摘要：近年来，随着科学技术的不断发展，我国工业建设突飞猛进，集中式产业园数量急剧增加。在集中式产业园区，为方便操作管理，通常会统一建设公用工程，为不同企业供应水电、蒸汽、燃气等各类资源，其中蒸汽的输送供应在某种程度上可能直接关系到某些用热企业的生产安全与产品质量，因此如今的工业园区蒸汽管网面临着前所未有的严峻挑战，必须满足较高要求。本文结合生产实践，提出工业蒸汽管网运行状态分析与改进策略。
　　关键词：工业;蒸汽管网;运行状态;分析;改进策略
　　一、研究背景与意义
　　1、研究背景
　　工业园区数量激增彰显了我国工业的发展进步与生产方式的升级改良，但与此同时，工业园区的安全问题频发，引起了社会各界的重视。就目前而言，为切实提高供热的效率和质量，并减少输送成本，大型工业园区当中一般会选择采用环状布置的方式来设计和建设供热管网，在部分园区中还可能存在多个热源，因此，蒸汽热网在运行过程中的热能损耗较高，因散热而导致的疏水现象也分外严重，其占据的热网总流量比例常常高达3%-10%;除此之外，工业园区的热用户情况各异，因此其热负荷常出现较大波动，工业热网的运行工况也会随之发生变动，最终呈现复杂多变的特征。当遭遇某些特定工况组合时，在热网远端的热用户收到的蒸汽质量可能无法满足使用需求和质量标准，甚至会出现管网的个别区间内蒸汽长时间滞留的现象，从而导致极度危险的冷凝水击事故，严重时可引发爆炸。在此背景下，针对工业蒸汽管网的运行状态进行分析、寻找冷凝水击来源并提出有效改进策略刻不容缓。
　　2、研究意义
　　就目前而言，我国城市中的产业与用地结构正在不断调整完善，诸如化工、纺织等各类工业企业正在由分散走向集中，建设大型的产业园区已成为城镇化与工业发展的必由之路。作为现代工业的重要标志与载体，工业园区对于推动我国的工业发展、加快经济建设步伐具有很强的推动作用，能够集结整合各类生产要素，提高资源利用率，合理化资源结构配比，促进不同企业间的分工协作，节省建设各类公用工程的巨大开支。工业园区的产能同热力资源具有密切联系，但过去中小型企业普遍使用的自建锅炉房设施不够完善、安全隐患多、供热效率低下、能源消耗量大，运行过程中除了会产生大量烟尘、废弃物，还伴随着较大的噪声。为帮助企业降低使用蒸汽的成本，合理减少生产成本、提高经济效益，并提高供热质量、贯彻落实环保政策，建设大型蒸汽管网、采取集中供热成为不二选择。但在工业园区中，随着企业数量的增加、园区规模的膨胀和供热时间的增长、管网的复杂化，蒸汽管网系统出现故障的次数也在大幅提升，一旦发生故障，轻则影响企业正常生产，重则引发安全事故。据统计，我国工业园区数量较多的大型城市如沈阳、哈尔滨等每年的蒸汽管网故障次数高达20次，因此针对工业蒸汽管网运行状态进行分析与改进，能够更好地满足不同热用户的需求，提高蒸汽传输质量，降低故障概率。
　　二、工业蒸汽管网特征简介
　　工业上一般以大型蒸汽管网来构建集中供热系统，其特征包括：将蒸汽作为传热介质能够充分满足不同用户的需求，除却供暖供热外，蒸汽还能用于杀菌消毒;一般来说工业园区的占地面积十分广阔，用户彼此之间、用户与热源之间的距离较远，甚至可能达到十几公里，热水管网必须通过增压设备才能维持正常运转，而蒸汽管网则不需额外增压，可以靠自身压力运送到各处;蒸汽本身为高温高压状态，热值较高，在选择热交换系统时可适当减小散热面积，因而投资较少;在管道中，蒸汽收到的摩擦阻力很小，因此相对于热水管网而言损耗较低，传输效率高，能够提高远端用户所得到的热质量。集中供热系统中，主要包括热源、用户和管网三部分，其中蒸汽管网联通热源与用户端，是最重要的部分，其运转情况将直接关系到整个系统的安全性与运行成本。
　　三、工业蒸汽管网冷凝水击来源与应对策略
　　3.1 冷凝水击产生原因
　　水击现象只发生于流体中，是一种由于流体力学原理而产生的表象，在工业领域，多发于水、蒸汽管网中，其指的是当流体的流速发生较大幅度波动（矢量变化，除却大小变动外，还包括方向的改变）时，引发管道内部压强急剧变化的现象，伴随着管道系统内部的噪声出现，严重时会出现强烈震动，甚至出现压力过大、管道爆裂的情况，导致供汽系统的设备严重损坏，不仅会使得蒸汽等流体的供应中断、影响企业的正常生产和运营活动，还可能造成人员伤亡。蒸汽管网中水击现象出现概率较高，究其原因，既包括内部原因，也有外界影响。其中内部原因来自蒸汽本身的压缩性和蒸汽管道内部的弹性，由于流动的流体具有动能、惯性，当其在管道内部流动时，就能够提供水击现象发生的必备条件，即弹性、动力。内部原因属于材料和物体的固有属性，很难发生改变，但外部原因却可通过人为手段来进行规避，导致水击现象出现的外部原因主要包括：
　　3.1.1瞬时阀门动作导致的水击现象
　　在一瞬间将管道阀门关闭，就会使得管道内的蒸汽运动状态突然改变，流动速度在一瞬间大幅降低，趋于静止，而根据动量守恒，当管道内的蒸汽动量急剧减小时，必然有来自外力的冲量，且二者变化量相等。蒸汽所受到的外力就是来自突然关闭的阀门的作用力，在其影響下，流向阀门的蒸汽气压激增，接触面积却不会发生变化，因此压强剧烈波动，引发水击现象。另外，若管道末端的阀门突然开启，蒸汽流速会在一瞬间提升，内部压强急剧降低，也可能引发水击。
　　3.1.2对流水击
　　若蒸汽管道中被注入了过冷水，水的密度远远大于蒸汽，二者会在管道内分层，并同向流动，形成弹状流，蒸汽的压力会发生下降，直到该数值等于过冷水在当前温度下的饱和压力;在此情况下，蒸汽管道内部就相当于瞬间关闭阀门，形成巨大的压力冲击，导致水击现象。
　　3.1.3大量蒸汽冷凝引发水击现象
　　当蒸汽管网中存在过多的热量散失，蒸汽整体温度下降时，就会大量冷凝，从而形成水流，如若冷凝水的产生量过大、超出排水管道能够承受的限度，就会在管道内积聚，引发上述对流水击现象，且除了弹状流外，在极端情况下甚至会产生环状流，危险性更大，危害范围更广。
　　3.2、冷凝水击的预防策略
　　针对蒸汽管网中频发的冷凝水击现象，为排除安全隐患、迅速作出响应、缩小灾害范围、减少损失，拟通过优化热源分配来消除管道中的蒸汽滞留现象。可利用智慧监控系统对整个蒸汽管网中每段管道内部蒸汽的流动状态进行监测，利用传感器收集所需数据，实现软测量，并利用大数据技术来计算和分析蒸汽是否存在滞留现象。当通过计算得知管网中存在蒸汽滞留段，便自动切换蒸汽管网的运行状态，优化热源，从而避免冷凝水击。其具体操作流程如下图：
　　在存在多热源的情况下，蒸汽供给方可通过改变热源供热量的流量分配来提供多种供热方案，只需保证区域内各用户的热需求能够得到满足、且用热质量达标即可;当发现危险工况时，则应对供热量分配进行优化和调节，保证整个蒸汽管网内的蒸汽流速都要高于下限值，不出现滞留情况，从而预防冷凝水击。
　　四、工业蒸汽管网运行状态监测系统构建
　　为实时监测工业蒸汽管网的运转状态，可利用Visual C++平台来构建和开发一个专用软件模型，对涉及蒸汽管网运行状态的各类事物与概念进行定义，并以定义所得的“类”为基础建设监测系统，将系统开发的复杂性进行分解，降低每个环节、板块的系统建设难度。例如，以HydroMed类来表示流体节点对象，表现和记录各个流体节点的蒸汽理化相关属性与运动状态，在该属性空间中，需对蒸汽的温度、流量、质量、压力等进行进一步的定义，给出与蒸汽特性相关的参数。在完成定义后，根据实际使用需求将相关的结构参数录入系统当中，即可进行自动解算，呈现蒸汽管网的实时运转状态;再利用互联网和数据库技术构建一个云数据库，即可完成对蒸汽管网运转状态的实时监控与数据上传，并由控制中枢对各类数据正常与否进行计算与评判，向管网发出反馈指令，做出诸如调整热源、改变阀门状态等操作，实现自动化监管。
　　五、结束语
　　工业园区的工业蒸汽管网占据重要位置，在一定程度上决定了工业生产质量与效率，还关系着周围群众的生命财产安全，其安全性理应得到充分重视。本文在现实基础上分析了工业蒸汽管网的建设现状、特征，深入解析了冷凝水击现象的产生原因与应对措施，并提出构建以Visual C++、互联网、大数据等技术为支撑的综合智能化、自动化监测管理系统，确保蒸汽管网的安全运转。