蒸汽和冷凝水系统手册-第5章基础控制理论
00蒸汽和冷凝水系统手册目录
目录一、介绍二、蒸汽工程和传热三、锅炉房四、流量计量五、基本控制理论六、控制硬件：电动/气动自动驱动装置七、控制硬件：自作用控制八、控制应用九、安全阀十、蒸汽分配十一、蒸汽疏水十二、管道附件十三、冷凝水排除十四、冷凝水回收十五、减温1. 介绍介绍了蒸汽作为有用的和强有力的能源，论述了蒸汽的多方面应用和好处，和蒸汽的产生和分配到为终端用户获得最大的性能和经济利益。
1.1 蒸汽-能量流体1.2 蒸汽和组织1.3 蒸汽和冷凝水循环2. 蒸汽工程和传热讲述了不同类型的蒸汽特性，热传递的基本原理和怎样为制程应用计算蒸汽耗量。
简单介绍熵，这个消除应用中不必要的麻烦经常联系到的主题。
2.1 工程单位2.2 什么是蒸汽？2.3 过热蒸汽2.4 蒸汽品质2.5 传热2.6 估计蒸汽耗用的方法2.7 蒸汽用量的测量2.8 额定热功率2.9 罐体的能量消耗2.10 盘管和夹套加热2.11 蒸汽喷射加热的槽或罐2.12 管道和蒸汽加热器的蒸汽耗量计算2.13 换热器的蒸汽耗量2.14 工程设备的蒸汽耗量2.15 熵-基本理解2.16 熵-及其实际应用3. 锅炉房讲述了各种的燃料和类型的锅炉，怎样在蒸汽工厂这个重要部分里取得最好的效果。
考虑到了所有与锅炉有关的必要设备，包括基本的除氧器和蓄热器。
3.1 绪论3.2 锅壳式锅炉3.3 水管锅炉3.4 各种锅炉型式、省煤器和过热器3.5 锅炉额定蒸发量3.6 锅炉效率和燃烧3.7 锅炉附件和装备3.8 锅炉联箱和输出3.9 水处理、储存和蒸汽锅炉排污3.10 锅炉用水3.11 给水箱和给水调节3.12 控制炉水中的TDS3.13 从锅炉排污中回收热量（仅用于TDS控制）3.14 底部排污3.15 蒸汽锅炉的水位3.16 蒸汽锅炉水位探测方法3.17 自动水位控制系统3.18 水位报警3.19 水位控制装置的安装3.20 锅炉房里的测试要求3.21 压力除氧器3.22 蒸汽蓄热器4. 流量计量介绍了流体特性和流动理论（包括伯努力方程和雷诺数），提供了基本测量理论和测量技术，论述了不同的测量类型、仪表和安装。
斯派萨克冷凝水系统手册
从闪蒸蒸汽及其冷凝水回收能量，排污中有87%能量被回收利用。另外， 还回收了14% (质量) 的水， 为节约做进一步贡献。
排空气阀 闪蒸蒸汽 冷凝水回收 压力表 锅炉排污 闪蒸罐
破真空器 大气式除氧头 冷水贮存箱 冷态补给水
锅炉回水箱 冷 热
温控开关
循环水泵
换热器
排水道
图3.13.4 加热冷水箱的补给水（给水箱没有显示水位控制）
锅炉汽和冷凝水系统手册
3.13.3
第3章
锅炉房
从锅炉排污中回收热量(仅用于TDS控制) 章节3.13
回收利用闪蒸蒸汽 闪蒸蒸汽可以通过闪蒸罐(如图3.13.1所示)获得并回收。实际上，闪蒸罐提供了一个空间，使得蒸汽流 速足够低以便热水和闪蒸蒸汽可以分离，并从这里用管道送到工厂的其他地方。 闪蒸罐的设计非常重要， 不仅仅从汽水分离的角度，而且在结构上，它的设计制造必须符合压力容器标准，如PD 5500。这不仅是 良好的工程惯例，如果设备要保险锅炉检察员也会这样要求。 利用闪蒸蒸汽最明显的地方是通常在附近的锅炉给水箱。 给水箱内的水温很重要。如果太低，就需 要加入化学药品以除去水中的氧气；如果太高，给水泵可能气蚀。显然，如果热量回收可能导致给水箱温 度过高，就不要将闪蒸蒸汽排放到给水箱里。可用其他方法解决，例如加热给水泵有压侧的给水，或加热 燃烧空气。图3.13.2是一个简单的布置，它可回收117 kW的能量流和157 kg/h高品质的水，非常有效地成 本节约 。 排空气阀 闪蒸蒸汽 破真空器 大气压力除氧头 补给水 回收的冷凝水
压力表 锅炉排污 闪蒸罐 锅炉补给水箱
剩余的排污水
至锅炉给水泵
冷态补给水 换热器
图3.13.3 用热交换器回收热量
排水道
设计需要考虑的事项 图3.13.3的设计的问题是在引入冷补给水的同时不能保证从闪蒸罐有剩余的排污水。 一个更好的设计 如图3.13.4所示，一个冷水箱用作热量接受器。用一个温度开关控制一个小循环泵以便当剩余的排污水有 足够高的温度时，再泵送冷水通过热交换器，提高水箱平均温度，而且节约能源。如果流出热交换器的排 污水的温度高于43℃，就必须排到排污罐，而不能直接排到污水窨井（见本书3.14章）。 首选的热交换器
(05)第五章讲解
气态工质
气体：远离液态，一般可作为理想 气体 处理，如空气、燃气。
蒸气：靠近液态，一般不能作为理想气 体处理，如水蒸气、氨蒸气 。
水蒸气来源丰富，耗资少，无毒无味，比热容大，传 热好，有良好的膨胀和载热性能，是热工技术上应用最广 泛的工质之一。
1由液体汽化而产生的。
当 ps＝1 MPa时，ts=179.916 ºC。
2
水的定压加热过程：
p
p
p
t<ts
ts
vx
v0
v'
p
ts v''
p t>ts
ts v
a
未饱和水
b
饱和水
c
湿饱和蒸气
d
干饱和蒸气
e
过热蒸气
(v, h, s)
汽化潜热： r h h J/kg
湿饱和蒸气（湿蒸气）的干度 x
(v, h, s)
13
1. 定容过程
w0
wt v( p1 p2 )
q u2 u1 (h2 h1) ( p2 p1)v
14
2. 定温过程
2
q 1 Tds T (s2 s1)
w q u T (s2 s1) (h2 h1) ( p2v 2 p1v1)
则：h u pv 0.00061 kJ/kg 0 kJ/kg
表中未列出的状态，可通过直线内插法求得。 u不列入表中，需要时可由 u = h － pv 计算。
10
《热工设计手册》中没有湿饱和蒸汽的状态参数表，在 确定湿蒸汽的状态参数时，必须知道它的干度 x ，再利用 饱和水、饱和水蒸气的表进行计算：
蒸汽和冷凝水系统手册
蒸汽和冷凝水系统手册简介蒸汽和冷凝水系统是工业生产中常用的能源转换和传输设备，用于提供蒸汽能源和回收冷凝水。
本手册旨在介绍蒸汽和冷凝水系统的基本原理、组成部分以及操作和维护方法，供工程师和操作人员参考使用。
目录1.蒸汽系统– 1.1 蒸汽的发生和传输– 1.2 蒸汽系统的组成部分– 1.3 蒸汽系统的操作技术– 1.4 蒸汽系统的维护和故障排除2.冷凝水系统– 2.1 冷凝水的回收和利用– 2.2 冷凝水系统的组成部分– 2.3 冷凝水系统的操作技术– 2.4 冷凝水系统的维护和故障排除1. 蒸汽系统1.1 蒸汽的发生和传输蒸汽是将液体水加热至其沸点后，水分子变成气态分子的过程，具有较高的热能储存能力和传递效率。
蒸汽在工业生产中主要用于提供动力、加热和升温等方面。
本节将介绍蒸汽的发生和传输原理。
1.2 蒸汽系统的组成部分蒸汽系统由蒸汽发生器、蒸汽管道、阀门、附件设备和安全装置等组成。
本节将详细介绍这些组成部分的功能和特点。
1.3 蒸汽系统的操作技术蒸汽系统的安全操作对于保证工业生产的正常进行至关重要。
本节将介绍蒸汽系统的开启和关闭技术、调节技术以及常见的操作问题和解决方法。
1.4 蒸汽系统的维护和故障排除蒸汽系统的定期维护和及时故障排除能够延长设备寿命、提高系统效率。
本节将介绍蒸汽系统的维护要点和常见故障排除步骤，以及注意事项。
2. 冷凝水系统2.1 冷凝水的回收和利用冷凝水是将工业生产过程中产生的热量通过冷却传递给水而形成的水。
回收和利用冷凝水能够达到节能减排的目的。
本节将介绍冷凝水的回收和利用方法。
2.2 冷凝水系统的组成部分冷凝水系统由冷凝器、冷却水供应系统、冷凝水管道和水处理设备等组成。
本节将介绍这些组成部分的功能和特点。
2.3 冷凝水系统的操作技术冷凝水系统的操作技术包括冷凝器的清洗和维护、冷却水的供应和循环等。
本节将介绍冷凝水系统的操作技术和注意事项。
2.4 冷凝水系统的维护和故障排除冷凝水系统的定期维护和故障排除能够确保系统的正常运行和提高效率。
ISPE指南第四卷：水和蒸汽系统
食品和药品管理局罗克维尔MD 208572000年10月27日亲爱的同事，食品和药品管理局很荣幸与国际制药工程协会在《水系统的制药工程基准指南》的制定方面合作。
我们非常感谢工程师们努力合作和十分专注的工作，他们是自发的开始制定这个指南。
这是通过公众和个人的合作努力，使产业和消费者都能获益的很好的典范。
这个文件包括了新的水和蒸汽系统工程的设计、构造和操作方面。
它是对现有FDA指南关于水系统方面的详述。
这个指南是国际制药工程协会独家制定和拥有的。
这个指南不是FDA规则、标准或是指导文件，根据这个指南构建的水系统或许不能达到FDA的要求。
FDA为国际制药工程协会提出建议作为制定本指南的参考。
它对工程专业的人与设计、建造和操作新的水和蒸汽系统的行业很有帮助。
FDA很高兴这个文件的制定，我们也很期待以后继续的合作关系，因为未来的《制药工程基准指南》正在制定。
真诚的，珍妮特伍德可克，MD药品研发评估中心理事丹尼斯贝克法规部门联合专员国际制药工程协会制药工程指南概要多年来，制药行业经历了新设备投入成本的提高，成本的提高一部分是由于符合规则的要求的不确定性。
涉及到的某些重要的领域有验证，特别是和自动控制系统有关，还有对源设施的验证。
由于没有统一和被广泛接受的对有些规则的解释，导致了FDA高人一等的作风。
建造技术日益先进的设备的做法导致了成本的增加、更长的引导时间、有些情况下会导致新产品推迟上市。
在1994年5月，制药行业的工程代表和国际制药工程协会以及食品和药品管理局展开了探讨。
1994年11月的讨论的结果决定国际制药工程协会开始致力于9种设备的工程指南的制定，就是现在所说的《制药工程基准指南》。
首先是“化学制药指南”在1996年6月出版。
接着是“固体口服剂形态指南，”在1998年2月出版，然后就是“灭菌生产设备指南，”在1999年2月出版。
这是第四个出版的指南，包括了制药水和蒸汽系统。
每个工程指南是都是国际制药工程协会独家制定和拥有的。
给水箱和给水调节章节311 第3章锅炉房蒸汽和冷凝水系统手册
给水箱设计
给水箱 (图3.11.3) 能在几个方面影响整个锅炉房的运行方式。通过认真设计给水箱及相关系统，可以 节约能源和水处理化学药剂，并且能够增加运行的可靠性。 圆柱水箱，无论垂直或水平的，在其它国家是常见的，在英国最常用的是矩形水箱。它在占有同样的 地面面积的情况下通常可提供最大的储水容积。 给水箱材料: 铸铁 - 铸铁水箱通常由矩形部件组装而成的： - 铸铁容易腐蚀，在连接处容易出现泄漏。 碳钢 - 可能是给水箱最通用的材料： - 无涂层，材料成本较低但易于腐蚀。在表面使用合适的涂层可以改善，但这样作的成本可 能超过水箱的成本，特别是涂层也需要定期的维修。 塑料 这种材料通常不适用于给水箱，因为能承受高温的材料成本也高。但塑料适合作冷补给 水箱的材料。 不锈钢 - 用这种材料制作的水箱寿命长但先期的成本较高。一般选择304L 作为最合适的不锈钢 等级。
给水箱管道
补给水
蒸汽
负载 给水箱
锅炉
给水泵
锅炉排污
图3.11.4 蒸汽系统中涉及给水箱的其它部分
冷凝水回水 随着蒸汽的产生锅炉内的水不断蒸发，而且给水泵不断将给水补充泵入锅炉。 蒸汽进入各种各样的蒸汽使用设备，变成冷凝水，这是质量非常高的热水。如果没有被污染（也许由 于制程的原因），冷凝水是理想的锅炉给水。从经济的角度应尽可能多的回收冷凝水再利用。事实上，回 收所有的冷凝水几乎是不可能的，有些应用中蒸汽可能直接喷射进入制程如加湿和蒸汽喷射，而且通常锅 炉本身也有水的损失，例如排污。补给水（化学处理过的水）因此要补进系统以保持正确的工作水位。 返回冷凝水在锅炉房代表巨大的能量节约。冷凝水含有很高的热量，给水温度每上升6℃可大约少消耗 1%的燃料 。图 3.11.5(a) 表示了当锅炉冷补给水温度10℃时，10bar g蒸汽的能量构成。在图的底部部分代 表给水的热焓(42 kJ/kg)。在锅炉中必须再加入 740 kJ/kg的热量才能达到10bar g时的饱和温度。
控制理论基础PPT课件
2-6、求下列函数的拉氏反变换
（1） F(s) s1
解：
(s2)(s3)
F(s) s1 1 2 (s2)(s3) s2 s3
f(t)L1[F(s)]L1[ 1 2 ]2e3t e2t s2 s3
2-6、求下列函数的拉氏反变换
（2） F(s)(s2)(s3)
s1
解：
F (s) (s 2)(s 3) s 4 2
a） c
解：
2-6、求下列函数的拉氏反变换
2-10 某系统微分方程为
其极点和零点各是多少？
这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 保持在某个期望值附近。
这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 保持在某个期望值附近。
2-13 求图2-4中各无源网络的传递函数。
2-2 求下列函数的拉氏变换，假如当t<0时，f（t）=0.
1 3
5
7 f(t)sin2tsin3t
解：L [ f( t ) ] L [ s i n 2 ts i n 3 t ] L [ 1 2 ( c o s 5 t c o s t) ] 1 2 ( s 2 s 2 5 s 2 s 1 ) ( s 2 2 1 5 2 ) s ( s 2 1 )
k1
[ s2 5s 2 ](s (s 2)(s2 2s 2)
2)
s2
2
k2
k3s
[ (s
s2 5s 2 2)(s2 2s
]( s 2 2)
2s
2)
s 1 j
k2
k3
jk 2
3 3 j 1 j
3 j
k2 3; k3 3 L1[F (s)] L1[ 2 3s 3 ] 2e2t 3et cos t
蒸汽和冷凝水系统手册-第7章控制系统硬件自作用控
160 150 140
温度 (℃)
5°C
130 120 110 100 90
0.18 bar
0.65 bar
5°C
80 -0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
压力 (bar g)
图7.1.4 水的蒸汽压力曲线
因此，在曲线底部阀门从全开到全关时需要的温度变化要大于在顶部的温度变化。气体张力系统的 供应商通常建议其使用在曲线的顶部，这意味着为了保证合适的温度控制范围，需要不同的填充液（包括 水、酒精和苯）. 液体填充系统在温度变化和阀门行程之间存在真实的线形关系，这主要是由于液体是不可压缩的。设 定可以以度表示而不是简单的几个数字。在调节温度时不会产生混淆，进而减少调试时间。同样，调节 -通 过调整感应器内的填充液体的膨胀空间，可以在控制阀和感应器之间的任意位置调节。这与气体张力系统不 同，气体张力系统通常在控制阀侧调节温度。
阀芯 阀座 流体流向 阀座 阀芯
执行器连接口
图7.1.6 双阀座常闭自作用控制阀示意图
7.1.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第7章
控制系统硬件：自作用控制
自作用温度控制
章节7.1
内置固定泄流孔的控制阀 常闭阀通常需要固定的泄流孔（见图7.1.7）以允许在控制阀完全关闭时有少量流体流到下游。常闭自 作用控制阀有时也称为反作用阀门（RA）。
阀芯上作用力 = 314N
这意味着执行器需要提供至少314牛顿的力来克服上游9 bar g的蒸汽压力来关闭阀门。 从例7.1.1中可以看出，需要的关闭力随着阀芯直径的增大而增加。执行器能提供的关闭力是有限制 制的，这意味着随着阀门口径的增大，其所能使用的最大蒸汽压力在下降。 这也意味着，如果没有平衡装置，阀门口径在DN25以上的自作用温度控制系统在只能用于低压系统。 平衡可以通过波纹管或双阀座结构实现。 波纹管平衡阀 在波纹管平衡阀内，用来平衡阀芯上力的压力平衡波纹管的面积和阀芯的面积相同。阀杆中心处 的小孔为平衡管，可以使阀芯上游的蒸汽压力到达波纹管外侧腔体内（见图7.1.5），相应地，阀芯下游 的力作用在波纹管内侧。因此作用在波纹管上的差压和作用在阀芯上的差压相等，但是方向相反，刚好相 互抵消。
给水、凝结水水系统培训讲义
1
内容
主凝结水系统 主给水及除氧系统
2016/8/3
2
主凝结水系统指由凝汽器至除氧器之间与主凝结水相关的管路与设备。主凝 结水系统的主要作用是加热凝结水，并将凝结水从凝汽器热井送至除氧器。作为 亚临界机组，对锅炉给水的品质要求很高，因此主凝结水系统还要对凝结水进行 除盐净化。此外，主凝结水系统还对凝汽器热井水位和除氧器水箱水位进行必要 的控制调节，以保证整个系统安全可靠运行。 同时，主凝结水管路还引出了多路分支，在运行过程中提供有关设备的减温 水、密封水、冷却水和控制水。 由于热力循环中有一定流量的汽水损失，在凝结水系统中必须给予补充。补 充水源来自化学除盐水。 本机组的主凝结水系统见下图。 1、系统的组成 本系统的主凝结水系统包括两台全容量凝结水泵、凝结水精处理装置、一台 轴封加热器和四台低压加热器。为保证系统在启动、停机、低负荷和设备故障时 运行的安全可靠性，系统设置了为数众多的阀门和阀门组。 主凝结水的流程为：凝汽器热井→凝结水泵→凝结水精处理装置→轴封加 热器→＃8低压加热器→＃7低压加热器→＃6低压加热器→＃5低压加热器→除氧 器。
2016/8/3 7
d当闭冷水系统投运正常后，投入凝结水泵电机冷却水并检查回水情况正常。 e检查凝结水再循环调节阀在“自动”位置且已全开，凝结水再循环调节阀前后 手动门已全开。 f凝结水泵轴承润滑油油质合格、油位正常。 g凝结水系统各阀门按操作票要求操作至要求位置。 h确认补水泵已运行，凝结水系统已充水排气。 2.2凝结水系统投运 a选择启动一台凝结水泵,注意电流返回时间应正常。 b检查凝结水泵体振动、轴承温度、密封部件运行正常。 c凝结水泵启动5s后，检查其出口电动门应自动开启(泵启动后,出口 电动门1min后仍在全关状态,应紧急停泵)。 d当凝结水流量＞500t/h，检查凝结水再循环自动关闭。 e检查凝结水母管压力正常。 f投入凝结水泵联锁，检查备用凝结水泵出口门应自开，注意备用凝 结水泵不应倒转。 g当精处理装置允许投运时，缓慢开启精处理装置进出口门，待凝结 水流量正常后逐渐关小精处理装置旁路门直至全关，并注意凝结 水泵电流，母管压力、流量的变化。 h通知化学化验凝结水质，若不合格，禁止送入除氧器，应关闭#5低 加出口门，开启#5低加出口门前放水门进行排污，直至水质合格 后，才可送至除氧器。
1.3[蒸汽和冷凝水系统]
![1.3[蒸汽和冷凝水系统]](https://img.taocdn.com/s3/m/9ec7d327482fb4daa58d4ba4.png)
蒸汽品质
蒸汽从锅炉中产生并分配到工艺制程中的时候，保
证蒸汽的品质是非常重要的。为了达到这个要求，工厂
中输送蒸汽的管道必须安装过滤器、汽水分离器和蒸汽
疏水阀。
管道中的过滤器流通载面上装有过滤网，当蒸汽通过
的时候，绝大多数杂质都会被滤网阻拦。过滤器需要定期
清洗以防止堵塞。蒸汽中的杂质对设备非常有害，并污染
锅炉给水必须经过化学水处理以减少杂质含量。 给水的处理和加热一般都在给水箱内进行，给水箱通常位于高于锅炉的位置，需要的时候用给水泵为锅 炉补水。加热给水箱中的水可以减少溶解的氧气，这一点非常重要，因为氧气的存在会造成设备的腐蚀。
排污 对锅炉给水进行化学加药处理会导致锅炉内的悬浮固形物增加，这些固形物将不可避免地以淤泥的形
当冷凝水进入疏水阀时，浮球浮起，浮球杠杆机构打
开主阀排放冷凝水；当冷凝水减少，浮球下落，关闭 主阀，阻止蒸汽逃逸。 热动力疏水阀是通过一个碟片的上下动作来排放冷凝 水和阻止蒸汽排出。
冷凝水通过疏水 阀排放
图1.3.5 汽水分离器的工作原理
双金属热静力疏水阀是双金属片通过感应蒸汽和冷凝
水的不同温度来开关主阀，达到排水阻汽的目的。
控制器
第1低液位 报警
高液位 报警
泵关 泵开
保护 套管
锅壳 第2低液位报警
图1.3.3 典型的锅炉水位控制和报警系统
蒸汽和冷凝水系统手册
1.3.3
第1章 介绍
蒸汽和冷凝水系统 章节1.3
1.3.4
大多数国家规定必须采用2套独立的低位报警系统。
蒸汽的流动
当蒸汽冷凝成水时，体积显著缩小，从而在局部造成压力下降，压力降促使蒸汽在管道系统中流动。 锅炉中产生的蒸汽必须被输送到需要用汽的地方。蒸汽一般通过一个或多个蒸汽管道向蒸汽使用设备 的方向输送，然后用更小的管道把蒸汽输送到各个用汽点。 蒸汽在高压下比大气压下占用的体积小，压力越高，输送同等质量的蒸汽需要的管道口径就越小。
蒸汽和冷凝水系统手册
蒸汽和冷凝水系统手册目录1.蒸汽和冷凝水系统概述2.蒸汽和冷凝水的基本原理3.蒸汽和冷凝水的应用领域4.蒸汽和冷凝水的组成和性质5.蒸汽和冷凝水系统的设计和操作6.蒸汽和冷凝水系统的维护和保养7.蒸汽和冷凝水系统的常见问题和解决方法8.蒸汽和冷凝水系统的安全注意事项9.结论10.参考文献1. 蒸汽和冷凝水系统概述蒸汽和冷凝水系统是工业生产中常见的能源传输和回收系统之一。
它由蒸汽发生器、蒸汽传输管道、蒸汽使用设备、冷凝器和冷凝水回收系统等组成。
该系统一般用于提供能源和热量，并将使用后的冷凝水回收再利用，以提高能源利用效率。
2. 蒸汽和冷凝水的基本原理蒸汽是水在高温下转变为气态的状态，具有很高的热能。
冷凝水则是将蒸汽冷却后由气态转变为液态的水。
蒸汽和冷凝水的转化是通过加热和冷却过程实现的，可以通过不同的装置和控制方法来控制该过程。
3. 蒸汽和冷凝水的应用领域蒸汽和冷凝水系统广泛应用于各个工业领域，如发电厂、化工厂、石油炼制厂、食品加工厂等。
它可以用于提供动力、加热、蒸煮、干燥、冷却等多种工艺过程。
4. 蒸汽和冷凝水的组成和性质蒸汽主要由水蒸气和少量的杂质组成，其中水蒸气是其主要成分。
冷凝水则是由水分子组成，通常含有一定的溶解气体和固体杂质。
蒸汽和冷凝水的性质受其温度、压力、湿度等因素的影响。
了解和掌握这些性质对于蒸汽和冷凝水系统的设计和操作非常重要。
5. 蒸汽和冷凝水系统的设计和操作蒸汽和冷凝水系统的设计需要考虑到不同的工艺要求和实际情况。
其设计主要包括蒸汽发生器的选择和设计、蒸汽传输管道的规划和布局、蒸汽使用设备的选择和安装、冷凝器的设计和选择、冷凝水回收系统的设计、控制系统的设计等。
蒸汽和冷凝水系统的操作需要严格按照操作规程和安全操作程序进行。
操作人员应熟悉系统的运行原理和操作流程，注意系统的安全性和稳定性。
6. 蒸汽和冷凝水系统的维护和保养蒸汽和冷凝水系统的维护和保养是确保其正常运行和延长使用寿命的重要工作。
蒸汽和冷凝水系统手册_部分6-1
水处理、储存和蒸汽锅炉排污 章节3.9第3章 锅炉房w w w.b zf x w.c om水处理、储存和蒸汽锅炉排污 章节3.9第3章 锅炉房水处理、储存和蒸汽锅炉排污在讨论并理解锅炉排污之前，应定义水及其含有的杂质以及相关的项目如硬度、pH值等。
水是地球上最重要的原材料。
它不仅是生命之源，也可用于输送和储存能量。
它也称为“通用溶剂”。
纯水 (H 20) 是无味、无嗅和无色的，但纯水不容易得到。
所有自然的水都含有一定量的各种类型的杂质。
好的饮用水不一定是好的锅炉给水。
饮用水中的矿物质容易被人体吸收，而且对身体健康很重要。
但是，锅炉却不行，这些同样的矿物质滞留在蒸汽锅炉里将造成破坏。
在全世界的储水量中，97%在大海，而且很大一部分被冰封存在两极，仅有0.65%可用于民用和工业。
如果不是水的循环，这样小比例的水会很快被消耗 (见图3.9.1)。
水蒸发后变成云，它们在飘动过程中部分会冷凝作为雨水落到地上。
尽管如此，不能认为雨水是纯净的，在它降落到地面期间，将溶解杂质如碳酸盐、氮等，如果在工业区，还有二氧化硫。
带着这些杂质，水被地表层过滤后进入底下水层，或流过地表溶解并聚集其它的杂质。
这些杂质可能在换热表面沉积：造成金属腐蚀。
降低换热效率，导致过热并降低机械强度。
表3.9.1表示了技术上和常用的水中杂质名称，和它们的化学符号以及它们的作用。
图3.9.1 典型的水循环地下水位交界面w om水处理、储存和蒸汽锅炉排污 章节3.9第3章 锅炉房生水质量和地区差异一个区域与另一个区域之间的水质变化非常大，取决于水源和当地的矿物质(见图3.9.2). 表3.9.2提供了一个相对较小的国家如英国不同区域的一些典型的数字。
表3.9.1 水中的杂质名称 符号 俗称 作用碳酸钙 CaCO 3 白垩、石灰软水垢碳酸氢钙 Ca(HCO 3)2软水垢 + CO 2硫酸钙CaSO 4石膏、巴黎灰泥硬水垢氯化钙 CaCI 2 腐蚀碳酸镁 MgCO 3 菱镁矿 软水垢硫酸镁 MgSO 4 明矾 腐蚀碳酸氢镁 Mg(HCO 3)2 水垢、腐蚀氯化钠 NaCI 食盐 电解碳酸钠 Na 2CO 3 苏打、纯碱 碱度碳酸氢钠 NaHCO 3 小苏打 汽水共腾，发泡氢氧化钠 NaOH 苛性苏打 碱度、脆化硫酸钠 Na 2SO 4 芒硝 碱度二氧化硅 SiO 2 石英 硬水垢约克加德夫表3.9.2 在英国水质的变化 - 所有杂质用mg/l碳酸钙当量表示地区碱性硬度 非碱性硬度 总硬度非硬度盐总可溶固体(临时)(永久)(TDS) 利兹 12 10 22 24 46 约克 156 92 248 62 310 伯明翰 28 72 100 130 230伦敦180 192372 50422om水处理、储存和蒸汽锅炉排污 章节3.9第3章 锅炉房生水中普通杂质可分类如下:溶解固形物 - 所有溶于水的物质。
换热器的蒸汽耗量
垫片式板式热交换器 - 在垫片式板式热交换器里，板片是用夹具固定在框架上的，用一些薄垫片(通 常是合成聚合物)密封在各个板片边缘，然后在框架板和承压板之间用固定螺栓来压紧这些板片。这种设计 方便对这些板片进行拆卸清洗，同时也可以通过增加和减少板片来改变换热器的容量。
管壳式换热器 管壳式换热器是工业应用中最常用的一种换热器。管壳式换热器是在一个圆柱状的壳体内布置很多管
束，这些管束安装在管板上，用来分开一次和二次流体。 当用蒸汽来加热介质的时候，换热器通常水平放置，蒸汽在管子内部冷凝。管内可以允许一部分过冷度
来更好地吸收冷凝水中的热量，但是，如果要求的过冷度较大时，使用单独的冷凝水冷却器则更为方便。
以前的蒸汽换热器基本上都是管壳式换热器，而板式换热器通常使用于食品加工行业或用于加热水。 但是，最近设计的板式换热器表明其同样也适合于蒸汽加热应用。
板式换热器同时允许冷凝水和过冷水存在于其设备中，如果冷凝水排放到大气压力下的集水槽中，降 低冷凝水温度，则闪蒸蒸汽的损失就会减少。这样就不需要采用单独的冷却器或闪蒸蒸汽回收系统。
第2章 蒸汽工程和传热
换热器的蒸汽耗量 章节2.13
蒸汽和冷凝水系统手册
2.13.1
第2章 蒸汽工程和传热
换热器的蒸汽耗量 章节2.13
换热器的蒸汽耗量
热交换器，从严格定义来说指的是所有类型的设备，在其中，一种介质的热量传递给另外一种。有一 种民用的辐射换热器，热水把热量传递给周围环境的空气，同样也可以称为换热器。类似的，蒸汽锅炉内， 烟气把热量传递给水并使水蒸发，也可以称之为换热器。
蒸汽和冷凝水系统手册
蒸汽和冷凝水系统手册
第1章 介绍
蒸汽 - 能量流 章节1.1
蒸汽和冷凝水系统手册
1.1.7
第1章 介绍
蒸汽 - 能量流 章节1.1
1.1.8
蒸汽和冷凝水系统手册
第1章 介绍
蒸汽和组织 章节1.2
www.1b.2z蒸f汽x和组w织.com
蒸汽和冷凝水系统手册
. 筑能源管理系统。如果用户愿意，蒸汽系统的部件也可以独立工作。 bzfxw 图1.1.5 现代蒸汽锅炉房
. 通过适当的维护，蒸汽系统可以使用很多年系统的各环节可以实现自动监测。与其它的系统相比，可
以通过疏水阀监测系统来对蒸汽疏水阀进行有计划的管理，如果某个地方
w 有泄漏或者积水，系统会立刻报警引起工程师的注意。 与此相比，气体泄漏监测装置耗资巨大,而水系统和油系统的监测需要
公司安装蒸汽系统或是更新已存在的蒸汽系统，就会需要很大的投资，和系统以及系统提供者之间的关系
将是长期的。
总裁和高级经理可能会提出如下问题：
Q. 蒸汽系统需要哪些投资呢?
蒸汽系统可以通过很小口径的管道传递大量的热量，不需要昂贵的泵及平衡系统，仅需要两通阀。
m 也就是说蒸汽系统比较简单，比起高温热水系统要便宜，蒸汽设备的高效意味着该设备比较紧凑，可
以最高程度利用工厂内有限的空间。
o 而且，更新现有的蒸汽系统，安装最新的锅炉和
控制系统的费用仅为拆除旧系统和安装新的分散燃气
c 系统费用的50%左右。
Q. 蒸汽系统的运行和维护成本如何影响间接成
本?
. 集中化的锅炉设备非常高效，燃料消耗率也低，
锅炉可以以垃圾废料作为燃料，或是进行热电联产。
w 蒸汽设备使用寿命较长，通常需要较少的维护保
a05热工理论基础学习指导（第5章）
a05热⼯理论基础学习指导（第5章）第五章⽔蒸⽓5-1 学习⽬标与要求1．理解⽔蒸⽓饱和状态的概念及参数特征，掌握⽔蒸⽓定压产⽣过程在p-v图和T-s 图上所表现的相变规律；2．了解⽔和⽔蒸汽的热⼒性质表及h-s图的结构组成，能熟练应⽤⽔蒸⽓图表查取⽔和⽔蒸汽的状态参数；3．掌握⽔蒸⽓典型热⼒过程的特点，能利⽤⽔蒸⽓图表熟练分析计算定压、绝热过程的功量和热量；4．了解湿空⽓的绝对湿度、相对湿度、饱和湿空⽓、未饱和湿空⽓及露点温度等概念，了解相对湿度的物理意义及测量⽅法。
5-2 基本知识点⼀、⽔蒸⽓的饱和状态1．汽化和液化（1）汽化：物质由液态转变为⽓态的过程。
（如锅炉⽔冷壁中⽔的汽化过程）有两种汽化⽅式：蒸发和沸腾。
（注：锅炉⽔冷壁中⽔的汽化⽅式属沸腾！）（2）液化（或凝结）：物质由⽓态转变为液态的过程。
（如凝汽器中蒸汽的凝结过程）2．饱和状态（1）定义：汽化和凝结处于动态平衡的状态。
（2）饱和压⼒与饱和温度的关系：t s=f（p s）。
即t s与p s成⼀⼀对应关系，p s↑，t s↑。
⼆、⽔蒸⽓的定压产⽣过程1．⽔蒸⽓的定压产⽣过程在⼀带有活塞的⽓缸中装有1kg、0℃的纯⽔，对其进⾏定压加热，以此来代替锅炉中⽔蒸⽓的定压产⽣过程。
定压下⽔蒸⽓的产⽣过程可分为三个阶段（如图5-1所⽰）：（1）（2）（3）（4）（5）{{预热阶段汽化阶段过热阶段未饱和⽔饱和⽔湿饱和蒸汽⼲饱和蒸汽过热蒸汽stt<stt=stt=stt=图5-1 定压下⽔蒸⽓的产⽣过程（1）未饱和⽔的预热阶段：未饱和⽔→饱和⽔加⼊的热量为液体热：q l=h′-h0（2）饱和⽔的汽化阶段：饱和⽔→湿蒸汽→⼲饱和蒸汽●汽化潜热：1kg饱和液体加热成同温度下的⼲饱和蒸汽所需热量。
（r=h″-h′）●⼲度：湿蒸汽中含⼲蒸汽的质量占湿蒸汽总质量的百分⽐，⽤x表⽰，即VV Wmxm m=+饱和⽔:x=0湿蒸汽:0⼲饱和蒸汽:x=1（3）⼲饱和蒸汽的过热阶段：⼲饱和蒸汽→过热蒸汽过热度（D）：过热蒸汽的温度与相同压⼒下的饱和温度的差值。
第五章 蒸汽动力循环与制冷循环
q 0 = (H 1 − H 2 ) + (1 − M )(H 3 − H 4 )
q 0 = (H 1 − H 2 ) + (1 − M )(H 3 − H 4 ) − q 2 − q3
与林德循环相比较，制冷量多出
(1 − M )(H 3 − H 4 )
5.5 深度冷冻循环
克劳德循环（CLAUDE Cycle ） ⑶功耗WS 在理想情况下，气体在膨胀机中的膨胀 过程是等熵过程，在图中用3-4`线表示。 实际上由于各种损失使它偏离等熵过程， 而是有熵增的过程，在图中用线3-4表示
5.5 深度冷冻循环
林德循环（Linde Cycle） 取换热器、节流阀、气液分离器为研究 体系
5.5 深度冷冻循环
林德循环（Linde Cycle） 由热力学第一定律
∆H = Q + WS
WS = 0
∆H = 0
Q=0
⇒ ∑ H 入 = ∑ H出
∴
H 2 = xH 0 + (1 − x )H 1
每液化1Kg的气体所消耗的功称为比功(耗)
WS RT1 P2 Wx = ln = x ηT x P 1
5.5 深度冷冻循环
林德循环（Linde Cycle） ④制冷系数
q0 H 1 − H 2 x ( H 1 − H 0 ) H 1 − H 0 ε= = = = Wx WS WS WS
一次节流液化循环比较简单，但效率很低。目 前只有小型气体分离，液化装置如小型空分装 置还有使用
循环（Linde Cycle） ③功耗 W 液化循环装置的功量消耗是用于对气体 的压缩。如果按理想气体的可逆等温压 缩考虑，对体系所作轴功为
S
RT1 P2 WS = ln P ηT 1
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3. If an automatic control is to be selected and sized, what is the most important aspect to consider? a| Safety in the event of a power failure b| Accuracy of control c| Stability of control d| All of them 4. Define ‘control value’? a| The value set on the scale of the control system in order to obtain the required condition
设定点
控制旋钮/远程电位计
控制信号 压缩空气(0.2 - 1.0 bar) 电流(4 - 20 mA)
测量变量 压力/温度信号 控制器 比例(P) 比例积分(P+I) 比例积分微分(P+I+D)
气动/ 电动/ 自作用执行器
被控元件
测量元件
温度/ 压力/ 湿度感应器
调节变量 被控设备 二通/三通阀 制程 桶，换热器，杀菌罐
图5.1.5 典型制程控制设备和系统元素的组成
被控条件
5.1.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
Questions
1. Air temperature in a room is controlled at 25°C. If the actual temperature varies from this, what term is used to define the difference? a| Offset b| Deviation c| Sustained deviation d| Desired value
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
蒸汽和冷凝水系统手册
5.1.1
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
控制简介
自动控制概念所指的范围很广，涉及的控制变量包括温度、压力、流量、液位和速度。 本章的目的是对自动控制作一个简单的介绍，主要包括以下两部分： 供热、通风及空气调节系统（简称HVAC） 制程控制 上面所涉及的两个领域所覆盖的范围相当广，后者所指的范畴小到一个简单的家用煮锅的控制，大到 一个大型的综合石化工厂的完整的生产系统和制程的控制。 控制工程师需要掌握各种不同的技能 - 包括机械工程、电气工程、电子系统和气动系统、HVAC系 统的设计和制程应用，而在今天还需要了解计算机技术和数字通讯技术。 本章的目的是从最基础的角度来了解自动控制的应用和理论，而不是将每个人都培养成控制工程师， 以后会补充进其它的内容。 本文将控制制程所用的流体限于以下几种：蒸汽、水、压缩空气和热油。 通常通过控制阀来改变流体的流动来实现控制。对上面所提到的流体而言，控制过程通常要求测量其 温度、压力、液位、湿度和流量，并且对这些参数的变化作出相应的反应。这些物理参数的改变通常需要 一定的时间，阀和执行器的操作时间以及被测参数的精确控制将在以后的章节中解释。 流体的控制不仅限于阀，在某些制程中，流体的控制是通过变频泵或风机的动作而实现的。
5.1.4
蒸汽和冷凝水系统手册
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
温度计 通往制程的热水(T2)
报警
蒸汽 充满水的 闭式容器
疏水阀组 盘管换热器 冷水(T1)
图5.1.3 简单的手动温度控制
温度计
安全性、稳定性和精确性的评定 例5.1.1中通过手动操作可以大致控制水位，但是例5.1.3中的手动温度控制由于各种原因要相对困难 一点。 如果水的流量发生变化，由于蒸汽中所含的大量的热量，工况就会迅速发生变化。操作者来不及及时 手动改变蒸汽阀开度。即使阀全关后，盘管内仍残留一定量的蒸汽，冷凝时会继续放出热量。 预期变化 虽然可以依靠经验，但是通常操作者无法预期变化。他必须在作出操作决定之前观察变化。 由于这样或那样的原因，如长期人工操作的不方便和费用问题、潜在的操作误差、制程要求的变化、 精确性、工况的快速变化以及多个制程之间的相互影响，所有一切都导向自动控制。 考虑到安全性，在5.1.3中引进声音报警装置对超温进行报警 - 这也是另一个采用自动控制的原因。 自动控制 被控条件可能是温度、压力、湿度、液位或流量。也就是说测量元件可以是温度感应器、压力变送器、 液位感应器、湿度感应器或流量感应器。 调节变量可以是蒸汽、水、空气、电流、油或气，而被控设备可以是阀、节流阀、泵或风机。 为阐述基本原理，本章以阀作为被控设备，温度作为被控条件，温度感应器作为测量元件。 自动控制的组成 图5.1.4阐述了一个基本控制系统的组成部分。感应器将信号传递至控制器。控制器接受来自感应器的 信号（可能多个），并基于这些信号决定是否需要改变调节变量。然后控制器向执行器发出命令将阀位移动 到另一个位置，按照需求开大或关小。 感应器 控制器 执行器
2. A pneumatic temperature control is used on the steam supply to a non-storage heat exchanger that heats water serving an office heating system. What is referred to as the ‘manipulated variable’? a| The water being heated b| The steam supply c| The air signal from the controller to the valve actuator d| The temperature of the air being heated
安全性、稳定性和精确性的评定
在例5.1.1的典型应用中，假定制程既不是贵重流体也不是有害介质。因此，溢流或缺水的状态也是安 全的，但是这个过程不经济，效率低。 从稳定性来说，操作者必须全神贯注地进行制程控制操作。 此例中，因为操作者仅仅对于目测的水位做出反应，进行控制，精确不是一个很重要的特征。 控制术语总结 设定点 期望值 控制值 偏差 偏移 感应器 被控介质 被控条件 控制器 执行器 被控设备 为达到所要的工况，控制系统在标尺上所要设定的值。 对一个特定的系统，如果控制器被设定在60℃: 那么60℃就是“设定点” 在理想状况下需要维持的值。 在稳定状态下控制系统能实际维持的值。 设定点和控制值之间的偏差。 持续的偏差。 直接对控制条件做出反应的元件。 系统所控制的介质，图5.1.1中被控介质是水箱中的水。 被控介质的物理条件。图5.1.1中的被控条件是水箱中的水位。 接受来自感应器的信号，并向执行器输出一个纠正偏差的控制信号的设备。 按照控制器的信号对被控设备进行调节的元件。 控制系统中最后的控制元件，如控制阀或变频泵。
5.1.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
进口阀
2
目测指示尺 3
水 溢流 出口阀 (固定开度)
1Байду номын сангаас
最终产品
图5.1.1 简单的手动控制过程
上例 (图 5.1.1) 表示： 1. 操作者的目的是将水箱的水位维持在1和2之间。水位被称作被控条件。 2. 通过控制进口管道上的阀来控制进水流量以达到控制条件。流量就是调节变量，进口阀就是被 控设备。 3. 水本身被称为被控介质。 4. 通过控制进入水箱的水流量，水箱中的水位就改变了。水位的改变被称作被控变量。 5. 水箱中的水被称作被控介质。 6. 需要维持的指示尺上的水位被称作设定值（也称作设定点）。 7. 水位被控制在指示尺上的1和2之间的任一点时，能满足控制参数的要求，也就是水箱底部能充满水 并且没有溢流。在此范围内的所有值被称作期望值。 8. 假设水位能维持在1和2之间的任意值，在稳定状态下的水位，称为控制值或实际值。 注: 参考 (7) 和 (8) ，理想的水位是维持在点3。如果实际值是在1和2之间的任何点，仍然能满足条件。 设定点和实际值之间的差值称作偏差。 9. 如果进水阀关到一个新的位置，水位就会下降，偏差就会改变。持续的偏差被称作偏移。
在自动控制中还有很多其他术语，会在本章后面部分加以解释。
温度控制系统的组成元素
例5.1.1描述了一个简单的手动液位控制系统，我们可以同例5.1.3（手动控制）和图5.1.3的温度控制做 一下比较，所有之前的要素和定义都适用。 例5.1.3描述一个简单的手动温度控制系统 目的是通过足够量的蒸汽（加热介质）来加热入口温度为T1的水，保证水箱出口的热水温度为T2。
阀
图5.1.4 自动控制的组成
蒸汽和冷凝水系统手册
5.1.5
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
控制器通常按照驱动能源划分为：电动、气动、液压或机械。 执行器可以看成一个电机，执行器通常也按照驱动能源划分，种类与控制器相同。 阀的种类按照它们的开关动作对流量的影响和阀体结构来划分，如直行程阀或角行程阀。 如果我们把控制系统的各个要素同系统部件（设备）相结合，就可以看出“需要做什么?”与“如何 去做?”之间的关系。 有些术语也许还不太熟悉，在第5章后面的部分，我们会对上述图中的各部分将进行阐述。
自动控制的组成元素
控制器 (大脑)
输出信 号
输入 信号
执行器 (手臂肌肉)
期望值
感应器 (眼睛)
操作变量
被控设备 (阀)
制程 (水箱)
图5.1.2 自动控制的组成元素
被控条件
蒸汽和冷凝水系统手册
5.1.3
第5章
基础控制理论
控制简介 章节5.1
例 5.1.2自动控制的组成元素 操作者从行程标尺上感应到的是水位的变化。他的眼睛可以看成是一个感应器。 眼睛（感应器）将信号传回给大脑，大脑注意到偏差。大脑可以看成是一个控制器。 大脑（控制器）的作用是向手臂肌肉和手发出信号，可以看作一个执行器。 手臂肌肉和手（执行器）将阀打开，阀可以看成是被控设备。 在此需要以略微不同的方式重申例5.1.2： 在例5.1.1中，简单来说操作者的目的是将水箱中的水控制在预定的水位。液位3可以看成他的目标， 或者说设定点。 操作者通过调节进口阀（被控设备）的开度来达到手动调节水位的目的。在操作过程中需要将操作者 的能力和专心程度考虑进去。因此，水位不能在任何时候都精确维持在3的位置。在任何特定时候的水位 可以被称为控制值或实际值。 设定值和实际值之间的差值称为偏差。一个恒定的或稳定的偏差，称作持续偏差或偏移。 尽管操作者是进行手动操作水位，最终的目的要得到一个正确的输出，在本例中是指一个稳定的水箱 流量输出。