曾 鑫

(中煤科工清潔能源股份有限公司，北京 100013)

0 引 言

蒸汽熱網(wǎng)是集中供熱系統(tǒng)中連接熱源和用戶的紐帶，關(guān)系到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)安全和系統(tǒng)能源利用效率。從政策上來(lái)看，天津市人民政府印發(fā)的《天津市打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計(jì)劃(2018—2020年)》強(qiáng)調(diào):2020年底前，30萬(wàn)kW及以上熱電聯(lián)產(chǎn)電廠供熱半徑15公里范圍內(nèi)的燃煤鍋爐全部關(guān)停整合。山西省人民政府辦公廳印發(fā)的《山西省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)2020年決戰(zhàn)計(jì)劃》指出:優(yōu)先采取集中供熱方式，2020年采暖季前，全省特別是“1+30”區(qū)域關(guān)停整合30萬(wàn)kW及以上熱電聯(lián)產(chǎn)電廠供熱半徑15 km范圍內(nèi)的燃煤供熱鍋爐和落后燃煤小熱電。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，關(guān)停供熱鍋爐或小熱電后，用熱需求亟需集中供熱方式滿足。事實(shí)上，集中供熱已呈現(xiàn)集中化和大型化發(fā)展趨勢(shì)，具體體現(xiàn)在供熱覆蓋半徑逐漸擴(kuò)大。為滿足政策和現(xiàn)實(shí)需求，近十年以來(lái)，蒸汽供熱管道輸送技術(shù)發(fā)展迅速，其顯著特點(diǎn)是輸送距離由8 km～10 km提高至30 km以上[4]。輸送壓降由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的0.1 MPa/km，降低至0.02 MPa/km～0.03 MPa/km，溫降由傳統(tǒng)的15 ℃/km～20 ℃/km降低至5 ℃/km～7 ℃/km[5]。蒸汽熱網(wǎng)輸送技術(shù)指標(biāo)的提高和節(jié)能政策的日趨嚴(yán)格，勢(shì)必對(duì)蒸汽熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)提出更高的要求。蒸汽熱網(wǎng)一直是集中供熱系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，為進(jìn)一步降低壓降和溫降，提高蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和長(zhǎng)輸蒸汽熱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性，蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)無(wú)論是在設(shè)計(jì)理念上，還是在新材料新工藝方面均取得了較大進(jìn)步。

筆者的目的在于從新型保溫材料、保溫結(jié)構(gòu)、隔熱管托、蒸汽流速和熱補(bǔ)償方式選擇等方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行梳理和綜述，為蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)選型和后續(xù)發(fā)展進(jìn)一步的研究提供參考或借鑒。

1 保溫設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

蒸汽熱網(wǎng)保溫設(shè)計(jì)多基于經(jīng)濟(jì)厚度法或控制表面溫度法，一般難以滿足5 ℃/km～7 ℃/km溫降指標(biāo)要求，因此工程設(shè)計(jì)須采用控制溫降法。為控制溫降達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)投資最低的目的，選取合適的保溫材料并優(yōu)化保溫結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。

1.1 保溫材料

保溫材料的選擇在設(shè)計(jì)上應(yīng)重點(diǎn)考慮導(dǎo)熱系數(shù)小、密度較輕、性價(jià)比高、施工簡(jiǎn)便的材料。膨脹珍珠巖曾在蒸汽管道保溫領(lǐng)域占據(jù)較高使用比例，但目前行業(yè)內(nèi)已極少使用?，F(xiàn)階段蒸汽管道保溫常用的材料主要有傳統(tǒng)的保溫材料如巖棉、離心玻璃棉和硅酸鋁，新型保溫材料納米氣凝膠。保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)是保溫設(shè)計(jì)的核心參數(shù)之一，關(guān)系到保溫厚度、保溫性能和保溫投資等，因此精準(zhǔn)地了解材料的導(dǎo)熱系數(shù)是準(zhǔn)確合理開(kāi)展保溫設(shè)計(jì)的基本條件。上述4種保溫材料在平均溫度100 ℃～200 ℃下的導(dǎo)熱系數(shù)分布曲線如圖1所示。

圖1 4種保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的關(guān)系[6-7]Fig.1 Relationship between thermal conductivity and temperature of four insulation materials[6-7]

從圖1中的曲線走勢(shì)分析可知，導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而增大。從導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值來(lái)看，硅酸鋁導(dǎo)熱系數(shù)最大，其次是巖棉，然后是離心玻璃棉，納米氣凝膠最小。隨著溫度的升高，納米氣凝膠的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定、變化幅度較小，而巖棉、離心玻璃棉和硅酸鋁的導(dǎo)熱系數(shù)變化幅度相對(duì)較大。雖然納米氣凝膠較其他3種保溫材料在保溫性能上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但其市場(chǎng)價(jià)格較貴。例如，在滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)要求的前提下，納米氣凝膠現(xiàn)階段的市場(chǎng)價(jià)是離心玻璃棉的20倍以上。因此考慮到性價(jià)比因素，納米氣凝膠更適合用于對(duì)保溫空間或保溫厚度有嚴(yán)格要求的場(chǎng)景，也可以和傳統(tǒng)保溫材料復(fù)合使用并敷設(shè)于內(nèi)層。

密度是保溫設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮性能指標(biāo)之一，密度的大小直接影響保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和耐溫性。氣體的導(dǎo)熱系數(shù)一般較固體低，密度越輕的材料，其導(dǎo)熱系數(shù)越小。已有研究結(jié)果表明[8-10]，巖棉、離心玻璃棉、硅酸鋁和納米氣凝膠，在一定密度范圍內(nèi)，導(dǎo)熱系數(shù)隨著密度的減小，經(jīng)歷1個(gè)先減小后增大的過(guò)程。究其原因是因?yàn)槌藷醾鲗?dǎo)外，該變化過(guò)程保溫材料中的熱輻射和熱對(duì)流的影響增強(qiáng)了。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，巖棉、離心玻璃棉、硅酸鋁和納米氣凝膠均存在1個(gè)最佳的密度區(qū)間，此時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)最小，其中離心玻璃棉的密度為60 kg/m3～100 kg/m3保溫性能最佳[10]。耐高溫的保溫材料一般密度大，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)也大，而密度小的保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)也小。對(duì)于溫度較高的蒸汽熱網(wǎng)，比如設(shè)計(jì)溫度400 ℃時(shí)，如果全部選用耐高溫的保溫材料，勢(shì)必導(dǎo)致保溫厚度、載荷和整體投資增加。因此，對(duì)于溫度較高的蒸汽熱網(wǎng)，綜合考慮耐溫性、保溫性能和投資，推薦采用復(fù)合型保溫結(jié)構(gòu)，即內(nèi)層采用硅酸鋁或納米氣凝膠，外層選用離心玻璃棉，以達(dá)到保溫性能和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的設(shè)計(jì)初衷。

采用SPSS 17.0軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)量資料用（±s）表示，采用t檢驗(yàn)。（P＜0.05差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義）。

此外，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)認(rèn)為，離心玻璃棉因含有黏結(jié)劑，由于黏結(jié)劑耐溫差異從而導(dǎo)致其設(shè)計(jì)使用溫度有所不同。實(shí)際上，只要選用正規(guī)合格產(chǎn)品并在離心玻璃棉的推薦使用溫度(300 ℃～350 ℃)條件下應(yīng)用是沒(méi)有問(wèn)題的，關(guān)鍵還在于選擇合適的離心玻璃的纖維長(zhǎng)度和纖維直徑，以保證離心玻璃纖維相互盤(pán)織交錯(cuò)，并保持離心玻璃棉的幾何形狀[10]。綜合考慮價(jià)格和導(dǎo)熱系數(shù)，蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度<350 ℃時(shí)，離心玻璃棉更適合用于蒸汽熱網(wǎng)保溫。

1.2 保溫結(jié)構(gòu)

蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)行數(shù)年后，管道保溫層在重力、管道振動(dòng)和受潮等因素影響下會(huì)偏心沉降，使保溫層與管道外壁之間形成月牙形鏤空的空氣夾層。夾層內(nèi)伴隨著復(fù)雜的對(duì)流輻射傳熱機(jī)制，使保溫層的整體保溫性能惡化[11]。偏心沉降后的蒸汽保溫層呈現(xiàn)上薄下厚的特征，加之熱量升騰因素，導(dǎo)致保溫層頂部的溫度明顯高于其他區(qū)域。從保溫設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工角度，可以采取內(nèi)層分兩次捆扎施工、每層保溫層均用鋁箔玻纖布裹緊和保溫層頂部增設(shè)120°-150°披肩的方案，解決偏心下沉導(dǎo)致的散熱量增大問(wèn)題。蒸汽熱網(wǎng)保溫下沉示意如圖2所示。

圖2 蒸汽熱網(wǎng)保溫下沉Fig.2 Insulation subsidence of steam heating network

鋁箔玻纖布是鋁箔與玻璃纖維布在一定條件下通過(guò)膠水復(fù)合而成，其作用為裹緊保溫層，降低散熱損失，防止保溫材料受潮。鋁箔玻纖布可應(yīng)用于不同的溫度場(chǎng)合，按照耐溫性能可分為普通鋁箔玻纖布、耐中溫鋁箔玻纖布、耐高溫鋁箔玻纖布和耐超高溫鋁箔玻纖布，其耐溫性的區(qū)別主要體現(xiàn)在克重上，見(jiàn)表1。

表1 鋁箔玻纖布參數(shù)[12]Table 1 Parameters of aluminum foil glass fiber cloth

王士永[13]以實(shí)體模型和計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬對(duì)蒸汽管道保溫狀況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其研究結(jié)果表明，在保溫層中加鋁箔玻纖布可使管道散熱量減少約5%。鋁箔玻纖布對(duì)蒸汽管道保溫效果的加強(qiáng)具有一定的效果，隨著敷設(shè)層數(shù)的增加則效果有增大趨勢(shì)，但并非越多越好，還需充分考慮投資和現(xiàn)場(chǎng)施工難度。同硅酸鎂纖維氈相比，鋁箔玻纖布對(duì)增強(qiáng)高溫離心玻璃棉的效果更加明顯[14]。鋁箔氣泡復(fù)合材料作為1種隔熱性能優(yōu)良、防水、性價(jià)比高且具有三明治夾心結(jié)構(gòu)的新型保溫材料，應(yīng)用于蒸汽管道保溫具有一定優(yōu)勢(shì)[15]。保溫層分層敷設(shè)，層與層之間敷設(shè)鋁箔反射層，頂部增設(shè)披肩，可進(jìn)一步增加保溫效果，因此在蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中建議采用上述設(shè)計(jì)方案。

2 管托設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

管托是蒸汽熱網(wǎng)的重要附件之一，通常其散熱損失容易被設(shè)計(jì)人員忽視。普通管托的設(shè)計(jì)主要參考國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集，其特點(diǎn)是鋼制管托與管道外壁直接焊接或接觸，因鋼材導(dǎo)熱系數(shù)大，熱量通過(guò)管托的“熱橋”導(dǎo)熱，將通過(guò)立板、肋板和底板向環(huán)境散熱。普通管托的底板溫度較環(huán)境溫度高60 ℃以上，有的項(xiàng)目甚至超過(guò)80 ℃。因此普通管托的散熱損失量較大，據(jù)測(cè)定，管托散熱約占管道總熱損失的16%[16]。蒸汽熱網(wǎng)用的隔熱管托按用途劃分主要分為隔熱滑動(dòng)管托、隔熱導(dǎo)向管托和隔熱固定管托。隔熱管托采用了導(dǎo)熱系數(shù)較低，強(qiáng)度較好的硬質(zhì)隔熱材料作為隔熱層，隔熱層通過(guò)管夾緊固在管托中，起到承重和隔熱雙重作用。隔熱滑動(dòng)管托由隔熱部、支撐部和摩擦部組成，其中隔熱部包括上下卡箍、隔熱材料、螺栓組成，其主要功能是承受管道載荷的同時(shí)隔斷熱橋。隔熱導(dǎo)向管托除在管托底板兩側(cè)增加1堆導(dǎo)向板外，其余基本形式與滑動(dòng)管托一致。隔熱固定管托取消了摩擦部，增加了上下?lián)鯄K，進(jìn)而限制管道軸向位移。目前，滑動(dòng)管托底板溫度較環(huán)境溫度可控制在20 ℃以內(nèi)。隔熱管托示意圖如圖3所示。

圖3 隔熱管托示意圖Fig.3 Heat insulation pipe bracket schematic

對(duì)于隔熱滑動(dòng)管托和導(dǎo)向管托，為減小軸向推力以節(jié)省土建投資，管托底板同支架接觸面通常選擇摩擦系數(shù)較小的連接方式。不同的接觸方式摩擦系數(shù)差異較大，見(jiàn)表2。

表2 摩擦系數(shù)[17]Table 2 Coefficient of friction

目前蒸汽熱網(wǎng)管托的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)主要是采用不銹鋼(鏡面)薄板接觸或不銹鋼(鏡面)與聚四氟乙烯此兩種方式，和傳統(tǒng)的鋼與鋼滑動(dòng)接觸相比，管托位移滑動(dòng)所產(chǎn)生的推力至少可減少2/3。

張由素等[18]對(duì)硅酸鈣隔熱管托的力學(xué)性能和隔熱性能進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試和研究，并與傳統(tǒng)隔熱管托進(jìn)行了對(duì)比。測(cè)試結(jié)果表明，在相同隔熱層厚度和測(cè)試條件下，硅酸鈣隔熱管托力學(xué)性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)隔熱管托，節(jié)能效果達(dá)32.5%。最新的研究結(jié)果表明[19]，底板長(zhǎng)度對(duì)散熱量影響較大，因此進(jìn)一步降低管托散熱量的重點(diǎn)，在于保證熱位移量的前提下對(duì)底板長(zhǎng)度進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，以減少其長(zhǎng)度。隔熱管托的立板高度雖然對(duì)散熱量影響較小，但增加立板高度可以降低底板溫度。隨著國(guó)家節(jié)能政策、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)定等法規(guī)的貫徹落實(shí)力度深入，隔熱管托將在蒸汽熱網(wǎng)推廣，成為主要支架形式[20]。

3 壓降設(shè)計(jì)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的核心工作之一是科學(xué)、合理的選擇蒸汽管道規(guī)格，以確保輸送至熱用戶的蒸汽壓力滿足使用要求。從蒸汽熱網(wǎng)水利計(jì)算公式分析，影響壓降大小的主要因素有蒸汽流速選擇、管道的絕對(duì)粗糙度和局部阻力損失[21]。蒸汽熱網(wǎng)局部阻力損失的重點(diǎn)在于，綜合考慮投資最低的前提下，優(yōu)選最合理的熱補(bǔ)償方式。

3.1 蒸汽流速選擇和管道的絕對(duì)粗糙度

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，蒸汽允許流速應(yīng)符合表3的規(guī)定。規(guī)范規(guī)定的流速為蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中選取流速的上限。流速選取過(guò)高，則蒸汽在輸送過(guò)程中壓降過(guò)大，反之若流速選擇過(guò)低，蒸汽管道管徑較大，投資增加。此外，如果流速選取過(guò)高，還有可能出現(xiàn)管道振動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)手冊(cè)基于符合規(guī)范和滿足輸送經(jīng)濟(jì)性要求，給出了蒸汽管道的推薦流速(見(jiàn)表3)。需要進(jìn)一步指出的是，不同的設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的蒸汽流速會(huì)存在一定的差異，具體選取還需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)水力計(jì)算技術(shù)要求確定。

表3 蒸汽管道過(guò)熱蒸汽流速Table 3 The steam flow rate of superheated steam

從國(guó)內(nèi)蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算和項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，常規(guī)設(shè)計(jì)下的蒸汽熱網(wǎng)在設(shè)計(jì)流量下的壓降指標(biāo)為0.1 MPa/km。已有研究結(jié)果顯示，在長(zhǎng)距離輸送管道壓降要求下，考慮到蒸汽密度的變化，蒸汽的最優(yōu)流速遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦值，其中公稱直徑為0.10 m～0.20 m時(shí)，推薦的蒸汽流速為15 m/s～25 m/s，在公稱直徑大于0.20 m時(shí)，流速為25 m/s～35 m/s。

設(shè)計(jì)規(guī)范中蒸汽管道的絕對(duì)粗糙度取0.2 mm，針對(duì)壓降要求較高的長(zhǎng)距離輸送蒸汽管道，近年來(lái)采用低阻力的無(wú)縫鋼管，其絕對(duì)粗糙度范圍通常取0.02 mm～0.1 mm[23]，其對(duì)降低蒸汽管網(wǎng)壓力損失創(chuàng)造了良好的實(shí)施條件。從實(shí)際工程應(yīng)用來(lái)看[24-25]，蒸汽熱網(wǎng)管道采用無(wú)縫鋼管后，其真實(shí)的絕對(duì)粗糙度可以達(dá)到0.05 mm以下，再結(jié)合低阻力的熱補(bǔ)償方式，是可以滿足長(zhǎng)輸蒸汽熱網(wǎng)壓降工程設(shè)計(jì)要求。

3.2 熱補(bǔ)償現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

蒸汽管道在運(yùn)行過(guò)程中因熱膨脹而產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)(熱位移)。補(bǔ)償器是補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)進(jìn)而減小管道由于受熱產(chǎn)生的應(yīng)力，防止管道由于受熱產(chǎn)生的熱伸長(zhǎng)或應(yīng)力過(guò)大使得管道變形或破裂，保證供熱管網(wǎng)運(yùn)行安全可靠的裝置。補(bǔ)償器根據(jù)補(bǔ)償方式的不同可分為自然補(bǔ)償器、方形補(bǔ)償器、波紋管補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。不同補(bǔ)償器的特點(diǎn)見(jiàn)表4。

表4 蒸汽管網(wǎng)主要熱補(bǔ)償器特點(diǎn)[26]Table 4 Characteristics of main heat compensator in steam pipe network

基于投資低和局部阻力系數(shù)小原則，不難得出旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器是蒸汽管網(wǎng)熱補(bǔ)償?shù)氖走x。從國(guó)內(nèi)蒸汽熱網(wǎng)熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用案例來(lái)看，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償距離可達(dá)到500 m，可根據(jù)自然地形布置，布置方式靈活，特別適合蒸汽熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中，地形復(fù)雜、輸送距離長(zhǎng)、走向多變的項(xiàng)目。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器不產(chǎn)生內(nèi)壓推力(或稱盲板力)，其兩端的固定支架可以做得很小，進(jìn)一步節(jié)省土建投資。隨著加工技術(shù)的進(jìn)步，其密封性能較好，長(zhǎng)期運(yùn)行不需要維護(hù)，可提高管道運(yùn)行安全性。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器較為常見(jiàn)的布置方式為П型，布置如圖4所示。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器通過(guò)成對(duì)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)筒和懸臂L形成力偶，促使懸臂圍繞Z軸中心旋轉(zhuǎn)，以吸收力偶兩邊管道產(chǎn)生的熱膨脹。П型組合式旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器布置如圖4所示。

圖4 П型組合式旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器布置Fig.4 Layout of П type combined rotary compensator

當(dāng)選用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器時(shí)，需要選取旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的臂長(zhǎng)L值。L值與補(bǔ)償量直接相關(guān)，由補(bǔ)償角度反推而確定，對(duì)于力臂L的長(zhǎng)度，通常按表5數(shù)值選取，選定臂長(zhǎng)L后，進(jìn)一步核算臂長(zhǎng)能否滿足設(shè)計(jì)要求，以確保旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在管道中能達(dá)到設(shè)計(jì)的補(bǔ)償效果。

П型布置的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器高(H)計(jì)算如下：H=L+2×1.5DN。其中，L為旋轉(zhuǎn)筒長(zhǎng)，mm。

在特殊情況下可以采用1倍DN彎頭，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器高和旋轉(zhuǎn)筒長(zhǎng)的選用也可以參考表6。

表5 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器臂長(zhǎng)L推薦值[27]Table 5 Recommended arm length L of rotating compensator

表6 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器高和旋轉(zhuǎn)筒長(zhǎng)選用表[17]Table 6 Selection table of height and length of rotary compensator

綜上所述，基于長(zhǎng)輸蒸汽熱網(wǎng)壓降技術(shù)指標(biāo)要求和設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，降低蒸汽管道單位長(zhǎng)度壓降的主要方法有合理選擇最優(yōu)流速，采用絕對(duì)粗糙度相對(duì)較小的無(wú)縫鋼管和低阻力、補(bǔ)償量大、投資低、運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。

4 結(jié)論與展望

經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)優(yōu)化和工程實(shí)踐，集中供熱蒸汽熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)已取得了較大進(jìn)展。保溫材料經(jīng)歷了由膨脹珍珠巖到巖棉，再到離心玻璃棉、納米氣凝膠的發(fā)展過(guò)程；保溫結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了由圓形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變?yōu)楸貙娱g加設(shè)鋁箔玻纖布和頂部增加保溫披肩的橢圓形復(fù)核結(jié)構(gòu)變革。為進(jìn)一步降低蒸汽熱網(wǎng)輸送過(guò)程的溫降和壓降，隔熱管托和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器通過(guò)不斷改進(jìn)和優(yōu)化，已被廣泛使用。新材料、新工藝、新管道附件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，顯著提高了蒸汽熱網(wǎng)的節(jié)能效果，壓降由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的0.1 MPa/km降低至0.02 MPa/km～0.03 MPa/km，溫降由15 ℃/km～20 ℃/km降低至5 ℃/km～7 ℃/km?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著技術(shù)進(jìn)步和設(shè)計(jì)的精細(xì)化，壓降和溫降指標(biāo)還會(huì)進(jìn)一步降低。

盡管如此，蒸汽熱網(wǎng)在設(shè)計(jì)方面還存在不足或進(jìn)一步提升的空間，例如蒸汽熱網(wǎng)智慧化不夠、隔熱管托散熱量相對(duì)還是較高，新型保溫材料基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不足等，亟需持續(xù)研究，以發(fā)揮集中供熱蒸汽熱網(wǎng)特別是長(zhǎng)輸蒸汽熱網(wǎng)在節(jié)約能源方面的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)技術(shù)的普及。

(1)蒸汽熱網(wǎng)的日常維護(hù)和節(jié)能降耗管理工作相對(duì)復(fù)雜。如何通過(guò)熱網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、共享、分析和診斷，為熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估、能耗分析、節(jié)能優(yōu)化、蒸汽調(diào)度、操作指令下達(dá)和事故預(yù)警提供支持，該項(xiàng)工作非常有意義。建立熱網(wǎng)仿真模型，通過(guò)蒸汽熱網(wǎng)的蒸汽流量、壓力和溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的同時(shí)開(kāi)展數(shù)據(jù)分析和挖掘工作，提供熱網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化決策和故障預(yù)判，給出確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的最優(yōu)方案。在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)和能源“雙控”的要求下，節(jié)能降耗工作是必由之路，熱網(wǎng)智慧化是必然選擇。熱網(wǎng)智慧化將促使蒸汽熱網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理，從傳統(tǒng)的粗放型向精細(xì)化方向轉(zhuǎn)變。持續(xù)加強(qiáng)蒸汽熱網(wǎng)節(jié)能降耗工作，勢(shì)必成為供熱企業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力，也為熱網(wǎng)智慧化的快速發(fā)展提供了契機(jī)。因此，蒸汽熱網(wǎng)的智慧化是發(fā)展的重要方向，需要重點(diǎn)突破。

(2)隔熱管托雖然已取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，但其立板、肋板和底板的溫度遠(yuǎn)高于附近的蒸汽直管段，整體散熱量還是較高。需要不斷開(kāi)發(fā)新型低導(dǎo)熱系數(shù)保溫材料，進(jìn)一步優(yōu)化管托結(jié)構(gòu)，降低立板、肋板和底板的溫度。一體化成型的預(yù)制架空管托，可能會(huì)是1個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

(3)鋁箔玻纖布和鋁箔氣泡復(fù)合材料在保溫效果方面有效果且基本已成為行業(yè)共識(shí)，在設(shè)計(jì)手冊(cè)方面，國(guó)內(nèi)尚缺乏公開(kāi)的供設(shè)計(jì)使用的資料或依據(jù)。

(4)保溫管外護(hù)層多為鍍鋅鐵皮和彩鋼板，因材質(zhì)和施工過(guò)程難免破損防銹層原因，數(shù)年后難免銹蝕，導(dǎo)致雨水滲漏，加之低架空管道部分易被踩踏變形，最終影響保溫效果。目前，需要研發(fā)新型外護(hù)層材料，即需研制防銹蝕、回彈性好、顏色與環(huán)境協(xié)調(diào)的材料，例如UPVC即為重點(diǎn)研發(fā)方向之一。