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摘要：蒸汽系统是全厂用能耗大户，如果蒸汽管道的保温效果很差，不仅会造成巨大的散热损失，而且无法满足生产的工艺要求，影响企业的经济效益。此外，保温材料性能下降、保护层开裂以及保温材料防水性能差等不利因素均是管道散热超标的原因。基于此，本文主要对蒸汽管道保温技术优化进行了简要的分析，希望可以为相关工作人员提供一定的参考。
关键词：蒸汽管道；保温技术；优化研究
引言
为了有效节省热力管网的地面铺设空间，很多热力管道都采用地下直埋的方式。由于蒸汽直埋管道经常运输的是高温的蒸汽，如果不采用合理的保温措施，就会造成大量热能的白白流失。
1温降影响因素分析
在蒸汽初参数P1=1.0MPa、T1=250℃时，蒸汽温度和压力随输送距离变化的关系曲线如图1所示。由图1可以看出，随着蒸汽管道输送距离的增加，蒸汽温降和压降均呈下降趋势，由于管道内的压力降低，蒸汽温度变化直接受到压降变化的影响，相应的蒸汽温降幅度大于压降幅度。当输送距离L=6km时，蒸汽压力由1.0MPa降低至0.43MPa，每公里平均压降0.095MPa，温度由250℃降低至215℃。每公里平均温降5.83℃。在蒸汽初始压力分别为1.5MPa和2.5MPa时，随着蒸汽初始温度的增加，单位输送距离的温降增大；当蒸汽初始温度不变时，随蒸汽初始压力的增大，单位输送距离的温降增大。此外，随着蒸汽起始输送压力和温度的增加，单位输送距离的蒸汽压降和温降都会增大；蒸汽管内流速、保温材料、保温层厚度等对蒸汽压降和温降都有较大的影响。因此，长输蒸汽管道设计时，必须对蒸汽初始参数、管道管径、流速、保温材料和保温层厚度等进行优化设计，尽可能地降低蒸汽的输送压降和温降，满足蒸汽用户的同时尽可能地沿长管道输送距离。
图1蒸汽温度和压力随输送距离的变化曲线
2蒸汽管道保温设计
蒸汽伴管有硬质管壳和软质毡两大类保温材料，对应两种常见保温结构，即圆形保温结构和异形保温结构。选用硬质管壳作为保温材料时，被伴热管道外壁与保温层内壁构成较大保温空间，减少了热损失，如图3。要求保温层安装扎捆时，注意保持形状，防止阻塞加热空间，影响传热。软性保温层与被伴热管道构成的保温空间小，热损失大，工程实际中，一般采用在两者之间增加铁丝网的方法增大加热空间，如图4。
图3圆形保温结构图4异形保温结构
3蒸汽管道保温层材料的选择
1）在内壁温度的作用下，绝热材料不应分解或变质。2）防腐材料通常位于管道的外壁，因此它应该具有一定的耐腐蚀性，但也应该具有一定的防水性能，能够抵抗地下水的侵蚀。3）为了保证绝热结构在土压力和地面荷载共同作用下不被破坏，必须有一定的抗压强度。4）由于蒸汽管道的温度变化很大，管道的热变形较大，这就要求绝热材料可以与钢管一起膨胀而不会损坏。在当前的地下直埋管道工程中，常采用岩棉、泡沫塑料和微孔硅酸钙复合保温层、泡沫塑料保温层和疏水珍珠岩保温层，其中微孔硅酸盐复合保温的成本较高。层是最高的，最常用于“管中管”的绝缘结构。
由于这些材料都比较软，这些材料在运输和吊装过程中，极易出现悬吊现象，使得这些材料粉碎平整，影响其保温效果，因此可以采用在保温结构中进行支撑施工的方法来解决。这个问题。在使用岩棉或玻璃棉时，应特别注意粘结剂的使用，这是因为蒸汽管道的温度一般都很高，如果粘结剂选择不当，容易引起粘结剂的汽化，进而产生“烟”现象，所以如果设计不当。埋地管道的温度大于260摄氏度，应选择岩棉毡。或者是硅胶的棉花壳。如果管道的工作温度超过250℃，保温泡沫塑料应选用耐高温脲酸酯，其厚度不宜太厚，一般应为27毫米。在埋地管道实际通风之前，管道内的水蒸气必须及时排出，如果不排出，在高温下容易爆裂。
过热炉出口蒸汽至中间再热器入口蒸汽管道设计温度高达880℃，管道材料的选择上优先考虑美国Inco公司开发的具有良好的高温性能和耐腐蚀性能的固溶态高强度奥氏体镍-铁-铬合金，其具有熔点低、导热系数低等特点，且线膨胀系数介于奥氏体不锈钢和碳素钢之间。Incoloy800HT相比Incoloy800H有更好的高温性能，工作温度低于593℃时两者的许用应力值相同，工作温度超过593℃时，Incoloy800HT具有更好的耐氧化性能和高温抗蠕变性能，在长期高温应用中的稳定性更高，是理想的高温设备及管道材料，因此本次管道材料选用Incoloy800HT，其抗拉强度σb≥450MPa；屈服强度σa2≥170MPa，延伸率σs≥30%，需要注意的是需对成品进行固溶化热处理，以得到该温度范围最佳性能的晶粒度，并对焊缝进行100%射线检验。
4蒸汽管道保温层结构的选择
保温结构的选择和设计关系到管道保温效果、投资费用、使用年限等问题。通常保温结构要满足：在标准热损失允许的范围内，保温层越薄越好；保温结构需有足够的机械强度；有较好的憎水性能和防腐蚀性能；施工操作简单，维护检修方便。
保温材料有硬质保温材料和软质保温材料之分，硬质保温材料如微孔硅酸钙等；软质保温材料如硅酸铝针刺毯、岩棉缝毡等。通过合理设置并优化保温层结构，扬长避短，可以充分发挥硬、软质保温材料的优点。
根据硬、软质保温材料的优缺点，设计了蒸汽管道复合保温结构，管道公称直径为400mm，管内蒸汽温度为450℃。保温层最内层采用1层10mm的气凝胶毡，内保温层起到降低温度，缓解管道自身振动的作用；中间采用了2层50mm的微孔硅酸钙，能很好地防止保温结构沉降；外层采用了1层50mm的硅酸铝针刺毯，能缓解外界压力对微孔硅酸钙的侵袭；对于水平管道在保温结构的顶部约1/5～1/4周长部分增加1层40mm的岩棉毡，能有效地减少顶部的热量损失。
此外，每种保温材料根据性质不同价格也不相同。耐温性好、强度高、导热系数低的导热材料价格较贵。因此合理选择保温结构，一方面可以降低保温工程费用；另一方面可以充分发挥保温材料的性能。
5蒸汽管道保温层厚度的研究
保温层厚度按计算方法的不同分为经济厚度、允许热（冷）损失下保温厚度和防烫伤（结露）厚度等多种。在没有特殊要求的情况下，应采用经济厚度计算方法。只有在经济厚度无法达到工艺要求时，才考虑采用其他方法确定保温层厚度。经济厚度是指管道或设备采用保温层后，年散热损失费用与保温投资费用的年分摊费用总和最小时的保温层厚度。保温层厚度不够，散热损失就增大，造成热能损耗；若保温层厚度增加，可以减少散热损失，但是却增加了保温工程的投资费用。确定经济厚度不仅需考虑传热影响因素，还需要考虑保温材料价格、气象条件、热能价格以及贷款利率等因素。因此，在管道保温的设计和施工过程中，保证蒸汽管道的保温厚度能够达到设计的经济厚度要求，才能有效减少散热损失。
结束语
总而言之，蒸汽管道保温效果的好坏，对蒸汽系统运行的经济性影响巨大，在蒸汽管道的设计施工中应根据各地区的气候、材料的性能、保温效果等方面综合考虑，合理选择保温层材料、结构及厚度。
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