化工园区蒸汽管网的运营与设计

杨晓燕

摘要：在城市化进程不断推进的背景下，石油、化工、医药等企业数量越来越多，为了合理利用土地资源，减少企业基础投资，目前普遍通过建立化工园区，由园区集中提供水、电、汽、气等能源，吸引相关企业入驻。化工园区内，蒸汽是各企业日常生产不可或缺的能源，在建立化工园区集中供热蒸汽管网的过程中需要考虑各企业的用汽量及用汽特点，合理敷设管网，同时还需要综合考虑管网建设中的环境保护、节能降耗和投资成本等问题。本文从蒸汽网的运营和设计入手，讨论项目的一些节能降耗措施，希望对化工园区蒸汽管网设计和运营研究带来帮助。

关键词：化工园区;蒸汽管网;管网设计

一、蒸汽网的设计

蒸汽网设计的关键在于确保整个园区用热的协调性、安全性和经济性，同时在蒸汽管道正常运营的基础上最大程度降低管网损耗，具体措施如下：

（一）热用户调研

在前期准备工作中需要调查分析热用户的用热规律。化工园区入驻了大量企业，各企业生产工艺及生产规模存在较大差异，各企业用热参数、热负荷需求量均不同，一些企业需要高温高压高品质蒸汽，一些企业低压蒸汽即可满足生产需求，一些企业对温度是刚性要求，一些企业对压力是刚性要求，一些企业全天连续生产，一些企业间断生产，还有一些企业用热负荷极不稳定，因此必须做好热用户的调研工作，了解企业的生产工艺，用汽特征，以此统筹规划园区蒸汽管网，保证管网运营的可靠性和经济性。

（二）蒸汽管网的设计原则

1管道布置

蒸汽管道的敷设一般遵循距离短、线路直的原则，热源尽量靠近负荷大的用户，科学合理地进行管道敷设。当前以地下敷设和地上架空敷设为主要形式，其中架空敷设要和周边建筑物保持协调，不宜架空的地段选择地下埋设。近年来我国蒸汽管道直埋敷设技术长足发展，应用广泛。

2管道组成件

蒸汽管道的组成件主要包括管道、阀门、管件、疏水装置、安全装置、计量装置等。蒸汽管道材质的选择主要与蒸汽的压力和温度有关，通常以焊接钢管和无缝钢管为主。管件的种类繁多，包括三通、弯头、大小头、接管座等。安全阀主要在管道超压时进行泄压保护，一般垂直安装，排放管与大气相连接。疏水阀可以及时排出管道内产生的凝结水，避免管道中因存在大量凝结水引起水击事故，设计时需要根据输水量和疏水压差合理选择疏水阀的型号及类别。在热源出口以及热用户入口位置一般均会安装流量装置，用于计量结算。

3蒸汽管道热补偿

化工园区内，蒸汽管道一般与其他物料管道一起，在化工园区管廊上进行敷设。蒸汽管道在通汽停汽时会出现热胀冷缩情况，为了保障蒸汽管道在热状态下自身的稳定性及周边管道、综合管廊的安全性，必须对蒸汽管道进行合理的热补偿。一般利用自然弯角进行热膨胀的自然补偿或者设置补偿器的方式，比如方形补偿器、波纹补偿器、套管式补偿器、旋转补偿器等，设计时需要根据管网的布置确定补偿器的形式与规格。现在热网多用自然补偿和旋转补偿器补偿、波纹管补偿器补偿相结合的方式。

二、管网设计中的节能降耗措施

某化工园区面积26平方公里，入驻企业主要从事石化产业配套设施的生产。近年来当地政府高度重视化工园区内节能减排的工作，为了提升综合热效率，园区内配备了集中供热抽汽机组，园区内蒸汽供热半径为15公里，对蒸汽管网设计建设和运行提出了较高要求。为此，园区蒸汽管网利用了长输蒸汽管网技术，建设节能高效的供热系统，项目设计过程中充分利用新工艺新材料，并结合化工区实际情况采取了如下措施：

（一）利用架空敷设方法

由于该化工园区地下水位较高，对埋地钢管的腐蚀较严重，埋地施工难度也较大，同时已建管廊上已预留蒸汽管道管位，因此主要选择架空方式，降低工程造价。

（二）采用双管、多管制

由于该化工园区为新建园区，热负荷发展速度慢，热负荷不确定性因素较大，而蒸汽管网的损耗与管网的流量、管径关系密切，管网管径过大会导致工程投资增加，散热损失加大;管径过小会导致管网压力损失增加。因此管网在设计时，根据热负荷达产的年限，采用双管、多管制，一次规划分步实施，先建设一根较小的管道满足近现期热负荷的需求，远期再根据热负荷的发展情况建设新的管道，一次来降低管道损耗。

（三）设置高效隔热管托

为了减小管道和支架出现热桥效应，蒸汽管道采用隔热管托。隔热管托在管道和钢性支架之间设置了硬质保温材料，隔热管道热损失仅为普通支架的1/5。

（四）旋转补偿器的利用

近年来旋转补偿器在长输蒸汽管网工程中利用广泛，旋转补偿器具有补偿量大、布置灵活等特征，一般每200～250米安装一组，每组补偿器段设置两个固定点。不考虑地形的影响，每200～250米直管段仅4～5个弯头，能够大大减少管网的压力损失，同时减小了固定支架的数量。

（五）高效保温材料的运用

为了保证长距离管网末端用户的用热参数，设计环节中高度重视保温材料的选择和保温层厚度的设置。该化工园区中DN400管道采用多层保温结构，总厚度160毫米，保温材料由里向外依次为硅酸铝针刺毯、高温玻璃棉，每层保温材料外层覆盖了铝箔玻纤布。考虑到蒸汽管道热量向上散发的特点，上表面温度高于下表面温度，因此在最外层保温层的顶部1/3处再加设一层保温层以降低上部管道外表面温度。

三、蒸汽管网的运营

为保证到户蒸汽质量合格，管网运行安全，园区应加强管网的运营统筹，加强安全管理，在降低运营成本的同时促进管网的良好运行，具体采取的措施如下：

（一）增加管网运营经济性

前期热用户数量较少时，管网热负荷小，損耗较大，运行维护成本并不低，整个管网的经济性较差。园区需对用汽企业合理规划选址，企业建设完成后加强协调，达到引汽条件时及时接入主管网，同时，管网设计时 “一次规划分期实施”，先建设一根管满足近期用户需求，预留远期负荷的管位，以此提高管网的经济性。

（二）蒸汽管网质量控制

质量控制蒸汽管网安全运营的关键，设计中合理选择管径，合理选择管道组合件型号，合理进行管道补偿，选用合适的防腐保温工艺;管网施工种高度重视质量控制工作，到场材料满足设计要求，施工方案合理，施工质量满足规范要求。

（三）蒸汽管网的日常维护

蒸汽管网日常维护主要针对管道、管托、阀门、流量计、补偿器，温压仪表等。在日常巡检和定期巡检中注重检查管道及附件是否出现渗漏、变形、位移、焊接、开裂、脱落等情况;检查补偿器的是否变形、补偿量不足;检查保温是否破损、搭接是否位移等。

四、针对小流量运行的方案调整

蒸汽管网初期用户较少，部分用户间断运行，管网流量变化较大，该工况不利于蒸汽管网的安全运行，为此管网在设计时考虑了以下措施：

（一）专线专供

对于离热源较近，负荷变化很大，间断运行的部分用户，考虑专线专供，以减少对母管的影响。

（二）提高蒸汽管网出口参数过热度

通过提高蒸汽出口的温度，提高蒸汽的过热度，保证到末端时，蒸汽仍然过热或者微过热，以减少冷凝水的产生。

管网小流量运行时，压力损失较小，但温度损失较大，蒸汽温度下降冷凝成水，通过疏水装置排出，造成了蒸汽管网的质量损失，同时排出的冷凝水温度仍然较高，烫死烫伤了周边植被，对周边造成了热污染，还易造成人身伤害。

（三）加强疏水

为确保管网的安全运行防止水击事故，蒸汽管网须及时排出冷凝水。

结束语：

综上所述，化工园区为顺应大型化、集约化的发展趋势，不断招商引资，化工园区目前是我国热用户高度集中、需求较大的区域，化工企业的发展离不开能源的利用，尤其是对蒸汽和热源的利用。因此，园区在供热管网建设运营的整个环节，为保证安全生产、合理降耗，需做好前期设计和运营期管理工作，通过多项举措降低损耗与运营成本，以此取得良好的经济效益。

参考文献：

[1]陈阳. 化工园区蒸汽管网设计与运营的探讨[J]. 能源与环境，2019，000（002）：24-25.

[2]张藜藜. 大型工业园区蒸汽系统的设计与实例分析[C]// 中国石油和化工勘察设计协会热工设计专业委员会，全国化工热工设計技术中心站年会. 2014.

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