蒸汽和冷凝水系统说明材料-冷凝水的排除

换热器积水所造成的影响通常和一些特定的使用环境有关。 本章详细列出了换热器失流的征兆和影响。
为何会发生失流?
在了解失流之前，首先必须了解蒸汽是可以冷凝的介质，在冷凝时会放出大量的热量。在蒸汽冷凝的 过程中，其温度和压力都维持不便。
蒸汽和冷凝水系统手册
13.1.3
第13章 冷凝水的排除
换热器和失流 章节13.1
13.1.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第13章 冷凝水的排除
换热器和失流 章节13.1
蒸汽入口
控制阀节流以 满足负荷的减少
冷凝水回收管
蒸汽位于 换热器的 顶部
热空气从加热管顶 部流出
冷空气入口
提升/或背压
风道
冷凝水聚集在 换热器的底部
冷空气从加 热器底部流出
蒸汽疏水阀变冷甚至冰凉 图13.1.1 空气加热器失流现象 由于换热器选型时使用的安全系数以及换热器的尺寸都是事先定好的，因此换热器的换热器面积通常比 实际需要的换热器面积大得多。这样换热器的换热能力会大大提高。这同样意味着此换热器所需要的蒸汽压 力比正确选型的换热器所需的蒸汽压力低得多。导致换热器内蒸汽压力过低，无法将冷凝水通过疏水阀正常 排出。换热器内的蒸汽压力非常重要，因为它不仅会影响失流的发生，而且会反过来影响疏水阀的选型。 在进行疏水阀选型之前，首先必须评估换热器是否会有失流发生，如果有失流，到何种程度。如果没 有进行评估，换热器有可能会在部分工作时段甚至整个工作过程中都发生积水现象。当积水发生时，可能 操作人员或监察人员并不会立即发现，因为对于这个选型过大的换热器，其换热效果可能并没有什么降低。 但是对于换热器而言，除非设计用于积水状态，否则积水会导致短期和长期的危害。
基本的换热理论告诉我们，蒸汽的温度比二次侧流体的温度越高，则加热效率越高。可以通过改变一 次侧蒸汽的温度（即改变蒸汽压力）来改变换热器的加热量。
第13章 冷凝水的排除
换热器和失流 章节13.1
13.17 换热器和失流
蒸汽和冷凝水系统手册
13.1.1
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第13章 冷凝水的排除
换热器和失流 章节13.1
换热器和失流
前言
本章将讨论装备有以下设备并使用饱和蒸汽作为加热介质的换热器中冷凝水的排除问题： 换热器蒸汽供给管线上安装控制阀用于控制温度。 换热器使用疏水阀排除冷凝水 换热器一次侧称为“蒸汽空间”，蒸汽中冷凝水排除装置称为“疏水装置”。该“疏水装置”可以 是“蒸汽疏水阀”、“疏水阀泵”或“机械泵和疏水阀组合”。 换热器二次侧被加热流体的出口安装有温度感应器，不论负荷如何变化，控制阀通过开度的变化来调 节蒸汽流量（即调节蒸汽空间的压力），努力将被加热流体的出口温度控制在设定值。 蒸汽疏水阀后的冷凝水管道可能会有一定的提升，或冷凝水管道内有一定的压力，或者冷凝水直接排 向大气环境。本章将冷凝水管道内的压力称为“背压”。 大部分的换热器都是采用以上的控制方式，例如 管壳式换热器。 板式换热器。 风道中蒸汽加热盘管或盘管组。 制程设备、槽、缸等设备的加热管道或盘管。 简单起见，本章将以上装置统称为“热交换器”或“加热器”，将被加热流体所流通的通道称为换热 器的“二次侧”。 通常换热器的蒸汽空间内积水或者被冷凝水占据会导致换热器的换热性能下降。导致换热器内积水的 原因主要有以下两种： 使用了错误类型的疏水阀。 失流。
如果系统设计正确，这种控制方法的确具有一定的优点。换热器内的冷凝水在排放前会进一步地冷却， 这显著的降低了冷凝水管道内的二次蒸汽量，节能的同时提高冷凝水的回收效果。
这种控制方式的主要缺点是当负荷变化时，系统反应滞后，跟不上负荷的变化。
什么是失流?
失流是指换热器内蒸汽空间的压力等于或小于疏水阀后的总背压从而导致冷凝水无法从换热器内排除 的现象。
当选型正确时是不会发生积水和结冰现象的。
长期问题 如果疏水阀选型过小，但换热器选型偏大，通常选型过小的疏水阀不会立刻影响换热器的加热效果。 相反，表面上这个选型错误的疏水阀反而会提高冷凝水系统的性能。例如，安装于换热器后的热静力
式或固定排放孔式疏水阀会阻止冷凝水的排放，因此冷凝水的温度会变低。这会降低冷凝水管道内或集水 箱排放口处的二次蒸汽量。部分监察人员会认为这样很节能，并试图推广这种使用方式。不幸的是，情况 并不如它所表现的那样。事实上，让冷凝水过冷之后再进行排放意味着换热器具有一定的积水。冷凝水不 断的淹没蒸汽空间会造成换热器腐蚀。整个换热器的使用寿命降低，整个使用期内使用成本升高。
重要提示 有些温度控制系统允许换热器的蒸汽空间内有部分积水，在这些系统中，控制安装于冷凝水的出口端，
通过控制阀的阀位的变化来改变换热器内冷凝水水位。水位的变化使蒸汽与换热器壁面的接触面积发生变 化，从而改变换热器负荷，控制二次侧流体的出口温度。
对于这种系统，一定要注意换热器需要特别设计和制造，必须能够承受一定的积水。如果不是这样， 换热器内的积水会导致换热器效果下降并降低换热器的使用寿命。
主要有以下三种情况会导致换热器内的压力低于疏水阀后背压： 由于二次侧流体入口温度升高导致负荷的降低。 由于二次侧流体的流量降低导致负荷的降低。 由于设定温度的降低导致二次侧流体出口温度降低。 当负荷降低时，控制阀会关小降低蒸汽的压力，导致疏水阀前后没有足够的压差使冷凝水通过疏水阀 排放，从而导致蒸汽空间积水，如图13.1.1所示。
例如，大气压力下饱和蒸汽的温度为100℃，冷凝成水后仍旧是100℃，表压1 bar时，蒸汽的饱和温度 为120℃，冷凝成水后水温仍为120℃。在换热器内，蒸汽的压力有可能低于大气压力，例如，低于大气压 力0.5 bar的蒸汽，其饱和温度为82℃，同样，其冷凝后水温仍旧是82℃。饱和蒸汽压力和温度之间的关系 是确定的，并可以从蒸汽性质表中查得。
短期问题 如图13.1.1所示，选型过大的空气预热盘管安装了一个错误型式（或口径）的疏水阀。 在此例中，该盘管用于预热通过主蒸汽盘管的冷空气。尽管该预热盘管到达了其期望的热负荷，但由于
其选型偏大，盘管的下半部分会积满水。通过盘管的冷空气接近0℃（流速通常为3m/s），流过预热盘管时 很容易导致盘管内的积水结冰。这就需要维修或更换预热盘管，不仅麻烦而且造成额外的费用支出。