一种架空蒸汽管滑动支座保温结构的优化方案

枚 军 李 静 王婧璇 赵晨宏

(太原智博热电工程设计有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

蒸汽供热系统，广泛地应用于工业厂房或工业区域[1]。随着蒸汽供热系统的发展，蒸汽管道的一些问题也日益凸显，如蒸汽管道的散热损失。蒸汽管道的散热损失直接影响到运行的稳定、安全以及费用投资等[2-7]。本文以山西某市工业园区架空蒸汽管网工程为例，针对架空管普通滑动支座弧形板处散热损失较大的问题，提出了一种架空蒸汽管滑动支座的新保温方式，阐述了其保温结构，计算分析了新保温结构滑动支座与普通滑动支座的散热损失，最后从施工成本和运行费用两方面，对两种滑动支座进行了技术经济分析。

以山西某市工业园区架空蒸汽管网工程为例，架空蒸汽管外直径为529 mm，蒸汽温度为210 ℃，压力1.5 MPa，该市的环境温度[8]为-6 ℃；采用的保温材料为离心玻璃棉，容重60 kg/m3，耐温不大于350 ℃，厚度170 mm，导热系数为0.038 8 W/(m·K)。该案例在实际运行中热伸长最大可达800 mm。

2 两种滑动支座的保温结构技术分析

图1为架空蒸汽管DN500滑动支座新保温结构安装立面图及横断面图。从图1可知，新保温结构滑动支座是将滑动支座和蒸汽管通过矩形钢结构的形式进行了整体保温。由图1可知高强度隔热板及之上的找平钢板、下层聚四氟乙烯板均通过固定肋板固定于土建混凝土墩的预埋钢板上；蒸汽管道与管道支座上的弧形板焊接连接，上层聚四氟乙烯板与管道支座下表面粘贴连接；最后将蒸汽管道和管道支座通过矩形钢结构进行整体保温。

图2为DN500蒸汽管普通滑动支座安装立面图及横断面图(L=850 mm)，参照《室外热力管道支座》[9]中的曲面槽滑动支座。由图2可知普通滑动支座是蒸汽管道与管道支座的弧形板焊接连接，而管道支座下粘贴聚四氟乙烯板；聚四氟乙烯板与土建混凝土墩的预埋钢板直接接触。蒸汽管道通过保温材料缠绕进行保温，但由于管道支座上的弧形板与蒸汽管道焊接，故与管道支座弧形板相连接的蒸汽管道需去掉保温。

保温结构的不同导致土建支墩也有相应区别。新保温结构滑动支架的土建支墩由400×400的混凝土支墩和400×1 100的土建混凝土支托两部分构成，而普通滑动支座的土建支墩为400×400的混凝土墩。考虑普通支座偏心安装时，其前进边缘(靠伸缩节的一方)与支撑板中心线相距50 mm[9]。由于最大热伸长为800 mm，因此反推得出支座实长为850 mm。

3 技术经济分析

通过从施工造价成本和运行费用两方面，探讨了DN500蒸汽管滑动支座新保温结构与普通滑动支座的技术经济。

3.1 施工造价成本

通过广联达计价软件对两种滑动支座的制作安装进行造价分析，见表1。由表1可知，新保温结构滑动支座施工总造价为6 635元，普通滑动支座施工总造价为2 379元。显而易见，在施工阶段普通滑动支座较新保温结构滑动支座省4 256元。

表1 架空蒸汽管新保温结构滑动支座与普通滑动支座的施工造价对比 元

3.2 运行费用

对于蒸汽管道，由于热量损耗造成的经济损失也是不可忽略的。因此我们需要计算架空蒸汽管新保温结构滑动支座与普通滑动支座的散热损失，继而通过散热损失得出蒸汽损耗，从而分析两种滑动支座所对应的经济损失。

3.2.1散热损失

由图1,图2可知，新保温结构滑动支座相较于普通滑动支座，是将滑动支座和蒸汽管道进行整体保温，滑动支座上的曲面槽与土建支墩预埋钢板的连接处，也采用了高密度隔热板进行保温，因此可将新保温结构滑动支座弧形板处所对应的蒸汽管道按采取保温措施计算。而普通滑动支座的弧形板处通过曲面槽(曲面槽下面粘接聚四氟乙烯板)与土建支墩预埋钢板接触，中间没有任何保温措施，故普通滑动支座弧形板处所对应的蒸汽管道按未采取任何保温措施计算。

结合本案例实际工程的运行参数，同时根据蒸汽管道绝热层表面散热量[10,11]的计算公式，计算得出表2。由于热媒到管内壁的热阻以及金属管壁的热阻相较于保温材料的热阻以及保温层外表面到空气的热阻数值很小，可忽略不计[1]。

(1)

q=πD1Q

(2)

式中：q——管道绝热表面每米长度的散热量，W/m；

Q——管道绝热层表面单位面积的散热量，W/m2；

To——管道或设备的外表面温度，本案例蒸汽温度210 ℃；

Ta——环境温度，本案例取-6 ℃；

D0——管道或设备外径，m；

D1——绝热层外径，m；

λ——平均温度下的导热系数，W/(m·K)；

as——保温结构表面放热系数，当无风速时，as可取为11.63 W/(m2·K)。

表2 架空蒸汽管两种滑动支座的相关参数及散热量

3.2.2散热损失所造成的蒸汽损耗

在本实际案例中，年运行时间7 200 h，蒸汽价格按150元/t计算，由图2可知普通滑动支座两端各有一个弧形板，且弧形板两端间距L=850 mm。考虑到滑动支座弧形板和蒸汽管周边的保温施工操作等因素，蒸汽管与弧形板连接处的实际散热量远大于弧形板弧度所对应的散热量；因此普通滑动支座弧形板的散热长度按弧形板两端间距850 mm计算，散热弧长按照蒸汽管表面的1/3周长来确定散热损失。以普通滑动支座为例，计算其散热损失所造成的蒸汽损耗。计算步骤如下：

1)滑动支座弧形板处每米的散热损失为：4 174.83/3=1 391.61 W/m。

2)根据滑动支座弧形板处每米的散热损失、弧形板散热长度以及年运行时间，得出普通滑动支座弧形板处年散热量为1 391.61×850×7 200×3 600=30 659.9 MJ。

3)根据焓湿图可知，T=210 ℃，P=1.5 MPa，H1=2 823.91 kJ/kg的过热蒸汽降温至T=100 ℃，P=1.5 MPa，H2=2 823.91 kJ/kg的冷凝水所损失的热量为2 823.91-420.15=2 403.76 kJ/kg。

4)弧形板处相对应的蒸汽损耗量30 659.9/2 403.76=12.8 t。

5)根据蒸汽价格150元/t，计算的滑动支架的经济损失为150×12.8=1 913元。

通过计算得出普通滑动支座弧形板处的年经济损失为1 913元，同理可得新保温结构滑动支座弧形板处的年经济损失为48元。由此可见，在运行阶段，新保温结构滑动支座比普通滑动支座年运行费用节省1 865元。结果见表3。

表3 滑动支座弧形板处蒸汽损耗量以及经济损失

3.3 结果讨论

通过分析DN500蒸汽管滑动支座新保温结构方案与普通滑动支座的施工造价成本和运行费用，见表4。由表4可知，在施工阶段，采用新保温结构滑动支座相对于普通滑动支座多投资4 256元，但在后期运行由于弧形板处散热损失导致的年蒸汽损耗可达1 865元/年。当采用新保温结构滑动支座运行时，两年半即可收回前期多投资的金额。同时普通滑动支座由于弧形板处的散热损失，在某种程度上也会影响后期运行工况的稳定。因此采用新保温结构滑动支座既能满足实际工程的稳定运行的要求，同时又能做到节能，节省运行费用。

表4 蒸汽管滑动支座新保温结构方案与普通滑动支座的技术经济分析

4 结语

本文主要以山西某市工业园区架空蒸汽管网工程为例，提出了一种滑动支座的新保温方式，阐述了其保温结构的构造，并相较于普通滑动支座，分析了新保温结构滑动支座的施工成本和运行费用，结果表明该新保温结构滑动支座既能满足实际工程的稳定运行要求，同时又能做到节能，节省运行费用。