一种蒸汽供热管网质量管损的诊断和分析方法与流程

1.本发明涉及蒸汽管网节能优化运行控制技术领域，具体涉及一种蒸汽供热管网质量管损的诊断和分析方法。


背景技术：

2.供热是民生工程和工业生产的重要基础和保障。我国供热行业尤其是工业蒸汽供热当前表现出复杂性，一方面行业正在向集中化、区域化、智能化的方向发展，有力推动着我国能源利用水平的提高；另一方面，供热管网规模日益扩大、管网结构日趋复杂，热电厂和热力公司对管网管理控制水平参差不齐，蒸汽输配过程损耗情况差距很大。当前行业未能提出蒸汽供热管网质量管损组成的具体计算方法，从而难以对管网运行状态进行评价，也难以给出相对应的减少管损的措施。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种蒸汽供热管网质量管损的诊断和分析方法，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
4.为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
5.一种蒸汽供热管网质量管损的诊断和分析方法，首先分析蒸汽在管网的输配过程并建立物理模型；然后以质量守恒和能量守恒为基础，建立蒸汽输送过程方程；接着通过对蒸汽输送过程方程进行简化和解算，得出管网输配过程损耗的计算公式；最后根据解算结果，对蒸汽在管网输送过程的损耗的组成进行分析。
6.所述的分析蒸汽在管网的输配过程并建立物理模型，具体为：
7.基于简化分析考虑，将热网抽象成一个长圆柱形容器，热源作为起始端，用户集中布置在末端，疏水和泄漏分布在长圆柱形容器中部。
8.蒸汽在管网的的输配过程为：
9.(1)持续供热时选择一段时间，热源出口累计供出质量和能量为mo(t)、qo(kj)的过热蒸汽进入蒸汽管网，过热蒸汽的焓值为ho(kj/kg)，出口压力下对应的饱和蒸汽焓值为h
bq
(kj/kg)；
10.(2)在温差作用下，虽然已包覆保温，全蒸汽管网仍不停的向外界散发热量，在选择的时间段内引起的热量损失称为管网散热损失，记为q
散
(kj)；
11.(3)在蒸汽管网的局部低点和末端，管网中将有少量蒸汽凝结成水，被自动疏水阀排出，此时将形成能量损失和质量损失。设管网中存在n个疏水点，各点排出水的质量和热量分别为m
si
(t)、q
si
(kj)，管网中疏水焓值认为固定为hs(kj/kg)；
12.(4)蒸汽管网中，由于疏水阀疏水时可能带出少量蒸汽、疏水阀旁路管线完全关闭困难等原因，蒸汽管网中可能存在多处为漏点或微漏点。设管网中存在n个漏汽点，各点损失的蒸汽质量和能量分别为m
qi
(t)、q
qi
(kj)；
13.(5)在选择的时间段内最终到达热用户处各点的蒸汽质量和能量分别为mi(t)、qi(kj)，用户处蒸汽的焓值为hi(kj/kg)，对应的饱和蒸汽焓值为h
bqi
(kj/kg)；
14.(6)在选择的时间段内最终到达热用户处，蒸汽可能到达饱和状态，因而带有部分水分。由于液态水在蒸汽中的体积占比非常小，目前常用的涡街式、孔板式蒸汽流量计都无法计出，也认为形成了能量损失和质量损失，到达用户的液态水的质量和热量也计入m
si
(t)、q
si
(kj)。
15.以质量守恒和能量守恒为基础，建立蒸汽输送过程方程。
16.进一步地，在实际工程中，一般热源出口和所有热用户入口处都有相关表计，可以监测温度、压力和流量，因此，有条件采用反平衡法，对蒸汽输配过程管网损耗情况进行研究。
17.蒸汽输配过程中，一段时间内热源出口质量累计值与用户用汽质量累计值总和的差值δm即管网的质量损失，称为质量管损或管损。一般而言，质量管损由疏水质量损失和漏汽质量损失两部分组成。
18.机组出口处为过饱和蒸汽，在管网传输过程中将不停对外散热。散热时将首先消耗蒸汽的过热部分热量；过热部分热量消耗完毕后蒸汽将进入饱和状态，此时继续传输和散热，消耗蒸汽的汽化潜热的同时，蒸汽将凝结成饱和水。
19.饱和水形成后必然在外排和内漏作用下形成损失。这是由于饱和水积累到一定程度、蒸汽流速较低或管网低点时，将通过自动疏水器进行外排；未被排出的饱和水到达用户处，由于饱和水体积比远小于蒸汽，蒸汽流量计都无法计量，相当于形成了内漏。
20.根据以上分析以及通过能量平衡方程推导，可以得出疏水质量损失的计算公式如下：
[0021][0022]
进一步地，管道的散热损失计算是较为经典的传热学问题。蒸汽以较高温度在管内流动，经过管壁金属、多层保温结构，在对流和辐射的共同作用下向环境传热，计算方法见式2。
[0023]q散
＝∑(πd
2i
liqi)
ꢀꢀ
(2)
[0024]
式中，d
2i
为各段管道的保温外径，单位m；li为各段不同管径和保温的管道长度，单位m；qi为各段不同管径和保温管道的单位面积散热损失，单位w/m2，qi计算公式见式3：
[0025][0026]
式中，t为管内蒸汽温度，单位k；ta为外界环境温度，单位k；d2为管道的保温外径，单位m；λ为保温材料的当量热导率，单位w/(m
·
k)；d1为金属管道的外径，单位m；α为绝热层外表面与周围空气的传热系数，单位w/(m2
·
k)，由辐射传热系数和对流传热系数两部分组成。α受环境温度、保温结构外表面材料黑度、保温结构外表面温度、环境风速等多方面因素影响，计算较为复杂，见式4～式8。
[0027]
α＝αr αcꢀꢀ
(4)
[0028]
式中：
[0029][0030]
无风时：
[0031]
有风且wd≤0.8m2/s时：
[0032]
有风且wd＞0.8m2/s时：
[0033]
式中，ε为表面材料黑度，ts为管内温度，单位k；ta为环境温度，单位k；w为环境风速，单位m/s。
[0034]
进一步地，漏汽质量损失可根据质量守恒求得，见式9，10：
[0035]mo-∑mi＝∑m
si
∑m
qi
ꢀꢀ
(9)
[0036]
σm
qi
＝δm-σm
si
ꢀꢀ
(10)
[0037]
根据解算结果，对蒸汽在管网输送过程的损耗的组成进行评价分析。
[0038]
(1)一段时间内漏汽质量损失与热源出口质量累计值的比值称为管网漏汽率，ηq＝σm
qi
/mo×
100％；当管网漏汽率大于1.0％时，管网漏汽情况不可忽略，需要加强管网巡检，对表计偏差、疏水阀排水带汽、疏水旁路阀泄漏、管网其他意外泄漏情况进行定期检查和改造；
[0039]
(2)根据国家标准gb/t 4272《设备计管道绝热技术通则要求》，当150℃＜t≤200℃时，qi应小于等于84w/m2；当200℃＜t≤250℃时，qi应小于等于147w/m2；当250℃＜t≤300℃时，qi应小于等于167w/m2；当管网的单位面积散热损失超出以上限值时，需检查管网保温状态，对老化、沉降、破损的区域进行改造，将普通管托改造为绝热管托，以降低管网散热损失。
[0040]
本发明的有益效果是：
[0041]
本发明可以通过建立物理模型，设立管网输配过程方程组求得管损的具体组成，有助于设计院对热源参数和管网保温材料和厚度的设计进行考量，能够在设计阶段计算出管网疏水和管损的指标；也有利于设计院和电厂对管网运行和管损情况进行诊断分析，了解蒸汽输配过程中疏水质量损失的症结点和影响因素，从而可以有针对性的采取措施降低损耗；也可以对管网单位面积散热损失与标准进行对比，以评价管网保温状态，从而为针对性地实施减耗措施提供依据；更进一步，本发明也提供了一种管网泄漏监控的方法，在极端情况发生意外管网loca时有利于热网运行人员及时发现和处理，从而提高管网安全运行水平。
[0042]
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0043]
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0044]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0045]
在附图中：
[0046]
图1是本发明中一种蒸汽供热管网管损计算方法的流程图；
[0047]
图2是本发明中蒸汽输配过程简化模型图。
具体实施方式
[0048]
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
[0049]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0050]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0051]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0052]
如图1所示，本发明通过分析蒸汽在管网的输配过程并建立简化模型，以质量守恒和能量守恒为基础，建立蒸汽输送过程方程；对方程进行简化和解算，得出蒸汽供热管网质量管损的计算公式；根据方程和解算结果，对蒸汽在管网输送过程的损耗的组成进行分析，从而为针对性地实施减耗措施提供依据。
[0053]
如图2所示，基于简化分析考虑，将热网抽象成一个长圆柱形容器，热源作为起始端，用户集中布置在末端，疏水和泄漏分布在长圆柱形容器中部，如图2所示。
[0054]
蒸汽的输配过程为：
[0055]
(1)持续供热时选择一段时间，热源出口累计供出质量和能量为mo(t)、qo(kj)的过热蒸汽进入蒸汽管网，过热蒸汽的焓值为ho(kj/kg)，出口压力下对应的饱和蒸汽焓值为h
bq
(kj/kg)；
[0056]
(2)在温差作用下，虽然已包覆保温，全蒸汽管网仍不停的向外界散发热量，时间段内引起的热量损失称为管网散热损失，记为q
散
(kj)；
[0057]
(3)在蒸汽管网的局部低点和末端，管网中将有少量蒸汽凝结成水，被自动疏水阀排出，此时将形成能量损失和质量损失。设管网中存在n个疏水点，各点排出水的质量和热量分别为m
si
(t)、q
si
(kj)，管网中疏水焓值认为固定为hs(kj/kg)；
[0058]
(4)蒸汽管网中，由于疏水阀疏水时可能带出少量蒸汽、疏水阀旁路管线完全关闭困难等原因，蒸汽管网中可能存在多处为漏点或微漏点。设管网中存在n个漏汽点，各点损失的蒸汽质量和能量分别为m
qi
(t)、q
qi
(kj)；
[0059]
(5)时间段内最终到达热用户处各点的蒸汽质量和能量分别为mi(t)、qi(kj)，用户处蒸汽的焓值为hi(kj/kg),对应的饱和蒸汽焓值为h
bqi
(kj/kg)；
[0060]
(6)时间段内最终到达热用户处，蒸汽可能到达饱和状态，因而带有部分水分。由于液态水在蒸汽中的体积占比非常小，目前常用的涡街式、孔板式蒸汽流量计都无法计出，也认为形成了能量损失和质量损失，到达用户的液态水的质量和热量也计入m
si
(t)、q
si
(kj)。根据能量平衡方程，可以得出疏水质量损失的计算公式如下：
[0061][0062]
其中，q
散
为管网散热损失kj，ho为过热蒸汽的焓值kj/kg，h
bq
为饱和蒸汽焓值，mo为过热蒸汽供出质量t，hi为用户处蒸汽的焓值kj/kg，h
bqi
为用户处饱和蒸汽焓值，hs为管网中疏水焓值。
[0063]
漏汽质量损失可根据质量守恒求得：
[0064]
σm
qi
＝δm-σm
si
。
[0065]
根据以上计算结果对管网运行和管损情况进行诊断分析，具体方法为：
[0066]
一段时间内漏汽质量损失与热源出口质量累计值的比值称为管网漏汽率，ηq＝σm
qi
/mo×
100％；当管网漏汽率大于1.0％时，管网漏汽情况不可忽略，需要加强管网巡检，对表计偏差、疏水阀排水带汽、疏水旁路阀泄漏、管网其他意外泄漏情况进行定期检查和改造；
[0067]
单位面积散热损失情况；根据国家标准gb/t 4272《设备计管道绝热技术通则要求》，当150℃＜t≤200℃时，qi应小于等于84w/m2；当200℃＜t≤250℃时，qi应小于等于147w/m2；当250℃＜t≤300℃时，qi应小于等于167w/m2；当管网的单位面积散热损失超出以上限值时，需检查管网保温状态，对老化、沉降、破损的区域进行改造，将普通管托改造为绝热管托，以降低管网散热损失。
[0068]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。