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[摘 要]工业企业蒸汽管网庞大复杂，管理难度大，蒸汽浪费严重。本文针对蒸汽管网运行中热量、流量及计量损失进行分析，提出优化改进措施。
[关键词]蒸汽管网 热量损失 流量损失 计量损失 措施
中图分类号：S708 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0372-01
0 前言
蒸汽作为生产过程中的主要携能工质和辅助工艺物流，是工业企业常见的能源载体，也是能量流的最大交换平台。工业企业的蒸汽管网随着企业的发展逐步进行建设和完善，存在管网布局不尽合理、运行中蒸汽“潮流”不明确、汽源到用户的管线过长、用户所需压力和温度达不到要求、大管径低流量、小管径高流速等问题，造成热能损失严重，给热力公司经济效益造成了一定影响。某公司年蒸汽消耗达到570余万吨，通过认真分析蒸汽管网热能损失的原因，并对蒸汽管网实施技术改造、优化管理，有效降低了浪费，提高了热能利用率，保障了蒸汽管网的稳定高效运行。
1 蒸汽管网损失分析
蒸汽管网运行中存在流量与热量损失，其中流量损失通过热源与用户计量表计反映，热量损失体现在蒸汽参数变化中。流量损失与热量损失是考核蒸汽管网经济运行的主要指标。
1.1 蒸汽管网流量损失
流量损失的关键在于热源与用户之间的流量计误差中反映出来。根据质量守恒定律，只要沿途管道没有跑、冒、滴、漏现象，损失应该是零。但目前供、用热双方质量流量统计后误差较大，损耗偏高，平均值在13%左右，最高可达到30%。这是由于现行测量技术水平限制，流量测量仪表下限都存在着测量死区，在蒸汽流量很小时流量计的零漂影响、小信号切除功能，都会引起流量误差。
热用户中绝大多数都是非连续性或稳定性用户，使用蒸汽频繁调节阀门而形成脉冲流量、在停用蒸汽时基本上又都会存在阀门关不严、阀门内漏等，也就是绝大多数的流量计的大部份的工作时间都处于0～8%（节流装置）或0～5%（涡街）的切除点以下工作区域，从而造成了流量计的漏计，经若干用户累加后最终导致了当前热网的质量流量的高损耗，引起流量误差。蒸汽在管网中可能发生由过热蒸汽到饱和蒸汽再到汽水混合物的变化，密度也在不断地增大，导致表计计量误差。在确保蒸汽管网无跑、冒、滴、漏时，流量计误差导致蒸汽管网存在流量损失。
1.2 蒸汽管网热量损失
热量损失主要反映在热用户与热源蒸汽参数上，主要表现为水力损失、热力损失。从伯努力方程gz+p/ρ+u2/2=常数可以得到蒸汽的压降与蒸汽流动的线速度有关。流体在管道中流动由于管壁的摩擦，蒸汽管道附件局部阻力损失引起压力的损失。
式中，Δp为流体压降，λ为摩擦系数，l为长度，d为内径，ρ为流体密度，u为流体线速度。蒸汽管网的传热过程涉及到两种介质间的热交换，难以用单纯的理论方法确定其状态方程，一般以实验数据为基础结合热力学理论推导方法。按照以下公式计算
式中，为热量损失，k为传热系数，l为长度，d为内径，t为管内外温度。
从以上计算公式中得出，热量损失主要由蒸汽管道设计是否合理及管道保温劣化引起。其中蒸汽管道设计中主要体现在大直径小流量管道，蒸汽流速小于2m/s时，热损失较大。在小直径大流速管道中蒸汽流速大于60m/s时，压降大，热损失较大。
1.3 蒸汽管网其它损失
蒸汽管网疏水造成一定损失，管网设计中一般按照启动疏水与运行疏水进行设置，在管网运行中因运行疏水设备原因，造成设备不能正常工作。目前蒸汽管网中基本上由启动疏水代替运行疏水，造成疏水浪费。同时因环形管网太大，部分远端用户蒸汽品质不好，疏水量大，且不能有效回收，造成蒸汽管网损失。蒸汽管网中管道、附件失修，造成泄漏，引起损失。管网保温脱落保温效果差时，引起管网损失。
1.4 蒸汽计量误差损失
蒸汽流量计量由于受蒸汽状態多变，蒸汽密度补偿混乱、干度补偿精度低的影响，造成计量偏差甚至在百分之十几以上。在计量过程中蒸汽流量计量值溯源和检定测试的实流标准装置限制，造成表计校验、标定存在偏差大的问题。计量表计存在一定测量误差，在实际运行中管理者人为干预因素较大，同时人们普遍将精力投放在如何提高蒸汽的利用率，而忽视了蒸汽流量的准确计量等因素，造成一定的表计误差损失。
2 减小蒸汽管网损失控制措施
2.1 减小流量损失措施
加强蒸汽管网的运行维护，合理调度，杜绝管网的跑、冒、滴、漏现象，要求热源及热用户按照管网划分界限，采取管网稳定运行时定期巡检，非稳定运行时随时巡检，确保无跑、冒、滴、漏。
采用供热管网蒸汽微小流量智能测量系统，在原有三段计量的基础上，增加了在小信号切除点以下的部份，就是将0～8%（孔板式流量计）或0～5%（涡街流量计）的工作状态下的蒸汽流量信号准确捕捉并及时计量，使常规流量计的功能得到了补充和完善，基本上能够保证集中供热管网质量损失控制在5%以内，解决蒸汽流量损失问题。
2.2 减小热量损失措施
合理蒸汽管网调度管理，确保管网合理运行方式。减少大管径小流量、小管径大流量管网运行。在蒸汽环网关键节点装设压力、温度测点，便于了解蒸汽管网中“潮流”，为管网运行调整提供依据。减小管网支线长度，采用热源就近运行方式，较少管路压降及热损失。
注重管网及阀门保温，确保保温质量，减少散热损失。解决蒸汽管网存水、疏水问题，选择高质量疏水阀，杜绝以启动疏水代替运行疏水的长漏汽现象。疏水阀门选择必须满足阻汽、排水、排空气要求，还应满足工艺特性、事故特性，保证长期运行可靠。
针对蒸汽管网疏水尽可能采用就近利用原则，减少疏水长距离输送，保证疏水在管网范围内有效利用，对不能利用的疏水应集中回收至热源单位进行质和量的利用，减少热量损失。对部分区域环形管线进行结构优化，尤其是偏远用户，不采用环状供汽方式，减少流向变化时故障几率。同时应增加主干管网的抗负荷变化能力，满足管网启停及故障情况下不同供汽输送要求。
2.3 减少蒸汽计量损失措施
随着技术的发展，蒸汽流量计量面临的密度补偿混乱、干度测量精度低的问题必将由国家制定统一规范的密度、干度补偿方法来打破，蒸汽仪表溯源方面将推广蒸汽实流标定提高测量精度的措施得到解决。人为干预表计计量的问题通过加强表计管理，提升计量表计人员职业素养等方面改进，减少表计计量损失。
3 结束语
公司通过认真分析蒸汽管网热能损失的原因，并对蒸汽管网的保温、疏水、计量装置等进行改造完善，强化管网运行调度，有效降低了蒸汽浪费，提高了热能利用率，保障了蒸汽管网的稳定高效运行。
作者简介
安克柱，男，甘肃民勤人，暖通工程师。
[关键词]蒸汽管网 热量损失 流量损失 计量损失 措施
中图分类号：S708 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0372-01
0 前言
蒸汽作为生产过程中的主要携能工质和辅助工艺物流，是工业企业常见的能源载体，也是能量流的最大交换平台。工业企业的蒸汽管网随着企业的发展逐步进行建设和完善，存在管网布局不尽合理、运行中蒸汽“潮流”不明确、汽源到用户的管线过长、用户所需压力和温度达不到要求、大管径低流量、小管径高流速等问题，造成热能损失严重，给热力公司经济效益造成了一定影响。某公司年蒸汽消耗达到570余万吨，通过认真分析蒸汽管网热能损失的原因，并对蒸汽管网实施技术改造、优化管理，有效降低了浪费，提高了热能利用率，保障了蒸汽管网的稳定高效运行。
1 蒸汽管网损失分析
蒸汽管网运行中存在流量与热量损失，其中流量损失通过热源与用户计量表计反映，热量损失体现在蒸汽参数变化中。流量损失与热量损失是考核蒸汽管网经济运行的主要指标。
1.1 蒸汽管网流量损失
流量损失的关键在于热源与用户之间的流量计误差中反映出来。根据质量守恒定律，只要沿途管道没有跑、冒、滴、漏现象，损失应该是零。但目前供、用热双方质量流量统计后误差较大，损耗偏高，平均值在13%左右，最高可达到30%。这是由于现行测量技术水平限制，流量测量仪表下限都存在着测量死区，在蒸汽流量很小时流量计的零漂影响、小信号切除功能，都会引起流量误差。
热用户中绝大多数都是非连续性或稳定性用户，使用蒸汽频繁调节阀门而形成脉冲流量、在停用蒸汽时基本上又都会存在阀门关不严、阀门内漏等，也就是绝大多数的流量计的大部份的工作时间都处于0～8%（节流装置）或0～5%（涡街）的切除点以下工作区域，从而造成了流量计的漏计，经若干用户累加后最终导致了当前热网的质量流量的高损耗，引起流量误差。蒸汽在管网中可能发生由过热蒸汽到饱和蒸汽再到汽水混合物的变化，密度也在不断地增大，导致表计计量误差。在确保蒸汽管网无跑、冒、滴、漏时，流量计误差导致蒸汽管网存在流量损失。
1.2 蒸汽管网热量损失
热量损失主要反映在热用户与热源蒸汽参数上，主要表现为水力损失、热力损失。从伯努力方程gz+p/ρ+u2/2=常数可以得到蒸汽的压降与蒸汽流动的线速度有关。流体在管道中流动由于管壁的摩擦，蒸汽管道附件局部阻力损失引起压力的损失。
式中，Δp为流体压降，λ为摩擦系数，l为长度，d为内径，ρ为流体密度，u为流体线速度。蒸汽管网的传热过程涉及到两种介质间的热交换，难以用单纯的理论方法确定其状态方程，一般以实验数据为基础结合热力学理论推导方法。按照以下公式计算
式中，为热量损失，k为传热系数，l为长度，d为内径，t为管内外温度。
从以上计算公式中得出，热量损失主要由蒸汽管道设计是否合理及管道保温劣化引起。其中蒸汽管道设计中主要体现在大直径小流量管道，蒸汽流速小于2m/s时，热损失较大。在小直径大流速管道中蒸汽流速大于60m/s时，压降大，热损失较大。
1.3 蒸汽管网其它损失
蒸汽管网疏水造成一定损失，管网设计中一般按照启动疏水与运行疏水进行设置，在管网运行中因运行疏水设备原因，造成设备不能正常工作。目前蒸汽管网中基本上由启动疏水代替运行疏水，造成疏水浪费。同时因环形管网太大，部分远端用户蒸汽品质不好，疏水量大，且不能有效回收，造成蒸汽管网损失。蒸汽管网中管道、附件失修，造成泄漏，引起损失。管网保温脱落保温效果差时，引起管网损失。
1.4 蒸汽计量误差损失
蒸汽流量计量由于受蒸汽状態多变，蒸汽密度补偿混乱、干度补偿精度低的影响，造成计量偏差甚至在百分之十几以上。在计量过程中蒸汽流量计量值溯源和检定测试的实流标准装置限制，造成表计校验、标定存在偏差大的问题。计量表计存在一定测量误差，在实际运行中管理者人为干预因素较大，同时人们普遍将精力投放在如何提高蒸汽的利用率，而忽视了蒸汽流量的准确计量等因素，造成一定的表计误差损失。
2 减小蒸汽管网损失控制措施
2.1 减小流量损失措施
加强蒸汽管网的运行维护，合理调度，杜绝管网的跑、冒、滴、漏现象，要求热源及热用户按照管网划分界限，采取管网稳定运行时定期巡检，非稳定运行时随时巡检，确保无跑、冒、滴、漏。
采用供热管网蒸汽微小流量智能测量系统，在原有三段计量的基础上，增加了在小信号切除点以下的部份，就是将0～8%（孔板式流量计）或0～5%（涡街流量计）的工作状态下的蒸汽流量信号准确捕捉并及时计量，使常规流量计的功能得到了补充和完善，基本上能够保证集中供热管网质量损失控制在5%以内，解决蒸汽流量损失问题。
2.2 减小热量损失措施
合理蒸汽管网调度管理，确保管网合理运行方式。减少大管径小流量、小管径大流量管网运行。在蒸汽环网关键节点装设压力、温度测点，便于了解蒸汽管网中“潮流”，为管网运行调整提供依据。减小管网支线长度，采用热源就近运行方式，较少管路压降及热损失。
注重管网及阀门保温，确保保温质量，减少散热损失。解决蒸汽管网存水、疏水问题，选择高质量疏水阀，杜绝以启动疏水代替运行疏水的长漏汽现象。疏水阀门选择必须满足阻汽、排水、排空气要求，还应满足工艺特性、事故特性，保证长期运行可靠。
针对蒸汽管网疏水尽可能采用就近利用原则，减少疏水长距离输送，保证疏水在管网范围内有效利用，对不能利用的疏水应集中回收至热源单位进行质和量的利用，减少热量损失。对部分区域环形管线进行结构优化，尤其是偏远用户，不采用环状供汽方式，减少流向变化时故障几率。同时应增加主干管网的抗负荷变化能力，满足管网启停及故障情况下不同供汽输送要求。
2.3 减少蒸汽计量损失措施
随着技术的发展，蒸汽流量计量面临的密度补偿混乱、干度测量精度低的问题必将由国家制定统一规范的密度、干度补偿方法来打破，蒸汽仪表溯源方面将推广蒸汽实流标定提高测量精度的措施得到解决。人为干预表计计量的问题通过加强表计管理，提升计量表计人员职业素养等方面改进，减少表计计量损失。
3 结束语
公司通过认真分析蒸汽管网热能损失的原因，并对蒸汽管网的保温、疏水、计量装置等进行改造完善，强化管网运行调度，有效降低了蒸汽浪费，提高了热能利用率，保障了蒸汽管网的稳定高效运行。
作者简介
安克柱，男，甘肃民勤人，暖通工程师。