一種高效節能安全供熱系統的製作方法

2023-11-09 18:02:12

本實用新型屬於熱能工程技術領域，涉及一種供熱系統，具體涉及一種集蒸汽梯級供熱及餘熱利用、節能複合保溫和蒸汽管道安全監測技術於一體的高效節能安全供熱系統。

背景技術：

目前在工業蒸汽利用技術領域，蒸汽及其冷凝水的熱利用率較低，該弊端出現的原因在於蒸汽提供壓力與用戶需求壓力的不匹配以及高溫高壓冷凝水餘熱的浪費，對該部分能量進行優化利用可以在源頭上減少蒸汽系統的能量損耗。

各高、中、低壓蒸汽通過管道輸送給熱用戶，在蒸汽管道輸送系統中，常用的保溫結構有軟質、硬質保溫結構兩種：軟質保溫結構存在著強度低的缺陷，受到外力的撞擊或擠壓時，很容易變形，從而影響保溫效果；而硬質保溫材料縫隙多、抗管道變形能力差，管道受熱伸長時保溫縫隙增大，保溫效果下降。

在蒸汽輸送系統中，特別是高壓蒸汽一旦發生洩漏，可能引發爆管，造成人員傷亡和經濟損失。管道洩漏監測技術可以實時監測管道的運行情況，對管道洩漏進行報警。目前國內已有的蒸汽管道洩漏監測技術，大多基於管道內壓力、流量等參數變化進行監測，管道洩漏後，壓力、流量等參數並不會在第一時間發生顯著變化，加之儀器儀表的靈敏度限制，使得這類監測技術反映較慢、定位精度差，無法滿足現代工業的需求。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有供熱系統存在熱利用率低、保溫效果差、監測難度大的問題，提供一種高效節能安全供熱系統，以及蒸汽輸送管道的實時監測技術。

本實用新型的技術方案是：

一種高效節能安全供熱系統，其特徵是它包括蒸汽梯級供熱及餘熱利用系統，蒸汽梯級供熱及餘熱利用系統之間通過管網連接，管網上包覆有管網新型複合保溫結構，在新型複合保溫結構內安裝有分布式光纖實時監測系統，以實時監測管網是否發生洩漏，並且判斷洩漏點的精確位置，縮短蒸汽管道的修復時間。

所述蒸汽梯級供熱及餘熱利用系統，包括高壓鍋爐、高壓用戶、高壓蓄熱罐、中壓鍋爐、中壓用戶、中壓蓄熱罐、低壓鍋爐、低壓用戶、除氧器、外部補水、冷凝水罐、高壓補水泵、中壓補水泵、低壓補水泵、1#減壓閥、2#減壓閥；所述高壓鍋爐、高壓用戶和高壓蓄熱罐組成系統高壓級；所述中壓鍋爐、中壓用戶和中壓蓄熱罐組成系統中壓級；所述低壓鍋爐和低壓用戶組成系統低壓級；所述高壓級與中壓級通過1#減壓閥相連；所述中壓級和低壓級通過2#減壓閥相連，以實現餘熱的梯級利用；所述低壓用戶排放的冷凝水經除氧器後與外部補水匯合進入冷凝水罐；所述冷凝水罐通過高壓補水泵、中壓補水泵和低壓補水泵分別為高壓鍋爐、中壓鍋爐和低壓鍋爐提供除鹽水。

所述管網新型複合保溫結構包裹在各壓力級蒸汽與用戶之間的輸送管道上，包括蒸汽管道本體，它至少由2層保溫層，至少1層反射層，軟質保溫密封墊、以及1層保護層組成；第一層保溫層直接包裹於蒸汽管道本體外部，處於最內一層，各保溫層之間錯縫搭接，軟質保溫密封墊沿環向布置在最外層保溫層橫斷面接縫處，第一反射層包裹於第一保溫層外部，各層反射層與保溫層相間包裹，所述保護層包裹於最外一層。

所述最內層保溫層為厚度40-60mm的憎水型超細玻璃棉；所述最外層保溫層為厚度25-35mm的預製聚氨酯管殼。

所述最外層保溫層為預製硬質保溫結構，由兩瓣對合的管殼組成，管殼之間採用「Z」型縫連接，接縫位置與管中心的連線與水平方向呈45°角，所述管殼為分段包裹。

所述聚氨酯的最高使用溫度≤130℃，密度為50kg/m3，常溫導熱係數為0.024W/(m·K)，氯離子含量≤30ppm。

所述軟質保溫密封墊設置在最外層保溫層橫斷面接縫處，具有伸縮彈性，寬度為450-550mm，厚度與第三層保溫層相同，每隔10～12m沿管道環向布置。

所述反射層為反射鋁，厚度≥10μm，反射率≥0.96；所述保護層為不小於0.5mm厚的彩鋼板或鋁皮。

所述分布式光纖實時監測系統包括測溫主機和傳感光纖兩部分；所述測溫主機由雷射器、波分復用器、光開關、雪崩二極體、數據採集卡和主機構成，以實現信號的發射、接收、濾波、放大和數據處理、分析和輸出；所述傳感光纖既是信號的傳輸通道，又是溫度傳感器；傳感光纖由兩條傳感光纖，使用雙路解調技術，以提高數據結果的可靠性。

所述傳感光纖布置在保溫層內，距離管道10～20釐米；布置光纖時，放置在11點鐘和5點鐘方位，便於監測對角線位置的溫度；在光纖外表塗有丙烯酸鹽、丙烯酸酯和聚合物塗層。

所述的高壓鍋爐與高壓用戶、中壓鍋爐與中壓用戶、低壓鍋爐與低壓用戶之間的蒸汽輸送管道採用新型複合保溫結構。所述的新型複合保溫結構包括：蒸汽管道本體、至少2層保溫層、至少1層反射層、軟質保溫密封墊和1層保護層。第一層保溫層直接包裹於蒸汽管道本體外部，處於最內一層，各層保溫層之間錯縫搭接；各層反射層與保溫層相間包裹，第一層反射層包裹於第一層保溫層外部；最外層保溫層為硬質結構；所述軟質保溫密封墊設置在硬質保溫結構橫斷面接縫處；所述的保護層包裹於最外部一層。

作為優選，所述蒸汽長輸管網新型保溫結構包括蒸汽管道本體、3層保溫層、3層反射層、軟質保溫密封墊和1層保護層。3層保溫層從內往外依次為第一保溫層、第二保溫層、第三保溫層；3層反射層從內往外依次為第一反射層、第二反射層、第三反射層；所述的第一保溫層包裹於蒸汽管道本體外部，處於最內一層，相鄰保溫層之間錯縫搭接；所述的第一反射層包裹於第一保溫層外部，各層反射層與保溫層相間包裹；所述的第三層保溫層為硬質保溫結構；所述的軟質保溫密封墊設置在硬質保溫結構橫斷面接縫處；所述的保護層包裹於第三反射層外部。

作為優選，所述憎水型玻璃棉氈最高使用溫度為420℃，常溫導熱係數為0.034W/(m·K)；所述聚氨酯使用溫度不超過130℃，容重為50kg/m3，常溫導熱係數為0.024W/(m·K)，氯離子含量≤30ppm。

進一步地，所述第三保溫層為預製硬質保溫結構，由兩瓣對合的管殼組成，兩瓣管殼之間採用「Z」型縫連接；所述「Z」型縫的位置與管中心的連線與水平方向呈45°角，以最大程度減少熱量從接縫處的散失。

進一步地，所述管殼為分段包裹，每段管殼的長度為1～2m，每兩段管殼之間的接縫採用現場澆注聚氨酯密封。

進一步地，所述軟質保溫密封墊設置在硬質保溫層橫斷面的接縫處，沿管道環向布置；

進一步地，每隔10～12m設置一環軟質保溫密封墊，所述軟質保溫密封墊寬度為500mm，厚度與硬質保溫層相同。

進一步地，所述軟質保溫密封墊具有伸縮彈性。

進一步地，所述第一反射層、第二反射層和第三反射層均為反射鋁。

作為優選，所述的反射鋁厚度≥10μm。

作為優選，所述的反射鋁雙面光滑，反射率大於0.96。

進一步地，所述第三保溫層與第三反射層共同作用，即可保溫，又可防水。

進一步地，所述的保護層為0.5mm厚的彩鋼板或鋁皮。

所述的分布式光纖實時監測系統工作過程：雷射器發出一個脈衝光，該光脈衝經過波分復用器耦合後進入傳感光纖，在傳感光纖中傳輸的光脈衝在各點發生拉曼散射後，產生低於入射光頻率的反斯託克斯光和高於入射光頻率的斯託克斯光，再經過傳感光纖到達光電探測器，由光電探測器轉換為電信號，並且經過放大後送入數據處理單元。

在上述過程中，實現對蒸汽管道洩漏點位置的定位方法：基於拉曼散射的分布式光纖測溫系統，在光線的輸入端注入一定功率的雷射脈衝，在傳輸過程中會發生背向散射，產生反斯託克斯光和斯託克斯光。反斯託克斯光強度對溫度的變化很敏感，將散射回來的散射光波經過接收、解調、信號處理後便可將溫度信號實時顯示出來，並且可以對發生洩漏的散射點進行定位。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型的蒸汽梯級供熱及餘熱利用系統採用各級鍋爐和蓄熱罐共同作用，實現對蒸汽的梯級利用及餘熱的進一步利用；各級蒸汽與用戶之間的蒸汽輸送管道採用新型複合保溫結構，其強度高、抗變形能力好、能夠有效減小沿程溫降，提高能源效益。分布式光纖實時監測系統可以實時監測管道是否發生洩漏，並且可以判斷洩漏點的精確位置，反應速度快、定位精度高，縮短蒸汽管道的修復時間。

附圖說明

圖1為本實用新型所述的蒸汽梯級供熱系統。

圖2為本實用新型所述的新型複合保溫結構示意圖。

圖3為本實用新型所述的新型複合保溫結構橫截面示意圖。

圖4為本實用新型所述的新型複合保溫結構縱向界面示意圖。

圖5為本實用新型所述的新型複合保溫結構聚氨酯管殼結構示意圖。

圖6為分布式光纖實時監測系統組成。

圖中：1、高壓鍋爐；2、高壓用戶；3、高壓蓄熱罐；4、中壓鍋爐；5、中壓用戶；6、中壓蓄熱罐；7、低壓鍋爐；8、低壓用戶；9、除氧器；10、外部補水；11、冷凝水管；12、高壓補水泵；13、中壓補水泵；14、低壓補水泵；15、1#減壓閥；16、2#減壓閥；17、蒸汽管道本體；18、第一保溫層；19、第二保溫層；20、第三保溫層；21、保護層；22a、第一反射層；22b、第二反射層；22c、第三反射層；23~24、管殼；25、軟質保溫密封墊。

具體實施方式

為了闡明本實用新型的技術方案及技術目的，以下結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步的介紹。

如圖1所示。

一種蒸汽梯級供熱節能系統，包括高壓鍋爐1、高壓用戶2、高壓蓄熱罐3、中壓鍋爐4、中壓用戶5、中壓蓄熱罐6、低壓鍋爐7、低壓用戶8、除氧器9、外部補水10、冷凝水罐11、高壓補水泵12、中壓補水泵13、低壓補水泵14、1#減壓閥15、2#減壓閥16。其特徵在於：所述高壓鍋爐1、高壓用戶2和高壓蓄熱罐3組成系統高壓級；所述中壓鍋爐4、中壓用戶5和中壓蓄熱罐6組成系統中壓級；所述低壓鍋爐7和低壓用戶8組成系統低壓級。

進一步地，所述系統高壓級與系統中壓級通過1#減壓閥15相連，所述系統中壓級和系統低壓級通過2#減壓閥16相連，以實現餘熱的梯級利用。

進一步地，所述低壓用戶8排放的冷凝水經除氧器9後與外部補水10匯合進入冷凝水罐11；所述冷凝水罐11通過高壓補水泵12、中壓補水泵13和低壓補水泵14分別為高壓鍋爐1、中壓鍋爐4和低壓鍋爐7提供除鹽水。

所述的高壓鍋爐與高壓用戶、中壓鍋爐與中壓用戶、低壓鍋爐與低壓用戶之間的蒸汽輸送管道採用新型複合保溫結構。

如圖2~圖4所述為本實用新型所述的新型複合保溫結構。本實用新型所述的新型複合保溫結構包括：蒸汽管道本體17、三層保溫層、三層反射層、軟質保溫密封墊25和一層保護層21。三層保溫層從內往外依次為第一保溫層18、第二保溫層19、第三保溫層20；三層反射層從內往外依次為第一反射層22a、第二反射層22b、第三層反射層22c；所述的第一保溫層18包裹於蒸汽管道本體17外部，處於最內一層，相鄰保溫層之間錯縫搭接；所述的第一反射層22a包裹於第一保溫層18外部，各層的反射層與保溫層相間包裹；所述的軟質保溫密封墊25設置在第三層保溫層20橫斷面接縫處；所述的保護層21包裹於第三反射層22c外部。具體結構由內向外依次為蒸汽管道本體17、第一保溫層18、第一反射層22a、第二保溫層19、第二反射層22b、第三保溫層20、軟質保溫密封墊25、第三反射層22c、保護層21。

所述的第一保溫層18和第二保溫層19均為厚度40-60mm（最佳為50）的憎水型超細玻璃棉，第三保溫層20為厚度25-35毫米（最佳為30mm）的預製聚氨酯管殼。憎水型超細玻璃棉氈的最高使用溫度為420℃，常溫導熱係數為0.034W/(m·K)；聚氨酯的使用溫度≤130℃，密度為50kg/m3，常溫導熱係數為0.024W/(m·K)，氯離子含量≤30ppm。

為避免現場發泡聚氨酯對內層軟質保溫結構造成擠壓，影響保溫效果，所述的第三層保溫層不可採用現場發泡的方式，而應採用預製管殼的形式。

所述的第三保溫層20為預製硬質保溫層，由兩瓣對合的管殼23、24組成，兩瓣管殼之間採用「Z」型縫連接，所述「Z」型縫的位置與管中心的連線與水平方向呈45°角，以最大程度減少熱量從接縫處的散失。所述管殼為分段包裹，每段管殼的長度為2m，每兩段管殼之間的接縫採用現場澆注聚氨酯密封。

所述的軟質保溫密封墊25設置在第三層保溫層20的橫斷面接縫處，沿管道環向布置。軟質保溫密封墊25具有伸縮彈性；

所述的軟質保溫密封墊25寬度為450-550毫米，最佳為500mm，厚度與第三層保溫層20相同；

所述的軟質保溫密封墊25的間隔為10～12m；

所述的第一反射層22a、第二反射層22b和第三反射層22c均為反射鋁，所述反射鋁的反射率為0.96，厚度10～20μm。

所述的第一反射層22a、第二反射層22b和第三反射層22c與包裹其內的保溫層通過高溫膠相互粘接。

所述第三保溫層4與第三反射層22c共同作用，即可保溫，又可防水。

所述保護層21材料為至少0.5mm厚的彩鋼板。

所述的分布式光纖實時監測系統，布置在新型複合保溫結構層內，以實時監測管道運行狀況。

圖6為分布式光纖蒸汽管道洩漏實時監測系統的組成圖，該監測系統包括：雷射器、波分復用器、光電探測器、信號採集卡以及傳感光纖。

其中在管道附近鋪設傳感光纖，光纖既是信號的傳輸通道，又是溫度傳感器，脈衝光在傳播過程中發生散射，散射光經過一系列的接收、濾波、放大過程，通過主機對信號進行處理，從而判斷出洩漏點位置，進行預警。

首先雷射器的同步脈衝控制單元將觸發脈衝送至雷射器，雷射器隨之發出一個脈衝光，該光脈衝經過波分復用器耦合後進入傳感光纖，在傳感光纖中傳輸的光脈衝在各點發生拉曼散射後，產生低於入射光頻率的反斯託克斯光和高於入射光頻率的斯託克斯光，再經過傳感光纖到達光電探測器，由光電探測器轉換為電信號，並且經過放大後送入數據處理單元。由於拉曼信號比較微弱，所以信號要經過多次平均和去噪後才能從噪聲中提取出背向拉曼散射信號。最後，經過處理、解調後的數據被送入計算機。因此，在雷射器發出光脈衝後，對背向拉曼散射光進行高速採樣，就能得到沿光纖軸向的溫度場分布，從而實現分布式溫度傳感。在光纖布置時，光纖放置在保溫層內，距離管道10～20釐米。布置光纖時，放置在管道的11點鐘和5點鐘方位，便於監測對角線不同位置的溫度。另外在光纖外表塗上丙烯酸鹽、丙烯酸酯、聚合物塗層，以保護光纖。

本實用新型的工作原理和工作過程為：高壓鍋爐1產生的高壓蒸汽供高壓用戶2使用，使用後產生的高壓冷凝水進入高壓蓄熱罐3，高壓蓄熱罐3中的高壓冷凝水經1#減壓閥15減壓後部分閃蒸成中壓蒸汽供中壓用戶5使用，閃蒸留下的中壓冷凝水進入中壓蓄熱罐6；中壓鍋爐4產生的中壓蒸汽供中壓用戶5使用，使用後產生的中壓冷凝水進入中壓蓄熱罐6，中壓蓄熱罐6中的中壓冷凝水經2#減壓閥16減壓後部分閃蒸成低壓蒸汽供低壓用戶8使用，閃蒸留下的低壓冷凝水經除氧器9後與外部補水10匯合進入冷凝水罐11；低壓鍋爐7產生的低壓蒸汽供低壓用戶8使用，使用後產生的低壓冷凝水經除氧器9後與外部補水10匯合進入冷凝水罐11；冷凝水罐11通過高壓補水泵12、中壓補水泵13和低壓補水泵14分別為高壓鍋爐1、中壓鍋爐4和低壓鍋爐7提供除鹽水。各級蒸汽與用戶之間的輸送管道採用新型複合保溫結構，各級鍋爐（高壓鍋爐1、中壓鍋爐4和低壓鍋爐7）和蓄熱罐（高壓蓄熱罐3和中壓蓄熱罐6）以及新型複合保溫結構共同作用，實現對蒸汽的梯級利用及冷凝水餘熱的進一步利用，減少能量損失，提高經濟效益。分布式光纖管道監測系統布置在新型複合保溫結構保溫層內，可以實時監測管道是否發生洩漏，並且可以判斷洩漏點的精確位置，反應速度快、定位精度高，縮短蒸汽管道的修復時間。

以上內容描述了本實用新型的基本原理、主要特徵及其優點。本行業技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，凡在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還有各種改進和變化，這些改進和變化均落入本實用新型的範圍內。

本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。