张佳佳，沈阳

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

蒸汽管道评价指标及计算方法

张佳佳，沈阳

（华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

针对电厂供热工程改造的实际情况，介绍了供热蒸汽管道的一些常用热力评价指标及计算方法，阐述了评价蒸汽管道的试验方法及对蒸汽压降及温降的修正计算。

蒸汽管道；热力性能指标；试验修正

0 引言

城市集中供热是城市基础设施之一，具有节约能源、改善环境、提高供热质量的优点，有利工业生产和人民的生活，具有较好的经济效益、环境效益和社会效益。

许多电厂对机组进行改造，增加对外的供热，以增加经济效益。结合电厂的位置及与用户的距离，火电厂的供热改造大都以供热管道的形式，即从机组设定的抽汽口抽出蒸汽，经过压力、温度调节后，通过一根蒸汽管道引至用户。

供热蒸汽管道投产后，需要对蒸汽管道进行施工验收及评价。目前相关规范及资料对供热管网的评价及验收主要是管道的保温厚度[1]或管道的支架等是否符合要求，对压降、温降、热损失等一些热力指标涉及较少，且无可参考的计算及修正方法，给蒸汽管道的热力性能评价带来难度。

以下主要介绍蒸汽管道的主要热力指标及现场测试方法、计算及修正方法等，给蒸汽管道的施工验收提供参考。

1 蒸汽管道主要热力指标[2-3]

蒸汽管道的热力指标主要是用于评价其热损失。蒸汽管道的热损失通常包括三部分[2]，第一部分是在输送过程中，由于管道散热导致的热损失，有两种形式，一是蒸汽焓值的降低，二是管道散热导致在沿途出现凝结水，管网负荷大，蒸汽流量大，则产生的凝结水少，管网负荷小，蒸汽流量小，则产生的凝结水多；第二部分是沿途管道及附件跑冒造成的，这种热损失随机因素很多，跟管道的施工质量、使用时间、管道附件的严密性等多种因素有关，无法定性的计算，只能根据管网漏损率来估算；第三部分是换热站内凝结水热损失，对于单纯的蒸汽供热管网，不存在此项。蒸汽管网的热力评价指标主要有以下几个:管道温降、管道压降、管道泄漏率、管道热损失率、管道保温效果。另外，蒸汽用户对蒸汽的压力及温度有要求，在汽源参数发生变化的情况下，需要保证用户处的蒸汽压力及温度保持稳定，因此，蒸汽管网的热力指标还需包括供热系统自动调节性能。因管道保温效果及供热系统自动调节性能试验及评价方法较为简单，参照相关规范即可，文中不做介绍。

（1）供热管网温降

式中Δt—蒸汽管网的单位温降，℃/km；

t1—蒸汽管网的起点温度，℃；

t2—蒸汽管网的终点温度，℃；

L—蒸汽管道长度，km。

对于蒸汽管段j建立热平衡方程组[4]:

根据以上方程组得到蒸汽管网的温降:

式中Δtj—管段j的温降，℃；

Qjs—管段j蒸汽热量损失，kJ；

Qjys—管段j蒸汽散热量损失，kJ；

β—局部散热损失修正系数，根据具体情况取0.2-0.8；

Gj—管段j内蒸汽流量，kg/s；tjm—管段j起始端温度，℃；tjn—管段j终端温度，℃；

qjcs—管段j单位长度散热量，W/m。

式中t0—管道内蒸汽温度，℃；

ta—外界环境温度，℃；

λ—保温材料的导热系数，W/（m·℃）；

D0—保温层外径，m；

Di—保温层内径，m；

aw—外保温层对空气的换热系数，W/（m2·℃）。

其中v—风速，m/s；

Lj—管段j的长度，m；

Cjp—管段j内蒸汽的平均定压比热，取

则修正至另一工况的温降为:

式中α风速—与风速相关的修正系数；

α导热—与保温材料相关的修正系数。

（2）供热管道压降

管道的压力降按下式计算:

式中ΔP—蒸汽管网的单位压降，M Pa/km；

P1—蒸汽管网的起点压力，M Pa；

P2—蒸汽管网的终点压力，M Pa。

蒸汽管网压降计算公式如下:

式中ω—介质的平均计算流速，m/s；

ρ—介质的平均密度，kg/m3；

λ—摩擦阻力系数；

d—管道内径，m m；

Σζ—局部阻力系数的总和；

H1、H2—起点、终点标高，m，对于蒸汽管道可不考虑；

1.15 —安全系数。

则修正到另一工况下的压降为:

式中αλ—摩擦阻力系数修正系数。（3）供热管网泄漏率

式中g—管网泄漏率；

Gi—管网起始流量，kg/h；

Gj—管网终点流量，kg/h。

（4）供热管网热损失率

式中q—供热管网热损失率；

hi—管网起始焓值，kJ/kg，由相应压力、温度计算；

hi—管网终点焓值，kJ/kg，由相应压力、温度计算。

修正到另一工况下的热损失率为:

式中q修正—供热管网热损失率；

Gi修正—修正工况下管网起始流量，kg/h；

hi修正—修正工况下管网起始焓值，kJ/kg，由相应压力、温度计算；

Gj修正—修正工况下管网终点流量，kg/h；

hj修正—修正工况下管网终点焓值，kJ/kg，由相应压力、温度计算。

2 计算案例

2.1 电厂供热管道基本情况

某火力发电厂对机组进行改造，外供一根蒸汽管道向城区供热，主要参数见表1。

表1 蒸汽管道初始参数

2.2 主要试验过程

蒸汽管网的起始点及终点压力、温度、流量采取符合要求的表计进行测量，蒸汽的性质计算采用国际公式化委员会IFC97水蒸气性质公式进行计算。

2.3 试验实测数据

见表2。

表2 试验实测数据

2.4 计算结果

（1）α风速的计算

因风速的大小影响保温层与外界的换热系数，进而影响蒸汽管道的散热及温降，无法直接通过公式进行修正，此处采用数据拟合的方式进行计算，获得的拟合公式为:

式中y—单位长度散热量，W/m；

x—风速，m/s。

由此拟合公式计算实测风速及参考风速下的单位长度散热量，两者差别为0.05%，故不考虑风速对散热的影响，α风速取1。

（2）α导热的计算

保温材料的导热系数与环境温度相关，取多个环境温度，分别进行计算，拟合公式如下:

式中x′—环境温度，℃。

由拟合公式计算出实测环境温度及参考环境温度下的单位长度散热量，两者差别为4.3%，需考虑保温材料导热系数的变化对散热的影响，经计算，此处α导热取1.045。

（3）αλ的计算

当管道参数不变时，摩擦阻力系数的计算与管道内流体状态相关，流动状态不同时，计算方法也不同，结合相关参数，计算得到试验工况下流体处于紊流粗糙管过渡区，相应的计算公式为:

式中qv—质量流量，kg/s；

v—介质的比容，m3/kg；

ϵ—管壁绝对粗糙度，m。设计工况下流体处于紊流粗糙管平方阻力区，相应的计算公式为:

式中d—管道内径，m。

将以上数据代入相关计算公式中，得到试验数据见表3。

表3 试验计算结果

3 结语

（1）由计算公式及修正结果可以得到，蒸汽管道的温降与蒸汽温度和外界环境的温差成正比，与蒸汽流量及定压比热容成反比，风速变化对温降的影响较小，可忽略不计，环境温度的变化，导致保温材料与外界的换热系数发生变化，对温降有一定的影响，需考虑该因素。

（2）蒸汽管道的压降与蒸汽的密度成正比，与流量的平方成正比，且受流量的影响较大；管内流体状态的变化，对管道摩擦阻力系数影响较大，进而影响压降，需根据实际情况进行计算。

（3）在评价蒸汽管道的热力性能时，为了获得更为准确的结果，应调节供热起点的压力、温度，尽可能接近设计值，以减少误差的存在。

[1]CJJT185 2012，城镇供热系统节能技术规范[S].

[2]孙玉宝，等.济南市集中供热蒸汽管网热损失的调查及分析[J].区域供热，2006，（3）:29-37.

[3]张红玉.天津空港加工区蒸汽管网仿真[D].天津:天津大学，2010.

[4]刘运雷.蒸汽管网散热损失计算分析与负荷预测研究[D].天津:天津大学，2009.

[5]DLT 5054 2016，火力发电厂汽水管道设计规范[S].

Evaluation Index and Calculation Method of Steam Pipeline

ZHANG Jia-jia，SHEN Yang
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

In the lightofthe actualsituation ofheatsupply engineering in powerplant，som e com m only used therm al evaluation index and calculation m ethod ofthe steam pipe is introduced.This paperexpounds the evaluation testm ethod of steam pipeline and the revised calculation ofsteam pressure drop and tem perature drop.

steam pipe；therm al perform ance indicators；test correction

TM 621.7

B

2095-3429（2017）02-0038-04

2017-03-13

修回日期:2017-03-30

张佳佳（1987-），男，安徽亳州人，硕士，工程师，主要从事发电技术研究；

沈阳（1982-），男，河南平顶山人，本科，主要从事发电技术研究。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.009