行演算，可对蒸汽流量按质量流量和热量输出、计量，可对停电、运行数据超限、非正常计量等多种异常情况实时报警，可实施电磁阀无线远程控制。
[0055]热网智能终端，通过无线网络，将流量、压力、温度等数据信息传输给中心站通信服务器，并可相互交流。
[0056](2)主站系统，详见图2。
[0057]通信服务器，是主站的核心设备，用户热网智能终端，具有对流量进行压力、温度补偿功能，通过流量演算器，流量同时按质量流量与热量两种数据向中心站输出，计量准确度高、计算合理，避免了供用户矛盾，和谐了供用关系；该热网智能终端还具有停电、运行数据越限，非正常计量等多种异常报警功能以及电磁阀远程控制功能。
[0058]中心站对用户热网智能终端输入的流量等重要信息，可保存。可根据需要编辑或各种形式输出，大屏幕视屏显示、根据需要，打印热负荷各种形式报表。实现了整个热网管理现代化，降低了热网输送热损，提高了热网输送效率，为社会、企业制造了显著经济效益。
[0059]对热网实时视频监控:
为了确保热网安全运行，对热网全线特别是供热干管各分支接出点的阀门处，各疏放水点阀门处，在热电公司控制室实施实时视频监控。
[0060]实施例1
下面以一具体实施例说明热网设计环节、优化蒸汽管网设计，具体方案如下:
1、采用双管(即1#线、2#线)供汽设计方案，详见图4、图5。
[0061]2、设汇通管跨线，分别在配汽站和旺庄港河，将1#线、2#线相互连通。根据供热负荷季节性差异大的特点，实施双管、单管相互切换运行。其目的:确保管道在50%以上供热负荷运行，减少管道输送热损失，确保蒸汽管道安全、经济运行。详见图3。
[0062]3、在各用户进口设热网智能终端，详见图1，对用户端的蒸汽压力、温度、流量等重要参数收取、补偿、演算、计量、传输。
[0063]4、在热电公司控制室设中心站，详见图1，利用现代计算机技术、网络技术、通信技术，对热网各用户智能终端实施监测、计量、计费、维护和管理，对热网全线实施视频监控。详见图1。
[0064]5、在1#、2#线中段设配汽站、根据供热负荷、终端各用户要求，实时对供汽压力、温度进行控制、调节。详见图3。
[0065]6、确保热网管理系统供电的可靠性
热网智能终端、主站电源按II类负荷设计，并设有UPS电源，即便系统停电，UPS可保证72小时正常供电，确保了热网智能终端与主站系统安全可靠运行，有效的防止了信息和文件的丢失。
[0066]为了能具体说明蒸汽管道优化运行方法，现以我公司设计的并已投运的望亭电厂至无锡的1#、2#线蒸汽供热管道工程为例，予以说明。
[0067]望亭电厂1#、2#线供热管网系统简介，详见图3。
[0068]1#线DN800设计供热蒸汽量180t/h，电厂出口供热参数:1.15MPa，350°C，输送距离最长达31km，主要对无锡新区供热，用户终端要求蒸汽参数:0.73MPa，200°C以上。
[0069]2#线DN900设计供热蒸汽量180t/h，电厂出口供热参数:0.82MPa，300°C，输送距离最长达25km，主要对无锡新区和部分城区供热，用户终端要求蒸汽参数:0.68MPa，200°C以上，1#、2#线同向并排敷设，在热网中段设有配汽站和控制站。
[0070]并管运行的背景:
望亭电厂1#、2#线冬季热负荷(11月一 4月)与春夏秋季热负荷(5月一 10月)，变化较大，相差近I倍，冬季热负荷高采用双管运行，用户端为过热蒸汽，蒸汽压力、温度均能满足用户要求，详见图4、图9，没有凝结水产生，输送热损失小，但在春夏秋季，由于蒸汽热负荷低，(40%以下)，若仍采用双管输送，输送热损失大，特别是某些用汽负荷低的蒸汽用户，如新光路线(用汽量4T/h)，将产生冷凝水，详见图5、图10。
[0071]由于望亭电厂1#、2#线为同程并排敷设设计，且管道设计热负荷、设计参数相近，为春夏秋季低负荷并管运行提供了条件。
[0072]并管运行方式:
在每年5月一 10月，蒸汽负荷较低的春、夏、秋季节，通过在配汽站与旺庄港河两处设置的汇通管跨线，将2#线蒸汽负荷并入1#线运行，2#线处于停运热备用工况。使1#线输送蒸汽负荷控制在85t/h - 170t/h运行(并管前为50t/h - 90t/h)详见图6、图7、图11和图12。
[0073]并管运行后，由于热网输送热负荷控制在47% - 94%运行，输送热损小，即便是新光路支线用汽负荷较低的用户，(用汽量4t/h)，进口也不会产生凝结水，满足了全线热用户用汽要求。保证了热网安全经济运行。
[0074]优化蒸汽管网设计、运行产生的效益:
1、对热网终端用户流量、压力、温度及全线热网视频，在热力公司中心站实施了实时监控，实现了现代化管理。供热计量、计费、科学、准确，避免了供用户矛盾，改善了供用户关系，确保热网全线安全经济运行。
[0075]2、热网设有汇通跨接线，根据供热负荷，可对热网实施单管、双管供热运行方式，确保蒸汽管道常年在45%以上热负荷运行，有效减少蒸汽管道输送热损，满足了热网全线用户用汽要求，确保了热网安全经济运行。
[0076]3、在热网中段设有配汽站，根据供热负荷和用户用汽要求可实时对供热蒸汽温度、压力进行调节，满足热用户用汽压力、温度要求。
[0077]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，对于枝状管网、双管或多管制管网、环状管网路径形式的供热管网系统分别采用以下方案: 枝状管网: (al)在各分支管线引出点设检修切断阀； (a2)供热干线管，每隔2 - 3km设一个检修切断阀； 双管或多管制管网: (bl)各分支管线引出点设检修切断阀； (b2)各供热干线管每隔2 - 3km设一个检修切断阀； (b3)由同一热源向同一方向引出同一参数的双管或多管，在各管之间，选定位置设连通管，连通管的管径设计标准为:当双管或多管中的某一管线事故停用时，通过连通管仍能够供应70%热负荷； 环状管网: (Cl)在各分支管线引出点设一检修切断阀； (c2)在环状管网选定位置设一切断阀或连通阀。
2.根据权利要求1所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，架空蒸汽管道采用旋转式补偿器补偿方式。
3.根据权利要求1所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，在管道保温结构上，加强对散热损失大的管道上部弧形外壳的保温，在管道上部弧形外壳的顶部加盖一层或多层弧形的披肩。
4.根据权利要求3所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，披肩厚度 δ =30 — 40mm η
5.根据权利要求3所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，保温结构的材料采用硅酸铝与高温玻璃棉复合保温材料；在每层保温材料外设置铝箔反辐射层。
6.根据权利要求3所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，保温结构中的主保温层选用高温玻璃棉；在保温结构中设3 - 4层反辐射层。
7.根据权利要求1所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，供热管网系统中包括多道管托，管托包括合抱于管道上的下隔热瓦块和上隔热瓦块，下隔热瓦块厚度大于上隔热瓦块的厚度。
8.根据权利要求1所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，在终端端设有流量计算仪表箱，实时对终端压力、温度和流量主要参数实时监控，通过网络或光纤把这些数据信息传输到中心站，在中心站对终端用户的蒸汽压力、温度、瞬时流量、累积流量实时监控。
9.根据权利要求1所述的优化蒸汽管网设计、提高热网输送效率方法，其特征是，对热负荷变化大的季节，通过优化热网运行方式，使蒸汽管网常年在45%以上热负荷运行。
【文档编号】F17D1/06GK104315342SQ201410214441
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】王国兴, 葛建中, 丁巧芬, 甘子君 申请人:南京苏夏工程设计有限公司