冷凝水回收管道的布置

公共回收管
当各路的疏水汇集到收集点时，比如开式集水槽，需要使用一根连接各疏水阀的公共管道，参见图 7.2.6/7/8/10，管道口径完全按7.3节所述确定。 喷排式疏水阀 如果使用喷排式疏水阀，（热动力或倒吊桶式疏水阀）则产生的反作用力和速度都会很高，疏水阀之 后的管道和公共管以斜“T”形连接可减少该点的机械力和冲蚀(见图7.2.6)。
蒸汽
蒸汽主管
斜T 公共回收管 冷凝水
图7.2.6 斜“T”形连接
连续排放的疏水阀 如果由于某种原因，不能采用斜“T”形连接，可使用连续排放的浮球-热静力式疏水阀(见图7.2.7)，这样 满溢管可以更容易吸收来自疏水阀的连续能量。 如果蒸汽和冷凝水主管之间的压差较大，可使用消音器以缓冲流动的冲击，减少冲蚀和噪声。 另一个选择就是使用热静力式疏水阀，在低于饱和温度下排放冷凝水，这样可减少闪蒸蒸气(见图7.2.8)。 为 避免蒸汽主管积水，需在主管下部安装集水槽，外加2~3m的冷却段将冷凝水冷却到排放温度。 如果蒸汽主管有积水的危险则不应该使用热静力式疏水阀。
Q = m cp T
式中: Q m = 平均换热量 (kW)； = 平均二次侧流量 (kg /s)；
公式7.6.5
cp = 二次侧流体的比热容 (kJ/(kg·K))或 (kJ / (kg·℃)) 水为4.19； ∆T = 二次侧流体的温升 (K 或 ℃)。 ∆T为13℃。 Q = 0.0141 kg/s×4.19 kJ/kg℃×13℃ Q = 0.768 kW 这些热量在阀前冷凝水排放管中散失。 排水管中冷凝水的平均温度 = 144 + 131 2 = 137.5℃
蒸汽
蒸汽主管
空气加热器组
沿流动方向 具有一定的坡度 10 D
D
图7.2.3 蒸汽设备疏水的理想布置
冷凝水
间的排水管，可以水平布置，如果集水槽不够深，疏水阀应安装在集水槽下端一定距离处（见图7.2.4）。
D d
d2 集水槽
蒸汽主管
蒸汽
浮球 疏水阀 过滤器 双视镜
止回阀
冷凝水 蒸汽主管直径 D 100 mm以内 125 mm ~ 200 mm 250 mm以上 集水槽直径 d1 d1 = D d1 = 100 mm d1 = D/2
蒸汽和冷凝水系统手册
7.2.5
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
疏水阀排放管也应该略向下倾斜，如果是短管，肉眼要能看出倾斜，如果是长管倾斜度约为1:70，即 每7m下降100mm。
冷凝水 冷凝水 和二次 蒸汽
高压排水管 浮球式 疏水阀
止回阀
截止阀
低压排放管
图7.2.5 疏水阀后排放管道要输送冷凝水、闪蒸蒸汽和其他不凝性气体
7.2.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
消音器 冷凝水 冷凝水满溢管
冷凝水 蒸汽 蒸汽主管 浮球 - 热静力型疏水阀
图14.2.7 疏水阀后的冷凝水通过消音器排放至满溢的冷凝水管道
消音器 冷凝水 冷凝水满溢管
蒸汽
蒸汽主管
冷凝水 压力平衡式— 热静力式疏水阀
带冷却段的热静力疏水阀
蒸汽主管
ห้องสมุดไป่ตู้
蒸汽流向
至疏水阀的 排水管
疏水阀排放管
公共回收管 冷凝水流向 冷凝水管道类型 至疏水阀的排水管 疏水阀排放管 公共回收管 泵后回收管 冷凝水管道依据以下介质确定口径 冷凝水 闪蒸蒸汽 闪蒸蒸汽 冷凝水
图7.2.1 蒸汽主管的疏水进入公共回收管
至疏水阀的排水管
在这类管道中，冷凝水和不凝结性气体从用汽设备的出口排向疏水阀。如果排水管口径正确，设 备的压力和疏水阀内的压力相同，冷凝水不会闪蒸成蒸汽。冷凝水在重力作用下沿管道流动，所以疏 水阀应安装在设备出口的下端，疏水阀的排放管应在疏水阀的下端（2.10节中油罐加热盘管除外）。 疏水阀的形式（热动力、热静力和机械式）可能会影响管道的布置。 热静力式疏水阀 热静力式疏水阀排放的冷凝水温度低于饱和温度，这会使疏水阀前冷凝水管积水，甚至经常会使前端 设备积水。 在有些应用中低于饱和温度排水有很大的优势，这样疏水阀后的排放管中就会产生更少的闪蒸蒸汽。 冷凝水回收主管水流也比较平和。如果冷凝水直排大气，使用热静力式疏水阀可以比机械式疏水阀少浪费 热量，因为这样可以利用水中的部分显热，例如蒸汽管线伴热的应用。 除非有很长或足够大的冷却段，否则热静力式疏水阀不能用于蒸汽主管疏水或换热器疏水。而实际上 增加冷却段往往是不切实际的，如例7.2.1所示。
表7.10.3每米长度管道的公称表面积
公称公径(mm) 表面积 (m2/m)
15 0.067
20 0.085
25 0.106
32 0.134
40 0.152
50 0.189
65 0.239
80 0.279
100 0.358
15mm 管的表面积 = 0.067 m2/m 0.313 m2 因此，排水管长度为 = 0.067 m2/m 例 7.2.1排水管的最小长度为 = 4.7 m 这样的管道长度(4.7m)在现场应用中是不切实际的，有两种选择，一种就是增加管道直径，这是不切实 际；另一种就是安装合适的疏水阀，如浮球 - 热静力式疏水阀，它能在饱和温度排水，无需冷却段。 如果需要使用热静力式疏水阀，从加热器出口到热静力式疏水阀的管道一般不超过2m，因此需要计算 管道口径。管道上的散热损失不变，总散热面积也不变，但随管道口径增加每米长度的表面积可以增加。 0.313 m2 2m 需要的表面积/长度 = 0.157m2/m 需要的表面积/长度 = 根据7.10.3可以得出管道的最小口径为50mm，同样这也不切合实际。 简单而又便宜的方法就是选择正确的疏水阀，比起选择了错误的疏水阀，然后又采用了得不偿失的补 救措施要明智得多。 热动力式疏水阀 这种疏水阀是间歇性排放，关闭时积聚冷凝水。但这种疏水阀结构非常坚固结实，抗冰冻，热损失小。 这种疏水阀不适合排放冷凝水至满溢管内，在本章后面内容将会介绍。 机械式疏水阀 机械式疏水阀可连续排水，例如浮球-热静力式疏水阀，而且还可以排除空气，一般是最好的选择。 大多数浮球式疏水阀有两种基本流向布置，冷凝水经疏水阀水平或垂直流动。部分倒吊桶式疏水阀的进 口位于阀底部，而出口位于阀顶部。很明显，疏水阀的连接形式将会影响冷凝水管道的布置。 排水管道应尽可能短，不应长于2m。如果从设备到疏水阀的排水管道较长，将会充满蒸汽阻止冷凝 水到达疏水阀，这称为蒸汽汽锁。为避免出现这种情况，排水管越短越好（见图7.2.2），但是在有些场 合会不可避免的使用长的排水管，这时可以使用带破蒸汽汽锁装置的浮球式疏水阀。如果可能还是要尽量 选择合适的管道长度，避免汽锁发生。
图7.2.4 蒸汽主管疏水的理想布置
集水槽深度 d2 最小 d2 = 100 mm 最小 d2 = 150 mm 最小 d2 = D
疏水阀排放管
这些管道将输送冷凝水、不凝性气体和闪蒸蒸汽至冷凝水回收系统（见图7.2.5），当冷凝水由疏 水阀前的高压排至低压时，部分会闪蒸成闪蒸蒸汽（闪蒸蒸汽已在7.1节中简单讨论过，2.2节中也有叙 述）。
7.2.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
例 7.2.1
一个30 kW的空气加热器装有DN15的热静力式疏水阀，低于饱和温度13℃排放冷凝水，工作压力为 3 bar g，环境温度为15℃，阀前排水管的热量损失为20W/(m2·℃)。请确定疏水阀前15mm冷凝水排放管 的长度。 查水蒸汽表3 bar g: 饱和温度 疏水阀的排放温度 蒸发焓 (hfg) = 144℃ = 144 - 13℃ = 131℃ = 2 133.24 kJ/kg
图7.2.8 压力平衡式疏水阀前面要有冷却段
温控设备的疏水 — 通过疏水阀排至满溢管 温度控制的制程由于采用温度控制阀会对蒸汽产生节流作用，这样就有可能出现系统失流，冷凝 水停止流动，疏水阀无法进行疏水的现象，失流问题已在6章中详细解释过了。 当换热器内的蒸汽压力不足以推动冷凝水时就发生了失流。当设备的负荷变化很大时很容易出现失流 工况。 并不是所有的温控系统都会发生失流，但是冷凝水管道背压会影响疏水阀的疏水，反过来就会影 响制程的热量传递（见图7.2.9）。 所以冷凝水排放管应该像图7.2.10那样布置，这样冷凝水就不会充满整个管道。 提升导致公共回收 管成为满溢管并具 有一定背压 蒸汽 换热器 其它设备排放的冷凝水
管道表面的热量散失量可用公式7.5.3计算
Q = UA∆T
式中: Q = 单位时间内换热量（W(J/s)）； U = 换热系数（W/(m2·K)至W/(m2·℃)）； A = 换热面积（m2）； ∆T = 两种介质温差（K或℃）。 注: 如果∆T为平均温差 (∆TLM 或 ∆TAM)，则Q为平均换热量传递量 (QM) 公式7.5.3中∆T是冷凝水温度和环境温度的差值 = 137.5℃ - 15℃ = 122.5℃
图7.2.10 采用下降的公共管冷凝水可自由排放
其它设备排放的冷凝水
Slope 1:70
向下排放的公共回 收管可使冷凝自由 排放
不同压力下的冷凝水排放管
只要满足如下条件，来自多个温控设备的冷凝水可以接到同一根公共回收管道上。 设计上沿流动方向向收集点有一定的倾斜度； 口径选择合适，可满足满负荷时闪蒸蒸汽的需要。 连接来自不同压力下的疏水阀排放管到公共管上的理念有时会引起误解。 如果连接支管和公共管口径选择正确，每个疏水阀的下游压力实际上是一样的，但如果选型偏小，冷凝 水和闪蒸蒸汽的流动将会受到限制，增加的流动阻力形成额外的背压，进而疏水阀的疏水就会受到限制。 冷凝水管道系统的每一部分在确定口径时，都要考虑出现有一定流速的闪蒸蒸汽，高压疏水阀 的疏水不应该影响到低压疏水阀的疏水，所以管道口径要正确，沿流动方向有一定倾斜度，7.3节中冷 凝水回收管道的口径确定将进一步详述。
公式7.5.3
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7.2.3
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
Q = 0.768 kW U = 20 W/(m2·℃) 根据公式2.5.3: 0.768 x 103 W = 20 W/ m2 ℃ x A x 122.5℃ 所以, A= 0.313 m2
所需管道的每米的表面积可由表7.10.3查出。
可以根据公式7.8.1热负荷计算蒸汽的流量：
蒸汽流量 (kg/h) =
负荷 kW×3600 运行负荷下的hfg
公式7.8.1
热负荷 kW×3600 (s/h) 蒸汽流量 (kg/h) = 运行负荷下的hfg (kJ/kg) 蒸汽流量 (kg/h) = 30×3600 2133.24
蒸汽流量 (kg/h) = 50.6 kg/h (= 0.0141 kg/s) 由于疏水阀在131℃下排水，而换热器的出口为饱和水，需通过排放管向环境散发热量降温，这样才 不会使换热器积水，可通过下式7.6.5计算需要散失的热量。

图7.2.2 排水管要尽可能短

蒸汽和冷凝水系统手册
7.2.4
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
用汽设备和蒸汽主管的疏水管道布置不同，下面将详细说明。 用汽设备的出口至疏水阀的垂直管道长度一般为10倍的管道直径，如果疏水阀选型且安装正确，可避 免设备底部积水引发的腐蚀和水锤现象。同时也可以提供一个较小的静压头，在启动阶段蒸汽压力较低时
排放至满溢回收管 我们不建议把疏水阀连接至满溢回收管，尤其是在饱和温度附近喷排的疏水阀（热动力或倒吊桶式疏 水阀）。 满溢的冷凝水回收管，例如泵后的冷凝水管或有向上提升的冷凝水管，这些管道通常和蒸汽主管线平 行布置，因此很多时候错误地把主管疏水简单地接入这些管道。体积很大的闪蒸蒸汽进入到满溢管后，会 携带冷凝水沿管道快速前进，引发水锤现象和噪声，并导致管道机械故障。
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
7.2
冷凝水回收管道的布置
蒸汽和冷凝水系统手册
7.2.1
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
冷凝水回收管道的布置
冷凝水回收管道没有固定的模式，主要取决于工作压力、疏水阀的特性、冷凝水回收主管和设备的相 对位置、冷凝水回收管的压力，所以最好首先考虑好需要达到什么目的，然后再设计满足实际要求的最佳 布置方式。 主要目标是: 设备中不能积聚冷凝水，除非设备设计上允许这样，一般情况下设备设计是不允许积水的，如果积水 就会降低性能，腐蚀管道、配件和设备。 蒸汽主管中更不能允许积水，因为冷凝水在高速流动的蒸汽携带下会导致管道水锤现象。 根据其自然特性，冷凝水管道系统主要分成4种，这4种管道系统可见图7.2.1。
换热器的温度控制 可能导致排水管内 的压力降低 蒸汽疏水阀
满溢公共回收管
图7.2.9 温控设备的疏水排放至满溢管
蒸汽和冷凝水系统手册
7.2.7
第7 章 冷凝水回收
冷凝水回收管道的布置
章节7.2
破真空器 蒸汽 换热器 换热器的温度控制可 能导致排水管内压力 降低 蒸汽疏水阀 非满溢公共回收管 冷凝水向下排入开式水箱