張葉龍

摘要：本文基于供熱蒸汽管道運(yùn)行系統(tǒng)并針對(duì)管道泄漏問題，通過分析城市蒸汽供熱管道安全性表明我國的蒸汽供熱系統(tǒng)還需進(jìn)一步加強(qiáng)。如利用自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)蒸汽壓力和凝結(jié)水狀況，從而預(yù)防水擊等事故的發(fā)生。在蒸汽供熱管網(wǎng)的運(yùn)行過程中，有關(guān)管道的安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及泄漏點(diǎn)的定位方面還有著很大的研究空間，值得進(jìn)一步去探索。

關(guān)鍵詞：蒸汽供熱管道;運(yùn)行安全;泄露點(diǎn)定位

1城市蒸汽供熱管道安全性分析

1.1蒸汽供熱管道運(yùn)行安全現(xiàn)狀

隨著供熱需求不斷增大，我國供熱管網(wǎng)的數(shù)量和規(guī)模逐年增長(zhǎng)。同時(shí)蒸汽管道等設(shè)備隨著使用時(shí)間的推移，運(yùn)行安全事故逐年增長(zhǎng)。蒸汽供熱管道一般埋于地下，在管道三通和法蘭接頭處由于常經(jīng)高溫高壓蒸汽的沖刷，所以易發(fā)生穿孔甚至泄漏等事故。熱電廠的大型鍋爐及一級(jí)管網(wǎng)中高溫高壓蒸汽一旦發(fā)生泄漏等事故，不僅影響到供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行還威脅附近人員的安全。

目前工業(yè)應(yīng)用中主要通過管道的壓降、溫降、熱損失率、泄漏率、保溫效果以及區(qū)域供熱系統(tǒng)整體自動(dòng)化調(diào)節(jié)水平等指標(biāo)來評(píng)價(jià)蒸汽管道的。而管道的保溫材料、焊接質(zhì)量、敷設(shè)質(zhì)量以及管道的支架等是否符合要求是國內(nèi)外規(guī)范對(duì)城市供熱管網(wǎng)的評(píng)價(jià)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1.2影響蒸汽供熱管道運(yùn)行安全因素

1.2.1管道腐蝕

管道腐蝕是影響蒸汽供熱管道安全運(yùn)行的主要因素。管道的腐蝕主要分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕兩種情況。內(nèi)腐蝕主要是由于蒸汽供熱管道運(yùn)行過程中，作為熱媒的蒸汽溫度高壓力大，對(duì)管路沖擊削薄。相較于其他熱媒介質(zhì)，蒸汽的電導(dǎo)率偏高，雜質(zhì)離子較多，因此管道易發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。外腐蝕是指管道金屬材質(zhì)與外部的環(huán)境比如土壤和大氣等腐蝕性介質(zhì)相接處引起的腐蝕。同時(shí)，由于管內(nèi)蒸汽熱媒的高溫特點(diǎn)使得外部水分加熱等因素引起水分在保溫層下聚集，從而造成高腐蝕性的腐蝕區(qū)域，對(duì)管道產(chǎn)生保溫層下腐蝕。針對(duì)蒸汽供熱管道的腐蝕問題，現(xiàn)有的防范主要是通過加強(qiáng)水質(zhì)管理和管道的沖洗以及設(shè)置防腐層等措施進(jìn)行。

1.2.2設(shè)計(jì)和管理不當(dāng)

設(shè)計(jì)和管理不當(dāng)也是造成蒸汽供熱管道運(yùn)行事故的主要原因之一。因蒸汽溫度高的特點(diǎn)產(chǎn)生的熱膨脹問題在蒸汽供熱管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不可忽略。故在設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)先計(jì)算對(duì)應(yīng)的管道熱膨脹量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)置對(duì)應(yīng)的膨脹補(bǔ)償方式。蒸汽供熱管道的熱膨脹補(bǔ)償一般分為自然補(bǔ)償和膨脹節(jié)補(bǔ)償。自然補(bǔ)償通常通過設(shè)置彎頭實(shí)現(xiàn)，膨脹節(jié)補(bǔ)償則需進(jìn)一步計(jì)算補(bǔ)償量。管道之間連接焊縫和管支架的布置也是設(shè)計(jì)管道的重要部分，設(shè)計(jì)前應(yīng)了解當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)工況，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和國家規(guī)范。

1.2.3水擊

蒸汽供熱管道相較于其它類型的供熱管道，具有沿程阻力小以及便于用戶端熱量和壓力調(diào)節(jié)等優(yōu)勢(shì)。但在用熱負(fù)荷過大的情況下易造成供熱失調(diào)的現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致蒸汽滯留在管道內(nèi)。在溫度低于該壓力下蒸汽的飽和溫度情況下蒸汽會(huì)發(fā)生冷凝。一旦疏水器不能及時(shí)排出過量的冷凝水，這將導(dǎo)致蒸汽供熱管道產(chǎn)生壓力波動(dòng)造成水擊現(xiàn)象，對(duì)蒸汽供熱管道的安全性能產(chǎn)生極大的威脅。

2蒸汽供熱管道泄漏點(diǎn)定位

蒸汽供熱管道的泄漏問題是影響城市蒸汽供熱管網(wǎng)安全運(yùn)行的主要因素。蒸汽發(fā)生泄漏不僅造成能源的巨大浪費(fèi)，還會(huì)影響民生工程以及對(duì)相關(guān)人員造成生命威脅。

2.1蒸汽供熱管道泄漏的主要原因

2.1.1自然因素

造成蒸汽供熱管道泄漏的主要原因之一是管道腐蝕，其主要是由于管道的運(yùn)行壓力較大，蒸汽在輸送過程中對(duì)管道進(jìn)行一定的沖擊，造成管道的損傷。此外蒸汽供熱管道一般埋于地下，而土壤酸堿度和含水率等情況都將一定程度上腐蝕管道。地震、大雪、暴雨等自然災(zāi)害不僅會(huì)影響蒸汽供熱管網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至還會(huì)導(dǎo)致管道泄漏。

2.1.2人為因素

管道的設(shè)計(jì)不合理會(huì)影響管網(wǎng)的正常運(yùn)行。針對(duì)施工方，管道的材質(zhì)以及施工質(zhì)量都是影響管道泄漏的主要因素。蒸汽供熱管道在使用期間，地表承載等問題會(huì)導(dǎo)致管道受力不均勻?qū)е缕茡p，進(jìn)而引發(fā)泄漏問題。

2.2管道泄漏相關(guān)的研究

由于腐蝕、磨損以及施工等因素的影響，蒸汽供熱管道的泄漏時(shí)有發(fā)生。目前國內(nèi)外學(xué)者主要采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，通過參數(shù)和結(jié)構(gòu)化的分析，得到蒸汽泄漏后沿定義路徑管道各處以及周邊土壤的溫度場(chǎng)或力場(chǎng)等，并根據(jù)對(duì)場(chǎng)的分布進(jìn)行分析進(jìn)而確定泄漏點(diǎn)的位置。

2.2.1管道泄漏相關(guān)模型的研究

根據(jù)泄漏孔徑（d）和管徑（D）的大小，國內(nèi)外專家學(xué)者提出3種典型的管道泄漏模型，其適用范圍如表1所示。小孔泄漏模型主要適用于由腐蝕（內(nèi)腐蝕、外腐蝕）等因素生成小孔，進(jìn)而導(dǎo)致管道泄漏的情形。對(duì)于第三方破壞引起的管道泄漏，其泄漏孔口既不是小孔又不是完全破裂，這就需管道-小孔泄漏模型進(jìn)行計(jì)算。管道模型的適用情形是當(dāng)管道中發(fā)生水擊等不利因素造成管道完全斷裂。

針對(duì)供熱管網(wǎng)泄漏問題，一些國內(nèi)外學(xué)者建立管道泄漏監(jiān)測(cè)模型。如雷翠紅基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立非線性模式識(shí)別模型，并對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明此模型適用于中小型泄漏，且效果明顯，但針對(duì)管道大尺度泄漏時(shí)精度仍有待提高。劉才等通過專家數(shù)據(jù)庫，利用仿真的方法建立管道實(shí)時(shí)傳輸模型，通過對(duì)其分析表明該模型適用于監(jiān)測(cè)中小尺度管道泄漏。此模型為通過數(shù)值模擬的方法定位泄漏點(diǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。

埋地?zé)崃艿佬孤┖?，距管道越近的土壤，越易受到影響，而距管道一定距離后，土壤的溫濕度幾乎不受影響。基于以上理論，一些國內(nèi)外學(xué)者提出熱力管道泄漏擴(kuò)散模型，如朱前、吳國忠等人在研究熱油管道泄漏擴(kuò)散過程中將半無限大的土壤區(qū)域簡(jiǎn)化為一個(gè)立方體狀的熱力影響區(qū)域，并建立物理模型，埋地?zé)崃艿缽较蚪孛嫒鐖D1所示。基于該模型，通過實(shí)驗(yàn)和模擬的方法來研究熱油泄漏擴(kuò)散后周邊土壤溫度以及濕度等特性的變化，進(jìn)而驗(yàn)證模型的正確性。同時(shí)劉國斌在該模型的基礎(chǔ)上，基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，通過研究分析埋地?zé)崴峁艿佬孤U(kuò)散的規(guī)律表明模型的正確性。熱力管道泄漏擴(kuò)散模型主要適用于以熱油和熱水為主的熱力管道，但蒸汽供熱管道泄漏擴(kuò)散后溫度場(chǎng)的分布與熱水管道及熱油管道泄漏后分布類似，且其都屬于熱力管道，因此該模型也為研究蒸汽供熱管道泄漏擴(kuò)散提供參考依據(jù)。

2.2.2管道泄漏實(shí)驗(yàn)及相關(guān)理論的研究

基于實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)管道泄漏等問題進(jìn)行了研究，并取得一定的成果，但大都針對(duì)燃?xì)夤艿蓝?，而關(guān)于熱力管道泄漏方面的研究較少。

趙龍燦通過數(shù)值模擬的方法對(duì)熱力管道泄漏擴(kuò)散進(jìn)行研究。結(jié)果表明管道泄漏后其周邊土壤的溫度以及磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，基于此，提出一種新型定位供熱管道漏點(diǎn)的方法即磁-溫梯度檢測(cè)法，并通過一系列的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，該方法操作較為簡(jiǎn)單具有一定的工程價(jià)值，但其適用性不強(qiáng)，只能檢測(cè)管道正上方的泄漏。

袁朝慶基于管道泄漏檢測(cè)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，通過實(shí)驗(yàn)以及理論分析等方法針對(duì)熱力管道泄漏進(jìn)行研究并通過工程實(shí)例為管道泄漏光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)管道泄漏提供了理論依據(jù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)束語

熱源、供熱管網(wǎng)以及熱用戶組成了集中供暖系統(tǒng)。我國蒸汽供熱系統(tǒng)因自動(dòng)化水平較低等緣故導(dǎo)致其運(yùn)行損耗較大和事故頻發(fā)。因此，城市蒸汽供熱管道應(yīng)從規(guī)范設(shè)計(jì)到運(yùn)行操作再到事故處理等各方面都需進(jìn)一步提高，同時(shí)快速準(zhǔn)確的定位蒸汽供熱管道泄漏點(diǎn)也極為重要。

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