长距离低能耗输送供热管网技术研究及应用

文_蔡卫宏 扬州供热有限公司

基于热电联产事业快速发展需求，立足生态环保战略下的长距离、低能耗输送供热管网技术应运而生。该技术强调应用复合保温结构、隔热管托、合适补偿方式和精确的水力计算等技术，以最大程度降低蒸汽输送温降、压降为宗旨，将输送供热管网距离提升到原来的3倍以上，温降减少到原来的1/2，压降减少到原来的1/50。

1 长距离、低能耗输送供热管网技术经济与环保价值

冬季供热阶段所产生的能源损耗与二氧化碳等污染物排放问题是目前节能减排等环境保护措施实施中的一大难题，但为保证国民在冬季拥有良好舒适的生活环境，供热环节必不可少，无法避免，基于此，如何调节供热与生态保护之间的矛盾关系是供热集团亟待考虑与解决的问题。其中提高能源使用高效率投入长距离、低能耗输送供热管网技术为关键性解决措施之一，在供热环节提高能源使用效率不仅可以有效控制能源损耗量，从而节约能源以及降低污染物排放量，还能够帮助供热单位实现成本管控。

2 长距离、低能耗输送供热管网技术的特点

①10km以内为输送供热管网原距离，而长距离、低能耗输送供热管网技术下的供热管网距离可延长至60km以上；②15℃/km为输送供热管网原温降值，而长距离、低能耗输送供热管网技术下的温降值可缩减至5℃以下；③0.1MPa/km为输送供热管网原压降值，而长距离、低能耗输送供热管网技术下的压降值可降低至0.02MPa/km以下；④热能损耗可降至原来的1/5；⑤供热成本可节省8%；⑥供热环节的安全系数大幅度上升。

3 长距离、低能耗输送供热管网技术构成

3.1 最适宜的热补偿方式

蒸汽管道热补偿形式分为两类：一类为利用管道走向改变的自然补偿；另一类为补偿器补偿。对于长距离输送供热管网，旋转补偿器布置灵活共有8种布置方式，热补偿量特别大最高可至1m，双边补偿距离可达几百米，进而减少固定墩数量，推力小从而在一定程度上能够降低固定墩推力，实现土建成本管控。与其他形式补偿器相比，极具优势，已成功在工程上运行十几年，有着广阔的市场前景和竞争力。

3.2 保温材料

硅酸铝针刺毯与高温玻璃棉是供热管网在实际使用中最主要且常用的保温材料，其中硅酸铝针刺毯根据不同参数划分为普通型、标准型、高纯型、高铝型和含锆型，依据蒸汽温度限值主要采用普通型，其具体参数为：适配温度1000℃以下、密度96～128kg/m3、导热系数0.09W/m·k(400℃）与0.176W/m·k(800℃)、抗压强度0.08～0.12Mpa，耐高温玻璃棉相关参数为：适配温度480℃、导热系数为0.037～0.07W/m·k、燃烧性能级别为不燃A级、纤维平均直径为5μm、热荷重收缩温度为500℃。在实际保温材料选择中应将蒸汽温度划分为3个档值：第1档为250℃以下、第2档为250～310℃、第3档位为310～350℃，针对第1档采用高温玻璃棉保温，针对第2档采用高温玻璃棉与硅酸铝针刺毯相结合进行保温，针对第3档采用硅酸铝针刺毯材料保温。

3.3 保温结构

利用硅酸铝针刺毯与高温玻璃棉对供热管网实施保温作用时可采取多层保温结构，从外至里保温结构分别为：彩钢板—抗对流层—多层复合保温层—供热管。

3.4 隔热管托

隔热管托采用了导热系数较低，强度较好的隔热瓦块做隔热层，管托在支撑面采取聚四氟乙烯与不锈钢滑动使管托位移滑动所产生的对管架推力减少2/3，聚四氟乙烯导热系数比钢小得多，也能减少了管托底部的导热性。采用隔热管托减少热损可达50%、减少管道摩擦力、减少管架推力、节省土建投资。

3.5 钢套钢地埋管

在供热管网实际铺设过程中经常会遇到河流与其它管网，为有效规避地下构件以及实现成本管控，可以在施工过程中采用钢套钢地埋管工艺，该工艺可以在不增加管网铺设工程环节下保证工程工期，并降低热能损耗，钢套钢地埋管从外至里结构层分别为：钢制外套管—空气层—多层复合保温层—供热芯管。

4 长距离、低能耗输送供热管网技术应用

4.1 工程概述

扬州供热有限公司于2016年4月在扬州威亨热电有限公司转型升级基础上成立，公司现有热用户180余家，供热管网全长100km，年供热量80万t。自实现集中供热以来，共拆除供热区域内的燃煤锅炉150多台，每年节约标准煤40万t以上。

扬州供热有限公司拟投资50956万元建设扬州市区东部及南部主干线热网工程项目，东部主干线约15km，管径DN800，最大负荷270t/h，南部主干线约16km，管径DN600，最大负荷130t/h。热源点为扬州第二发电有限责任有限公司和江苏华电扬州发电有限公司近期目标（至2020年）建设完成东部、南部主干线及其部分支干线，实现热用户安全保供，已建成供热片区实现热力管网互联互通，建成热网总长度达200km，蒸汽管输能力达到1200t/h。远期目标（至2030年）建设完成西部热网主支干线及东部、南部其它支线后基本实现扬州市区热力管网全覆盖，建成热网总长度达400km，蒸汽管输能力达到2000t/h。

4.2 技术应用

4.2.1 补偿器补偿方式

根据管道敷设方式采用自然补偿、旋转补偿器及波纹管补偿器补偿相结合。

架空蒸汽管道补偿选用目前较为先进可靠的耐高压自密封旋转补偿器，使用参数范围：压力为1.0～4.0MPa，温度为-60～420℃。该产品结构为双重密封，一是环面密封，密封面厚度不小于4cm；二是端面密封，端面密封面不小于2.5cm。端面密封材料为耐磨高强度不锈钢复合密封件，抗压强度≥50MPa。本工程采用公称压力 PN40的旋转补偿器。

埋地蒸汽管线补偿一般采用外压轴向型波纹管补偿器。本工程采用波纹管补偿器公称压力为PN40，波纹管材质为316L。波纹管安装时应注意：①波纹管补偿器出厂必须预拉伸，其安装必须严格按照制造厂提供的技术文件要求进行；②波纹管补偿器安装时，波纹管膨胀节上面标识的流向应与蒸汽流向一致；③波纹管膨胀节的耐压性能应通过水压试验进行检验。

本工程也尝试将旋转补偿器应用于埋地蒸汽管线补偿上。一种方式是采用预制直埋旋转补偿器集装箱模式进行全埋地；另一种方式是将旋转补偿器段伸出地面，并设置外护罩，并在外涂刷与环境相适应的色彩图案，达到与环境相容。

（1）保温材料选择

以本工程DN800地埋管（芯管φ820×14，钢套管φ1420×14，设计压力2.1MPa（G），设计温度330℃）为例的保温结构为（从外到里）：钢套管—空气层（约25mm）—长输低能耗普通反射层+50mm高温玻璃棉—长输低能耗耐中温反射层+50mm高温玻璃棉—长输低能耗耐中温反射层+40mm高温玻璃棉—长输低能耗耐中温反射层+40mm高温玻璃棉—长输低能耗耐高温反射层+40mm硅酸铝针刺毯—输低能耗耐超高温反射层+40mm硅酸铝针刺毯—供热芯管，管道保温共6层数，总厚度约为260mm。

在对管道进行保温施工时要严格按照保温设计施工说明实施，并着重注意以下几点：①做好防雨措施，从而防止保温材料潮湿，进而降低保温成效；②保温层纵、横缝同层需错开200mm，不同层需错开200mm，纵、横缝需切口搭接100mm，从而减少热量通过缝隙传导；③做好反射层包扎，在每一层保温材料之间均铺设反射层，反射层包扎时注意需将铝箔面朝内，增加热量反射效果。

（2）隔热管托

选择摩擦系数为0.08，摩擦推力为40%的滑动管托与导热系数为0.050W/m·k以下，上、下隔热瓦块厚度分别为70mm、140mm，以及导热系数为0.20W/m·k以下，压强为9MPa以上的聚四氟乙烯隔热板。

（3）穿桥洞钢套钢架空管

本工程蒸汽管道需下穿滨水路桥、福康路桥等多座桥洞，考虑洪水水位景响，大胆采用钢套钢低支墩架空敷设，并在外套管支墩位置设置抗浮管箍，外套管采用特加强级防腐后再涂刷不低于20μm厚高耐候聚酯（HDP）涂层，确保外套管防腐性能，为防止人为破坏，桥洞段管道周边设置了防护栏和警示标识。

5 结语

在国家供热节能政策不断深入与贯彻落实下，供热单位基于热电联产事业快速发展需求，为保证居民供暖和工业用热（冷）需求，立足生态可持续发展战略，投入使用长距离、低能耗输送供热管网技术，从而做到提高供热成效的同时，降低污染物排放量以及节省能源消耗，进而提高自身的发展进步。