CN210440779U - 一种基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其包括：蒸汽主管道、位于蒸汽主管道外周的保温结构、一个或多个冷却短管、冷却短管的下端设置的盲板、第一支管、及凝结水管道，在保温结构的最外层保温层与次外层保温层之间设置有热量分布结构层，凝结水管道进入热量分布结构层穿行一段距离之后从蒸汽主管道保温结构引出。通过热量分布层将凝结水余热分布至主蒸汽管道的最外层保温层与次外层保温层的界面处，提高界面处温度，减少蒸汽管道的管道损失，本实用新型适用于市政蒸汽管网，尤其是长距离输送的蒸汽管网，可降低蒸汽管道的热损失增加蒸汽的输送距离，节省工程运行费用。

Description

一种基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道 保温管壳

技术领域

本实用新型涉及市政长输蒸汽管道的凝结水疏水的余热利用技术领域，具体是一种预制蒸汽管道保温管壳，尤其基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳。

背景技术

随着国家对环境问题的重视，全国各地的大气污染防治计划被陆续推出并逐年加码，燃煤蒸汽锅炉逐渐被取缔，而燃气锅炉、电锅炉生产蒸汽成本高，给企业生产成本造成较大压力，而价格较低的大型电厂蒸汽越来越被青睐，而大型电厂一般距离市区较远，长输蒸汽管道的建设逐年增多。

蒸汽在输送过程中存在较大的热损失，一般每公里温度降低8～10℃，压力降低0.08MPa 左右，管道损失成为蒸汽管道输送经济性的主要限制因素。同时由于热损失部分蒸汽凝结成水，随着距离的增大，凝结水集聚后可能造成水击的事故，所以蒸汽管道设计时每隔一段距离需设置一处疏水装置，一般疏水由于量小就地排至下水道。而凝结水温度一般为一个大气压下的饱和温度，约为100℃。这部分热量便白白浪费了。

蒸汽管道的热损失主要取决于蒸汽的温度，环境温度和保温结构的总热阻。单位长度管道的热损失见下式：

式中t—管道内介质温度，℃

t₀—环境温度，℃

∑R—管道供热介质到计算环境的总热阻，m·℃/W

由该式可知管道热损失与蒸汽温度和环境温度的温度差成正比，与管道保温结构的总热阻成反比。蒸汽温度由末端用户的使用需求所确定，而环境温度由项目的建设地点确定，因此传统蒸汽管道的保温设计主要通过增加保温结构的总热阻降低管道的热损失，即增加保温层的厚度，降低保温材料的传热系数和减少热桥等措施。

经过技术经济分析，通过增大管道保温结构的总热阻降低管道热损失的方式在供热半径 6公里以内时是经济可行的。如何通过降低蒸汽温度和环境温度的温度差降低管道热损失成为增大供热半径的考虑途径之一。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种预制蒸汽管道保温管壳，利用凝结水余热降低蒸汽管道温度和保温结构外侧局部环境温度的温度差，降低管道热损失。有效的节约了能源，提高系统的经济性。

具体而言，本实用新型提供一种预制蒸汽管道保温管壳，其包括：蒸汽主管道、位于蒸汽主管道外周的保温结构、用于积聚蒸汽管道产生的凝结水的从蒸汽主管道下方接出并延伸穿过保温结构的一个或多个冷却短管、冷却短管的下端设置的用于封堵冷却短管的盲板、冷却短管的下端或靠近下端处接出的一个用于启动疏水的第一支管、在第一支管的上方从冷却短管接出的用于稳定疏水的凝结水管道，在保温结构的最外层保温层与次外层保温层之间设置有热量分布结构层，凝结水管道进入热量分布结构层穿行一段距离之后从蒸汽主管道保温结构引出。

进一步地，保温结构包括多个(例如3-8个)保温层和在除了最外层保温层与次外层保温层以外的相邻保温层之间设置的多个反射层(例如1-6个，比保温层相应地少两个)。反射层可以使用耐高温铝箔玻纤布。

进一步地，在最外层保温层外可设置保护层。

进一步地，进入蒸汽主管道保温层之前的凝结水管道沿着凝结水的输送方向上依次设有第一阀门、Y型过滤器、疏水阀、第二阀门。第一支管上沿着疏水方向依次设有第三、第四阀门。

由于凝结水温度较高将散出大量热量，这部分热量再通过热量分布结构层将热量分布均匀，从而提高了最外层保温层与次外层保温结构界面处的温度，降低此界面温度与蒸汽温度的温度差，实现蒸汽管道高效的保温性能。

进一步地，热量分布结构层为两层，内层为石墨烯膜，外层为铝箔玻纤布，凝结水管道进入热量分布结构层的内层和外层之间，石墨烯膜可采用市购石墨烯材料，优选采用浙江大学高分子系高超教授团队制造出的一种新型石墨烯膜材料。具有导热系数高、红外辐射系数高、良好的化学稳定性和高柔性等优点。内层就是利用石墨烯的高导热性能，将凝结水的热量均匀地分布在管道周围。外层为铝箔玻纤布，铝箔玻纤布具有表面光滑平整、光反射率高、纵横向抗拉强度大、不透气、不透水和密封性能好的优点。铝箔玻纤布的高反射率性能可以有效降低石墨烯膜对外侧的红外辐射散热量，同时大的抗拉强度起到保护石墨烯膜的作用。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：

本实用新型在现有蒸汽管道保温结构中增加一层热量分布结构层，并将凝结水管道敷设在热量分布结构层内，形成一种新的保温管壳。在工程设计、施工程序基本不变的情况下充分利用凝结水的余热量，降低了系统的热损失达到节能降耗的目的，利用这种保温管壳可以在蒸汽参数不变情况下增大蒸汽管网的输送半径或在供热半径不变的情况下降低了热源处的蒸汽参数，从而降低热源和蒸汽管网的总投资。

附图说明

图1为本实用新型的结构断面图；

图2为本实用新型在长输蒸汽管道系统中的应用示意图。

具体实施方式

结合附图1和附图2对本实用新型在长输蒸汽管道中对凝结水余热利用进行进一步详细的说明。

请参阅图1、图2，本实用新型提供一种预制蒸汽管道保温管壳，其包括：蒸汽主管道1、位于蒸汽主管道外周的保温结构2、用于积聚蒸汽管道产生的凝结水的从蒸汽主管道下方接出并延伸穿过保温结构的一个或多个冷却短管3、冷却短管3的下端设置的用于封堵冷却短管的盲板6、冷却短管的下端或靠近下端处接出的一个用于启动疏水的第一支管7、在第一支管的上方从冷却短管接出的用于稳定疏水的凝结水管道8，在保温结构的最外层保温层与次外层保温层之间设置有热量分布结构层9，凝结水管道8进入热量分布结构层9穿行一段距离之后从蒸汽主管道保温结构2引出。

保温结构2可包括多个(例如3-8个)保温层和在除了最外层保温层与次外层保温层以外的相邻保温层之间设置的多个反射层(例如1-6个，比保温层相应地少两个)。反射层可以使用耐高温铝箔玻纤布。例如，如图1所示，在蒸汽主管道1外包括第一层保温层10、第二层保温层11、次外层保温层12和最外层保温层13，在最外层保温层13外可设置保护层，另外，在第一层保温层10与第二层保温层11之间设置第一反射层14，在第二层保温层11与次外层保温层12之间还设置第二反射层15、在次外层保温层12和最外层保温层13之间设置热量分布结构层9，第一反射层14、第二反射层15为耐高温铝箔玻纤布。各反射层的厚度一般是0.2mm，保温层根据温度不同可以采用憎水型硅酸铝针刺毯或耐高温离心玻璃棉，各保温层的厚度一般是50mm。保温层和在相邻保温层之间的反射层可以设置更多。

在最外层保温层外可优选设置保护层。保护层16一般为厚度0.5～0.75mm的彩钢板，彩钢板颜色与周围环境协调一致。

进入蒸汽主管道保温层2之前的凝结水管道8沿着凝结水的输送方向上可依次设有第一阀门V1、Y型过滤器4、疏水阀5、第二阀门V2。第一支管上沿着疏水方向可依次设有第三、第四(V3，V4)阀门。

热量分布结构层9为两层，内层为石墨烯膜，外层为铝箔玻纤布，总厚度一般不大于 0.5mm，凝结水管道进入热量分布结构层的内层和外层之间，石墨烯膜可采用市购石墨烯材料，优选采用浙江大学高分子系高超教授团队制造出的一种新型石墨烯膜材料。具有导热系数高、红外辐射系数高、良好的化学稳定性和高柔性等优点。内层就是利用石墨烯的高导热性能，将凝结水的热量均匀地分布在管道周围。外层为铝箔玻纤布，铝箔玻纤布具有表面光滑平整、光反射率高、纵横向抗拉强度大、不透气、不透水和密封性能好的优点。铝箔玻纤布的高反射率性能可以有效降低石墨烯膜对外侧的红外辐射散热量，同时大的抗拉强度起到保护石墨烯膜的作用。

一般地，输蒸汽主管道公称直径为DN100～DN600，冷却短管内径为主管道的三分之一到二分之一，冷却短管长度约为500mm，凝结水管道公称直径为DN25～DN50，材质一般为无缝钢管。

其中，蒸汽主管道1内的凝结水产生后积聚到冷却短管3内，在运行初始阶段即暖管时，阀门V1和阀门V2关闭，阀门V3和阀门V4开启，实现蒸汽管道的启动疏水；在实现稳定运行后，阀门V1和阀门V2开启，阀门V3和阀门V4关闭，切换到经常疏水模式，凝结水在冷却短管内的高度达到高度h₁后，经Y型过滤器4后由疏水阀5排至凝结水管道，凝结水管道在阀门2后进入到蒸汽主管道1的热量分布结构层内，凝结水管道和热量分布结构层在蒸汽管道保温层内的位置见图1，保温蒸汽管道结构断面图，热量分布结构层位于保温结构的最外层保温层和次外层保温层中间，此界面处设计温度可根据最外层保温层厚度进行调节，假定此处温度为T1，T1低于凝结水温度，凝结水温度在此处放热，由热量分布结构层将热量向整个管道周围分布，提高此界面处的温度，降低蒸汽温度和保温结构外侧局部环境温度的温度差，降低管道热损失。

Claims (7)

1.一种基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，其包括：蒸汽主管道、位于蒸汽主管道外周的保温结构、用于积聚蒸汽管道产生的凝结水的从蒸汽主管道下方接出并延伸穿过保温结构的一个或多个冷却短管、冷却短管的下端设置的用于封堵冷却短管的盲板、冷却短管的下端或靠近下端处接出的一个用于启动疏水的第一支管、在第一支管的上方从冷却短管接出的用于稳定疏水的凝结水管道，在保温结构的最外层保温层与次外层保温层之间设置有热量分布结构层，凝结水管道进入热量分布结构层穿行一段距离之后从蒸汽主管道保温结构引出。

2.根据权利要求1所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，保温结构包括多个保温层和在除了最外层保温层与次外层保温层以外的相邻保温层之间设置的多个反射层。

3.根据权利要求1所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，在最外层保温层外设置保护层。

4.根据权利要求1所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，进入蒸汽主管道保温层之前的凝结水管道沿着凝结水的输送方向上依次设有第一阀门、Y型过滤器、疏水阀、第二阀门。

5.根据权利要求1或4所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，第一支管上沿着疏水方向依次设有第三、第四阀门。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，热量分布结构层为两层，内层为石墨烯材料层，外层为铝箔玻纤布。

7.根据权利要求6所述的基于余热回收利用和石墨烯高导热性能的预制蒸汽管道保温管壳，其特征在于，凝结水管道进入热量分布结构层的内层与外层之间。

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