1371蒸汽和冷凝水系统手册
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蒸汽和冷凝水系统说明材料-冷凝水的排除
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。
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。
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。
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。
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。
蒸汽和冷凝水系统手册 流量计量
能源效率 蒸汽流量计可以用来监测节能计划的效果，并且可以在相关设备之间作比较。
制程控制 高品质蒸汽流量计的输出信号可以用来控制供应给工艺制程的蒸汽用量，并显示其温度和压力的正确
性。同样，通过监测启动时的蒸汽流量，蒸汽流量计可以和控制阀相连，以达到缓慢暖管的目的。
成本核算 蒸汽流量计可以在总管或分支管道上计量蒸汽用量（进而计算蒸汽成本）。蒸汽可以作为生产工艺不
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动�力��黏��度�(���μ��)����×�1�0��－��6��k�g�/���m��
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图4.1.2 不同温度下饱和水(µf)和饱和水蒸汽(µg)的动力黏度
运动黏度 运动黏度是流体的绝对黏度（或动力）与其密度的比值（见公式4.1.2）。
温度(℃)
注：饱和蒸汽的密度随温度上升而增加(它是一种可压缩性气体)，而饱和水的密度随温度上升而下降 (液体会膨胀)。
密度(ρ) (kg/m3)
50
40
30
20
饱和蒸汽
10
0
0
50
100
150
200
250
300
温度(℃)
图4.1.1 饱和水(ρf)和饱和蒸汽(ρg)的密度(ρ)随温度的变化
蒸汽和冷凝水系统手册
920
雷诺数 (Re) 上述参数对流体在管道内的流动影响很大，将它们组合在一起即可得到描述流体特性的无量纲，雷诺
数(Re)。
蒸汽和冷凝水系统手册
4.1.5
第4章 流量计量
制程控制 高品质蒸汽流量计的输出信号可以用来控制供应给工艺制程的蒸汽用量，并显示其温度和压力的正确
性。同样，通过监测启动时的蒸汽流量，蒸汽流量计可以和控制阀相连，以达到缓慢暖管的目的。
成本核算 蒸汽流量计可以在总管或分支管道上计量蒸汽用量（进而计算蒸汽成本）。蒸汽可以作为生产工艺不
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运动黏度 运动黏度是流体的绝对黏度（或动力）与其密度的比值（见公式4.1.2）。
温度(℃)
注：饱和蒸汽的密度随温度上升而增加(它是一种可压缩性气体)，而饱和水的密度随温度上升而下降 (液体会膨胀)。
密度(ρ) (kg/m3)
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饱和蒸汽
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温度(℃)
图4.1.1 饱和水(ρf)和饱和蒸汽(ρg)的密度(ρ)随温度的变化
蒸汽和冷凝水系统手册
920
雷诺数 (Re) 上述参数对流体在管道内的流动影响很大，将它们组合在一起即可得到描述流体特性的无量纲，雷诺
数(Re)。
蒸汽和冷凝水系统手册
4.1.5
第4章 流量计量
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。
蒸汽和冷凝水系统手册-第9章安全阀
阀座环 进口流道 进口流道
(a)
(b)
图9.1.3 全喷嘴形安全阀(a)和半喷嘴形安全阀(b)
作用在阀瓣上的关闭力由弹簧提供，弹簧的材质通常为碳钢。通过弹簧调节装置，可以调整弹簧的压 缩程度，从而改变阀瓣开始离开阀座的压力。 规定安全阀设计和应用的标准一般只给出了与安全阀排量有关的三种尺寸的定义，即流道（或喉 部）面积、帘面积和排放（或开孔）面积（见图9.1.4）。 1. 流道面积 - 安全阀进口端到阀座密封面间最窄点流道的最小横截面积。构成流道面积的直径可由 图9.1.4中的尺寸“d”表示。
第9章 安全阀
安全阀的简介 章节9.1
9.1
安全阀的简介
蒸汽和冷凝水系统手册
9.1.1
第9章 安全阀
安全阀的简介 章节9.1
简介
人类从一开始加热水产生蒸汽时，就有必要使用安全设施了。2000年前的中国人已使用带铰链外盖 的大锅，(相对)较安全的产生蒸汽。14世纪初期，化学家们把圆锥形堵塞以及后来的压缩弹簧作为安全设 施使用在压力容器上。 19世纪早期，安全设施的故障频繁导致船舶和机车上的锅炉爆炸事故，由此引出了第一代安全泄放阀 的发展。 1848年，Charles Retchie发明了积聚腔室，增加了安全阀内的压缩表面，可使安全阀在很窄的超压 余量内快速开启。现在，大多数蒸汽用户受当地健康和安全法规的强制性规定，在设备和制程上装置安全 设施和预防措施，防止事故的发生。 因此，安全阀最主要的功能就是保护生命和财产。 用于保护设备超压的这种设施就叫安全阀或安全泄放阀。当设备达到预定的最大压力时，安全阀动作， 通过释放额定数量的流体，以安全的方式降低过高的压力。在超压的情况下，安全阀也许是唯一能防止发生 灾难性事故的设施，因此确保该设施在任何时间和任何可能的工况下均能正常工作是非常重要的。 安全阀应安装在系统或承压容器可能超过最大允许工作压力（MAWP）的地方。蒸汽系统中，安全阀 阀主要用于锅炉超压保护以及减压控制的下游保护等。尽管安全阀的主要目的是安全，它们也可用于工艺 制程，以防止由于压力过高而引起的产品损坏。许多不同的情况会产生压力过高，包括： 不当心关闭或开启制程容器上的截止阀，导致流体流量的不平衡。 冷却系统的失效，使蒸汽或流体受热膨胀。 控制仪表的压缩空气或电源失效。 瞬时压力波动。 工厂发生火灾。 换热器的失效。 化学工厂生产过程中的放热反应无法控制。 环境温度的变化。 术语“安全阀”和“安全泄放阀”是描述许多种类压力释放阀的通称，用于防止锅炉内部流体过大的 压力积聚。不同类型的安全阀可以适用于许多不同应用场合和性能标准。而且还有许多不同的设计来满足 众多的国家标准，这些标准指导着安全阀的应用。 相关国家标准的列表附在本章的最后。 在大多数的国家标准中都给出了安全阀和安全泄放阀相关术语的明确定义。美国和欧洲使用的一些 专业术语之间有着明显的差别。最显著的不同之一就是在欧洲称作“安全阀”，而在美国称作“安全泄放 阀”或“压力释放阀”。此外，美国的“安全阀”通常在欧洲指的是全行程安全阀。 美国采用ASME / ANSI PTC25.3标准，定义了下列一些专业术语： 压力释放阀 - 弹簧负载型压力释放阀开启，释放多余的压力，当恢复正常条件时，重新关闭以阻止 介质继续流出。具有快速开启突跳作用的特性，或开启高度与压力的增加成正比。根据设计、调整或 应用的不同，可以用于压缩或不可压流体。 这是通称，包含了安全阀、泄放阀和安全泄放阀。 安全阀 - 一种由进口介质静压力驱动的压力释放阀，其特征为迅速地全开，或具有突跳的动作。安 全阀主要适用于可压缩气体，特别是蒸汽和空气的场合。但也可用于制程场合，保护设备或防止加工 产品的损坏。 泄放阀 - 一种由进口介质静压力驱动的自动泄压装置，其开启度与超过开启压力的压力增长成正比。 泄放阀主要用于液体系统，特别是低排量和热膨胀的场合。也适合于泵送系统，如压力溢流设备。 安全泄放阀 - 一种自动泄压装置，具有快速开启或突跳作用的特性，或者根据不同的应用，开启度 与超过开启压力的压力增长成正比，可以用于液体或可压缩流体。 通常，安全泄放阀用于可压缩气体系统时作为安全阀使用，但用于液体系统时就作为泄放阀动作，开 启高度与超压成比例。
蒸汽和冷凝水系统手册-第15章减温
mcw =
式中: mcw = ms hs hd hcw = = = = 冷却水的质量流量 过热状态的焓 (kJ / kg) 减温后状态的焓 (kJ / kg)
ms(hs-hd) (hd-hcw)
公式15.1.1
(kg / h)
过热蒸汽的质量流量 (kg / h)
冷却水在进口状态下的焓 (kJ / kg)
mcw =
mcw =
ms(hs-hd) (hd-hcw)
10000×(3052-2791) (2791-630)
公式15.1.1
= 1208 kg/h 注意减温后蒸汽的流率为： 10000 + 1208kg /h = 11208kg/h 假如需要减温后蒸汽的流率为10000kg/h，使用简单的比例算法可以得到需要初始的过热蒸汽的流率 为： 10000 11208 = ms 10000
实例 15.1.1 根据下表参数确定需要的冷却水流量： 压力 蒸汽供给 温度 流量 冷却水供给 所需的蒸汽状态 压力 温度 压力 温度 10 bar a 300℃ 10000 kg / h 15 bar a 150℃ 10 bar a 饱和温度 + 5℃
15.1.4
蒸汽和冷凝水系统手册
第15章 减温
基本的减温原理
章节15.1
方法: 可以从蒸汽表直接或采用插值的方法得到必要的信息；表15.1.1和表15.1.2为摘自蒸汽表的相关信息。 另外可以使用斯派莎克网页在线得到相关数据。 表15.1.1摘自蒸汽表 - 饱和水和蒸汽 P Ts vg uf bar a 9 10 11 12 ℃ 175.4 179.9 184.1 188.0 m3 / kg 0.2149 0.1944 0.1774 0.1632 kJ / kg 742 762 780 797 2581 2584 2586 2588 743 763 781 798 ug hf hfg kJ / kg 2 031 2 015 2000 1986 2774 2778 2 781 2784 2.094 2.138 2.179 2.216 hg sf sfg kJ / (kg·K) 4.529 4.448 4.375 4.307 6.623 6.586 6.554 6.523 sg
2-蒸汽和冷凝水系统详解
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蒸 汽 用 汽 设 备－ 伴 热 管 线
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蒸 汽 用 汽 设 备－ 过 程 设 备
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Easiheat: EH-PT-DHW
高温安 全切断
1
蒸汽品质
2
减压阀和安全阀
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蒸 汽 用 汽 设 备－ 非 储 存 式 换热器
水 出 口 (82 °C ) 蒸汽进口
水 进 口 (71 °C) 冷凝水出口
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蒸 汽 用 汽 设 备－ 空 气 加 热 器组
蒸汽
空气加热器组
疏水阀组
垂直安装的 浮球疏水阀组
3
4 管道件
热水供应至设备 热水循环 冷水进入换热机组
蒸汽
冷凝水
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蒸汽和冷凝水系统1
斯 派 莎 克 公 莎 克 公 司 介 绍 Slide 2
蒸汽和冷凝水系统3
斯 派 莎 克 公 司 介 绍 Slide 3
蒸汽应该是高品质的
为 了 最 大 的 出 力， 蒸 汽 到 达 设 备 应 该 具 有 以 下 的 条 件:
疏水阀组 蒸 汽 中 携 带 水 分 则： 水 锤 减 低 设 备 的 出 力 减 低 蒸 汽 的 含 热 量， 增 加 蒸 汽 耗 量 污 染 系 统 及 其 设 备 增 加 锅 炉 的 燃 料
斯 派 莎 克 公 司 介 绍 Slide 5
蒸 汽 使 用 设 备: 储 存 式 换 热 器
•正确的压力和温度 • 干 燥－ 不 能 含 有 水 分 • 干 净－ 污 垢 和 其 它 固 体 物 质 积 聚 在 换 热 面会增加热阻 • 不 能 含 有 空 气－ 空 气 热 阻 很 大， 减 少 传 热
蒸汽和冷凝水系统手册-第8章控制应用
蒸汽和冷凝水系统手册
8.1.5
第8章 控制应用
压力控制应用
章节8.1
气动减压阀
汽水分离器 高压蒸 汽进口 安全阀 低压蒸 汽出口
冷凝水 气动控制器
图8.1.4 气动减压站的布置总图
减压 — 电气
简介： 这些控制系统包括： P+I+D功能来提高变负载工况下的控制的精确性。 可以远程改变设定点，以及实现设定点之间的斜坡变化。 优点: 1. 精确、灵活。 2. 远程设定和显示。 3. 在阀门范围内口径不受限制。 4. 允许50:1的流量调节比 (如球形控制阀)。 5. 动作迅速，对系统的快速改变反应快。 6. 执行器动作有力，满足高压差应用。 缺点: 1. 费用比自作用或气动控制高。 2. 比自作用或气动控制复杂。 3. 需要电信号控制，用于危险区域时费用高。 应用: 要求精确稳定的压力控制的系统，变化的大流量系统或上游变化的高压系统，如灭菌器、高热量输出 的大型换热器设备、主设备减压站。 注意点: 1. 需要提供干净、干燥的压缩空气。 2. 需要熟练工安装设备，并需要仪表类工作人员进行设定和调试。 3. 可以作为复杂控制系统的一部分，如PLC、图表记录仪和SCADA系统。 4. 通常需要考虑故障模式。如在蒸汽系统通常需要在压缩空气失效时弹簧关闭阀门。
冷凝水
图8.1.1 直接作用式自作用减压站布置图
直接作用式自作用减压阀 - 膜片式
简介: 是一种自作用式压力控制器，下游（控制）压力通过膜片同弹簧力相平衡。 优点: 1. 结实耐用。 2. 可承受湿蒸汽和脏蒸汽。 3. 可提供大口径，实现大流量应用。 4. 易于设定和调试。 5. 设计简单，便于维护。 6. 自作用，无需外部动力源。 7. 小口径可实现50:1的压降比，大口径可实现10:1的压降比。 缺点: 1. 大的比例带意味着在负荷改变较大时很难实现对下游压力的精确控制。 2. 采购成本相对较高，但是生命周期使用成本较低。 3. 体积大。 应用: 1. 输送主管。 2. 锅炉房。 注意点: 1. 因为膜片能承受的温度限制相对较低，在蒸汽应用中需要用水封。 2. 因为比例带较大，这种减压阀更适用于蒸汽主管减压，而不是为单个设备进行减压。 3. 波纹管密封阀杆保证零维护和零泄漏。 4. 尽管宽的比例带可以提供稳定的控制，但是在安全阀的设定压力接近设备工作压力时需要特别小心。 5. 可适用于液体应用。 6. 费用比导阀型阀门更高，但是比气动控制系统便宜。
蒸汽和冷凝水系统手册-第11章蒸汽疏水
11.1.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第11章
蒸汽疏水
导言—蒸汽系统为什么要进行疏水
章节11.1
设备性能 考虑完排除空气和冷凝水的基本要求后，我们再来关注一下“设备性能”。简单来讲，除非是特殊设 计而允许积水，一个热交换器要工作性能良好，蒸汽空间内的蒸气必须要干燥、干净，这些都起决于疏水 阀的形式，比如，热静力疏水阀只有在冷凝水冷却到低于饱和温度的某一温度下才会排水。如果冷凝水滞 留在蒸汽空间内，将会减小换热面积，降低换热器性能。在尽可能低的温度点排除冷凝水似乎很好，但大 多数的应用一般都需要在饱和温度点排除冷凝水。这时需要不同于热静力工作原理的疏水阀，通常使用机 械式的或热动力式的疏水阀。 在选择一个特定的疏水阀时，我们需要考虑制程的需要，这通常会决定疏水阀的形式。制程中的蒸汽 和凝水系统的连接方式可能也会影响疏水阀的形式，使之能够在既定环境下高效工作。一旦选定疏水阀的 形式，我们就需要确定其口径，由系统条件和如下参数决定： 蒸汽和冷凝水的最高压力。 蒸汽和冷凝水的工作压力。 温度和流量。 制程中是否有温度控制。 这些参数将在接下来的章节中讨论。 可靠性 经验表明可靠性即为良好的阻汽排水性能，也就是说无需特别关注，就能工作良好。 疏水阀变得不可靠通常有如下原因： 腐蚀 - 由于冷凝水的原因，这可以通过使用特殊的结构材料和改善的给水条件得到解决。 水锤 - 通常是由于疏水阀后的提升，这有时在设计阶段被忽略，经常会引起对其它可靠疏水阀的不 必要的破坏。 污垢 - 在水处理过程中的一些化学物质被蒸汽带出锅炉后积聚，或是管道碎屑影响疏水阀的正常工作。 疏水阀的基本作用就是合乎时宜的排除冷凝水和空气，这就需要对疏水阀的工作原理有清楚的认识。 闪蒸蒸汽 闪蒸蒸汽是由于热的冷凝水由高压系统进入到低压系统中自然闪蒸产生的，这可能会使观测者对疏水 阀的工作状况产生误解。 首先考虑在蒸汽饱和温度和压力下形成的冷凝水的焓 值（查蒸汽表），例如，在7 bar g的压力下， 170.5℃时，冷凝水的焓 值是721kJ/kg，如果该冷凝水排放到大气中，只能以100℃水的形式存在，包含 419 kJ/kg的热焓。而剩下的热量721 - 419即302kJ/kg将蒸发一定比例的水，在大气压下产生一定数量的 蒸汽。 在低压下形成的蒸汽通常被称为闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽的数量可用如下方法计算： 闪蒸蒸汽量 = = = 过剩热量 kJ/kg 低压蒸汽的蒸发焓值 302.0 kJ/kg 2257.0 kJ/kg 0.134 kg/kg 或 13.4% 如果疏水阀排放的冷凝水量为500kg/h，从7 bar g排放至大气中，产生的闪蒸蒸气将为500x0.134 = 67kg/h。相当于38kW的热量损失。 这说明，相当一部分的能量在蒸汽 - 冷凝水系统的热平衡中损失掉了。如果它能够被收集和利用，则 可以大大增加系统的效率。
蒸汽和冷凝水系统手册-第2章蒸汽工程和传热-2.9
Q = UA∆T 罐体表面的散热损失
热量仅在表面与环境之间存在温差的时候才会发生热传递。
公式2.5.3
图 2.9.1 给出的是裸露的钢制平板表面向环境空气散热时的典型的总传热系数。如果罐体的底部没有 暴露在空气中，而是放置在地上，通常，这部分的散热损失可以被忽略。 对25mm的隔热层，换热系数U需要乘以系数0.2 对50mm的隔热层，换热系数U需要乘以系数0.1 图2.9.1中给出的是静止的空气条件下的总的传热系数。
表2.9.3 油罐的总换热系数
罐体位置
油和空气之间的温差 最高达10℃
总换热系数(W/(m2·℃)) 无保温层 6.8 7.4 8.0 8.0 8.5 9.1 6.8 有保温层 1.7 1.8 2.0 2.0 2.1 2.3 -
掩蔽状态
最高达27℃ 最高达38℃ 最高达10℃
暴露状态 地底下
最高达27℃ 最高达38℃ 任何温度
Q=
m cp ∆T t
公式2.6.1
蒸汽和冷凝水系统手册
2.9.5
97
第2章 蒸汽工程和传热
罐体的能量损耗 章节2.9
QM（液体） = mcp∆T 7200 QM（液体） = 1200×3.9×52 7200 QM（液体） = 338kW 1.2 加热水箱材料所需的热量QM（水箱） 水箱厚度 = 钢的体积 = 钢的体积 = 钢的质量 = 钢的质量 = 使用公式2.6.1： 0.015m ((2m×3m×4)+(3m×3m))×0.015m 0.495m3 0.495m3×7850 kg/m3 3886 kg
蒸汽和冷凝水系统手册
2.9.3
95
第2章 蒸汽工程和传热
罐体的能量损耗 章节2.9
水箱:从水面到大气中的散热损失 图2.9.2给出了水面的散热损失与空气速度以及表面温度的关系，在这个图中，1m/s的风速被认为是静止 的，水箱在受保护条件下的风速大约为4m/s，但是水箱放置在室外开放环境下的风速大致认为是8m/s。 图中热损失的单位是W/m2，而不是总的传热系数W/(m2·℃)，这就是意味着要得到总的传热量，需要 再乘以换热面积，但是水与空气之间的温差已经考虑进去了。 图2.9.2中所示的水表面的散热损失因空气湿度的影响并不明显。实践中，曲线的宽度已经包含了整个 湿度范围的影响。但是，图中显示的热损失考虑的空气条件为温度15.6℃，湿度为55%，不同条件下的值可 以从斯派莎克网站上的工程支持中心得到相关内容。 如何从图中得到散热损失，首先从图的上部刻度上找到水面温度，然后向下做垂线与热损失曲线粗（ 红线）线相交。对室内水箱来说，应从交点再做水平线与左边刻度相交。 对室外的水箱来说，根据水箱处理掩蔽状态和暴露状态的不同，从交点处向左或向右，直到与其对应 的状态线相交，然后从此交点做垂直向下的垂线与底部刻度相交得到热损失。 在大多数情况下，从液体表面的散热损失是主要的热损失，在实践中，通常在液体表面覆盖一层塑料 来减少热损失，这层塑料被称为绝热毯，如图2.9.2所示，当水箱放在室外暴露环境下的时候，保温显的更 为重要。 水温(℃)
蒸汽和冷凝水系统手册
蒸汽可以应用在大到石化，小到洗衣店。更多的 应用包括：造纸、纺织、酿造、食品、橡胶和建筑中 的加热和加湿等等。
在很多用户那里，可以同时在空间加热和生产制程 中使用蒸汽。例如在酿造行业中，不同的生产工艺中都 需要用到蒸汽，有直接喷射和盘管加热等不同的应用方 式，如图1.1.8所示。
m 图1.1.7 用于制药工艺设备的洁净蒸汽管道产品 .co 图1.1.8 这些酿造工艺都使用蒸汽 w 蒸汽同时是一种非常安全的流体，它不会产生火花，也就不会导致火灾。很多石化工厂采用蒸汽灭火
养就能使用30年或更长的时间。从锅炉房到蒸汽使用
x 设备，这些现代化的蒸汽设备都能实现自动化，大大
减少了人工成本。成熟的能量监测系统能够保证设备
高效运行，所有的这些因素都会使得蒸汽系统能够维
f 持较低的使用成本。
图1.2.1
Q. 如果安装了蒸汽系统如何充分的利用该系统呢？
z 蒸汽使用广泛，可用于空间加热、复杂的制程和灭菌。以医院作为例子，蒸汽是非常理想的能源，因为
锅炉燃料可以根据不同的要求来选择，包括可燃废料，这可以使供热的蒸汽锅炉更加符合环境的要
求。集中供热的锅炉可以利用低价格的可中断燃气，因为任何合适的备用燃料都可以被储存起来以备
燃气中断时使用。
高效的热回收系统实际上可以消除排污损耗，将有价值的冷凝水回收到锅炉房可以增加蒸汽和冷凝水
系统的总效率。
越来越普遍的热电联产系统证明了蒸汽系统对当今环境和节能工业的重要作用。
. 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
在很多用户那里，可以同时在空间加热和生产制程 中使用蒸汽。例如在酿造行业中，不同的生产工艺中都 需要用到蒸汽，有直接喷射和盘管加热等不同的应用方 式，如图1.1.8所示。
m 图1.1.7 用于制药工艺设备的洁净蒸汽管道产品 .co 图1.1.8 这些酿造工艺都使用蒸汽 w 蒸汽同时是一种非常安全的流体，它不会产生火花，也就不会导致火灾。很多石化工厂采用蒸汽灭火
养就能使用30年或更长的时间。从锅炉房到蒸汽使用
x 设备，这些现代化的蒸汽设备都能实现自动化，大大
减少了人工成本。成熟的能量监测系统能够保证设备
高效运行，所有的这些因素都会使得蒸汽系统能够维
f 持较低的使用成本。
图1.2.1
Q. 如果安装了蒸汽系统如何充分的利用该系统呢？
z 蒸汽使用广泛，可用于空间加热、复杂的制程和灭菌。以医院作为例子，蒸汽是非常理想的能源，因为
锅炉燃料可以根据不同的要求来选择，包括可燃废料，这可以使供热的蒸汽锅炉更加符合环境的要
求。集中供热的锅炉可以利用低价格的可中断燃气，因为任何合适的备用燃料都可以被储存起来以备
燃气中断时使用。
高效的热回收系统实际上可以消除排污损耗，将有价值的冷凝水回收到锅炉房可以增加蒸汽和冷凝水
系统的总效率。
越来越普遍的热电联产系统证明了蒸汽系统对当今环境和节能工业的重要作用。
. 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
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。
蒸汽冷凝水系统控制操作规程
蒸汽冷凝水系统控制操作规程
烘缸预热
1各加热组的控制阀关闭，各压力控制、压差控制表在“0”位。
2 缓慢地打开主气管线阀门。
3 缓慢地调整主气压力控制阀，定压在0.5Mpa。
4 开启热泵，调整温度控制表，使温度达到150℃。
5 逐步开启各段压力控制器，使各段压力达到工艺要求。
6 启动各组烘缸。
7 当开动主气电动阀时，各段冷凝水泵即接通电源，并逐台启动，详细检查运行状况。
8 调整各段压差控制器，到达工艺要求。
9 检查1#—7#烘缸的压差，其温升符合干燥曲线要求。
10 引纸。
运行管理
1 根据纸的质量情况，可随时调整各加热段的蒸汽压力。
2 按生产情况，可随时调整干燥曲线。
3 观察各冷凝水罐，使其在合理的位置上。
停机
1 断料后，干燥部仍应保持运转状态。
2 温度控制给定值，下降为“0”，相应的阀门关闭。
3 主阀逐步关闭，并保留排水压力。
4 运行30分钟后，主阀全部关闭。
5 冷凝水泵全部停止。
6 停止烘缸运行。
维修周期
各泵的过滤器每4—6周清洗一次。
各泵的润滑点每半年加一次油，每一年换一次油。
各泵的填料要随时检查，一般情况下三个月更换一次。
视镜要保持清洁，必要时更换。
蒸汽和冷凝水系统手册-第4章流量计量
运动黏度(υ) =
式中：
动力黏度(µ) x 103 密度(ρ)
式4.1.2
υ = 运动黏度，单位是m2/s； µ = 动力黏度，单位是Pa·s； ρ = 密度，单位是kg/m3。
例 4.1.2 在例4.1.1中，油的密度是920 kg/m3 - 这样可计算出它的运动： 运动黏度(υ) = 920 雷诺数 (Re) 上述参数对流体在管道内的流动影响很大，将它们组合在一起即可得到描述流体特性的无量纲，雷诺 数(Re)。 1.05 x 103 = 1.14m2/s
如果饱和蒸汽系统的雷诺数（Re）小于10000，那么流体可能处于层流或过度流阶段。 在层流状态时，流体的压力降与其流量成线性关系。 当雷诺数（Re）大于10000时，流体的流动为湍流。 在湍流状态时，流体的压力降与其流量的平方根成正比。 为了精确计量蒸汽流量，一致性条件非常重要，对于饱和蒸汽通常规定其最小雷诺数为（Re）1 x 105 = 100000。 相反，当雷诺数超过（Re） 1 x 106，由于管道摩擦引起的压力损失非常明显，因此这通常也是流体流 动的最大雷诺数。 例 4.1.5 根据以上信息，计算10barg饱和蒸汽在100mm管道内湍流流动时的最大和最小流量。
饱和水和饱和蒸汽的密度都随着温度的变化而变化，如图4.1.1。
1000
密度(ρ)( kg/m3)
900
饱和水
800
700
0
50
100
150
温度(℃)
200
250
300
注：饱和蒸汽的密度随温度上升而增加(它是一种可压缩性气体)，而饱和水的密度随温度上升而下降 (液体会膨胀)。
50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 温度(℃) 200 250 300 饱和蒸汽
蒸汽和冷凝水系统手册-第14章冷凝水回收
确定一年内冷凝水回收的价值
第1部分 - 确定燃料费用 利用公式2.1.4计算1 kg冷态补给水温升80℃所需要的热量。
公式2.1.4
式中: Q = 热量 (kJ)； m = 质量 (kg)； cp = 比热 (kJ /(kg·℃))； ∆T = 温升 (℃)。 1 kg x 4.19 kJ / (kg·℃) x 80℃= 335 kJ/kg 那么一年就是10000 kg/h x 335 kJ/kg x 8 400 h/a = 28 140 GJ/a 如果锅炉的平均效率为85%, 需要加热补给水的热量为: = 33106GJ/a 0.85 燃料费用￡2.77/GJ，则冷凝水中所含的热量价值为： 年燃料费用=331.6GJ/a×￡2.77/GJ=￡91704 第2部分 - 确定水的费用 如果没有冷凝水回收则每年需要补充的水量为 8400h x 10000kg/h 1000kg/m3 如果水的费用为￡0.61/m3，则一年的水费为： 84000m3/年×￡0.61/m3=￡51240 = 84000 m3/a 28140GJ/a
下面的例子说明了冷凝水回收所带来的经济效益。
例 14.1.2
锅炉: 10000kg/h每天工作24h, 7天/周和50周/a (8400h/a)。 未经净化的补给水约为10℃，而冷凝水的排放温度为90℃。 未净化的水费为￡0.61/m3，排放费用为￡0.45/m3。 锅炉效率为85%，使用天然气为￡0.01/kWh (￡0.77/GJ)。 注：￡ = 英镑
冷凝水不仅含有一定的热量，而且是蒸馏水，很适合用做锅炉给水。高效的蒸汽系统将回收这些冷凝 水到除氧器、锅炉给水箱或用于其它制程。只有冷凝水污染后，水才不能回收到锅炉。即使是污染的冷凝 水，也还可以用于其它加热制程，在排放之前应充分利用其所含有的热量。 冷凝水通过疏水阀从压力相对较高的用汽设备中排出，由于疏水阀出口压力较低，一部分冷凝水 就会闪蒸成闪蒸蒸汽（又称二次蒸汽）。闪蒸蒸汽的比例由蒸汽和冷凝水中所含有的热量决定，一般闪蒸 蒸汽的质量占高压冷凝水的10%~15%（2.2节），但是闪蒸蒸汽的体积会很大，7 bar g的冷凝水排至大 气压下，其中13%会闪蒸成蒸汽，其占有的空间比冷凝水大200倍，这样疏水阀后的管道口径就需要比阀 前的管道大。 例14.1.1计算闪蒸蒸汽的量 7 bar g热的冷凝水含有721kJ/kg的热量，排放至大气环境中时(0 bar g)，每千克水只能含有419kJ的 热量，多余的热量为721-419=302kJ，这部分热量就会闪蒸成蒸汽，其数量由多余的热量占低压下蒸发焓 的百分比所决定。在该例中，大气压下的蒸发焓为2258kJ/kg。 因此，在此例中，闪蒸蒸汽所占的百分比为 = 2258 闪蒸蒸汽的量为 = 13.4% 关于闪蒸蒸汽我们已在2.2节什么是蒸汽？中做了较深入的阐述。除计算方法，还可以通过常用一个简 单的曲线图（见图14.13）来确定闪蒸蒸汽的比例。 例:使用图14.1.3得出闪蒸蒸汽的比例。 疏水阀前压力 = 4 bar g 闪蒸蒸汽压力 = 0 bar g 闪蒸蒸汽百分比 = 10% 302 ×100%
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。
蒸汽和冷凝水系统手册(换热器)-13
荷时换热器的算术平均温差为120℃-50℃ = 70℃。
c 考虑当制程的负荷降低到2/3时，
满负荷时，水的温升为20℃。
. 如果负荷降低到原先的2/3 ，出口的水温仍为60℃，这意味着水的温升会降低到20℃的2/3。
因此：
在2/3负荷时，水的温升为 2/3×20℃ = 13.3℃
w 水的入口温度上升为 60℃-13.3℃ = 46.7℃
. 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
w 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。
m 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。
o 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。
c 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
. 化时，这种现象更加严重。 在制程应用中，以上一系列现象会危害产品质量，造成质量不稳定。 w 增加腐蚀的可能性 积聚的冷凝水的温度会比蒸汽温度低得多。二氧化碳和氧气更容易溶解在冷水中。由于不当的锅炉水 x 处理，锅炉在产生蒸汽时，二氧化碳也会不断产生，二氧化碳通常会由蒸汽携带至换热器处。二氧化 碳溶解到水中时形成碳酸，造成腐蚀。原水中存在的氧气，如果不能通过水处理工艺完全去除掉，同 样也会被蒸汽携带。溶解在水中，同样也具有很强的腐蚀性。 f 当以上两种气体都存在时，腐蚀性会更强。 腐蚀的程度取决于换热器的材料，铜、碳钢或不锈钢等受影响程度各不相同。 z 机械应力 换热器顶部蒸汽空间的高温会使换热器产生膨胀现象，而其底部由于浸泡在低温的冷凝水中其作用恰 b 恰相反，会使换热器发生收缩现象。不均匀的膨胀和收缩在使换热器的材料形成机械应力，特别是对 一些焊接，钎焊或胀接的板式、管壳式换热器和空气加热器组。常见的结果是蒸汽会向外泄漏或进入 . 到二次侧空气流中。当积聚的冷凝水水位连续变化，特别是快速变化时，机械应力会更加严重。负荷 变化时，冷凝水的水位会不断变化，控制阀和疏水阀会努力使控制更加稳定。 正确设计的采用垫片密封的板式换热器能够克服应力，更加适合于蒸汽应用。 w 失流最终会导致维护量的增加，降低换热器及其附属设备的使用寿命，从而增加整体的运行费用。
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)
锅炉上配备了很多装置保证锅炉在稳定的压力下安全、经济、高效运行。
给水 锅炉给水的质量至关重要。为了防止对锅炉造成热冲击，给水必须控制在正确的温度，通常在80℃左
右，同时又可以保证锅炉高效运行；给水的水质也非常重要，必须保证给水的水质，避免对锅炉造成危 害。
普通未经处理的饮用水并不完全适合于锅炉，它们在锅炉中很快会使炉水发泡并造成结垢，降低锅炉 效率，含水量增加，使蒸汽中杂质增多，锅炉的寿命也会因此缩短。
力限制，另一方面是由于制程的温度限制。 这样就需要使用减压阀。
蒸汽到达用汽点
使用蒸汽的设备多种多样，以下仅介绍几个例子： 夹层锅 - 在食品或其它行业中用大型钢质或铜质锅来加热物料，例如龙虾、果酱还有其它的物料。 这些大型锅周围围绕一个夹层，夹层内充满蒸汽，蒸汽通过锅壁加热物料。 高压釜 - 空间内充满蒸汽，用来消毒，例如医疗器具的消毒；或者用来使物体在高温高压下发生化 学反应，如橡胶的硫化工艺。 加热器组 - 用于空间加热，蒸汽通入加热器机组的盘管中，空气通过该机组的盘管时被加热。 工艺容器加热-浸没在液体中的盘管中通入蒸汽来加热容器中的物质到需要的温度。 硫化机 - 一个大型容器，通入蒸汽用来硫化橡胶。 瓦楞纸机 - 纸板工厂的瓦楞纸工艺中使用的一系列蒸汽加热滚筒。 热交换器 - 用来加热流体供民用或工业使用。
图1.3.7所示的机械泵用来排除设备中的冷凝水，如图所示，蒸汽和冷凝水系统可以形成一个连续的回 路。一旦冷凝水到达给水箱，它就可以被锅炉循环利用。
控制阀 蒸汽
冷凝水返回给水箱
被加热介质 冷凝水 集水箱
设备 空气 蒸汽
冷凝水
机械泵 图1.3.7 冷凝水的排除和回收
能源监测 在节能意识逐渐增加的今天，用户对设备的能量消耗情况进行监测已经的越来越普遍。 蒸汽流量计作为测量蒸汽流量的设备，可以对各个独立的部门或各个设备的蒸汽使用情况进行监测。
给水 锅炉给水的质量至关重要。为了防止对锅炉造成热冲击，给水必须控制在正确的温度，通常在80℃左
右，同时又可以保证锅炉高效运行；给水的水质也非常重要，必须保证给水的水质，避免对锅炉造成危 害。
普通未经处理的饮用水并不完全适合于锅炉，它们在锅炉中很快会使炉水发泡并造成结垢，降低锅炉 效率，含水量增加，使蒸汽中杂质增多，锅炉的寿命也会因此缩短。
力限制，另一方面是由于制程的温度限制。 这样就需要使用减压阀。
蒸汽到达用汽点
使用蒸汽的设备多种多样，以下仅介绍几个例子： 夹层锅 - 在食品或其它行业中用大型钢质或铜质锅来加热物料，例如龙虾、果酱还有其它的物料。 这些大型锅周围围绕一个夹层，夹层内充满蒸汽，蒸汽通过锅壁加热物料。 高压釜 - 空间内充满蒸汽，用来消毒，例如医疗器具的消毒；或者用来使物体在高温高压下发生化 学反应，如橡胶的硫化工艺。 加热器组 - 用于空间加热，蒸汽通入加热器机组的盘管中，空气通过该机组的盘管时被加热。 工艺容器加热-浸没在液体中的盘管中通入蒸汽来加热容器中的物质到需要的温度。 硫化机 - 一个大型容器，通入蒸汽用来硫化橡胶。 瓦楞纸机 - 纸板工厂的瓦楞纸工艺中使用的一系列蒸汽加热滚筒。 热交换器 - 用来加热流体供民用或工业使用。
图1.3.7所示的机械泵用来排除设备中的冷凝水，如图所示，蒸汽和冷凝水系统可以形成一个连续的回 路。一旦冷凝水到达给水箱，它就可以被锅炉循环利用。
控制阀 蒸汽
冷凝水返回给水箱
被加热介质 冷凝水 集水箱
设备 空气 蒸汽
冷凝水
机械泵 图1.3.7 冷凝水的排除和回收
能源监测 在节能意识逐渐增加的今天，用户对设备的能量消耗情况进行监测已经的越来越普遍。 蒸汽流量计作为测量蒸汽流量的设备，可以对各个独立的部门或各个设备的蒸汽使用情况进行监测。
蒸汽和冷凝水系统手册-第10章蒸汽分配
第10章 蒸汽分配
蒸汽分配系统介绍
章节10.1
10.1
蒸汽分配系统介绍
蒸汽和冷凝水系统手册
10.1.1
第10章 蒸汽分配
蒸汽分配系统介绍
章节10.1
蒸汽分配系统介绍
蒸汽分配系统是蒸汽源和用汽设备之间必不可缺的连接部分。 本章我们将讨论从蒸汽源到使用点的蒸汽分配过程。蒸汽源可以来自于锅炉房或者热电联产。锅炉可以 是燃煤、燃油和燃气的锅炉，也可以是余热锅炉(使用高温过程产生的废气，或者发动机甚至是焚化炉)。无 论汽源如何，为了在用汽点得到高品质的蒸汽(正确的蒸汽量和压力)，高效的蒸汽分配系统是关键所在。蒸 汽系统的安装和维护也是非常重要的问题，这些必须在设计阶段就给予充分的考虑。
表10.2.1 管道标准和实际内径的比较
在英国，如果不是法兰连接而是螺纹连接的管道按照BS 1387标准（钢管和其它用于BS21管螺纹标 准的管材）。通常以“蓝色带”和“红色带”作为参考，这也是管道等级确认标志。不同的颜色代表了特 定的管道等级。 红色带，表示重级，常用于蒸汽管道。 蓝色带，表示中级，通常用于空气分配管道，有时也用于低压蒸气系统。 颜色标记带大约50mm宽，在管道上的位置也可表明管道的长度。短于4m的管道只有一个在管道末端 的颜色带标记，4~7m长的.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第10章 蒸汽分配
管道和管道选型
章节10.2
管道选型
任何流体输送系统的目的都是在正确的压力下把流体输送至使用点。因此随之而来的一个重要的因素 就是经过输送系统的压力降。 液体 第4章流量计中讨论了伯努利定理（Daniel Bernoulli 1700-1782）。在此基础上，D Arcy（D Arcy Thompson 1860-1948）指出流体要产生流动，在点1的能量必须比点2的能量多（见图10.2.3）。能量之 差用来克服管道和流动流体之间的摩擦阻力。 hf h1 h2
蒸汽分配系统介绍
章节10.1
10.1
蒸汽分配系统介绍
蒸汽和冷凝水系统手册
10.1.1
第10章 蒸汽分配
蒸汽分配系统介绍
章节10.1
蒸汽分配系统介绍
蒸汽分配系统是蒸汽源和用汽设备之间必不可缺的连接部分。 本章我们将讨论从蒸汽源到使用点的蒸汽分配过程。蒸汽源可以来自于锅炉房或者热电联产。锅炉可以 是燃煤、燃油和燃气的锅炉，也可以是余热锅炉(使用高温过程产生的废气，或者发动机甚至是焚化炉)。无 论汽源如何，为了在用汽点得到高品质的蒸汽(正确的蒸汽量和压力)，高效的蒸汽分配系统是关键所在。蒸 汽系统的安装和维护也是非常重要的问题，这些必须在设计阶段就给予充分的考虑。
表10.2.1 管道标准和实际内径的比较
在英国，如果不是法兰连接而是螺纹连接的管道按照BS 1387标准（钢管和其它用于BS21管螺纹标 准的管材）。通常以“蓝色带”和“红色带”作为参考，这也是管道等级确认标志。不同的颜色代表了特 定的管道等级。 红色带，表示重级，常用于蒸汽管道。 蓝色带，表示中级，通常用于空气分配管道，有时也用于低压蒸气系统。 颜色标记带大约50mm宽，在管道上的位置也可表明管道的长度。短于4m的管道只有一个在管道末端 的颜色带标记，4~7m长的.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第10章 蒸汽分配
管道和管道选型
章节10.2
管道选型
任何流体输送系统的目的都是在正确的压力下把流体输送至使用点。因此随之而来的一个重要的因素 就是经过输送系统的压力降。 液体 第4章流量计中讨论了伯努利定理（Daniel Bernoulli 1700-1782）。在此基础上，D Arcy（D Arcy Thompson 1860-1948）指出流体要产生流动，在点1的能量必须比点2的能量多（见图10.2.3）。能量之 差用来克服管道和流动流体之间的摩擦阻力。 hf h1 h2
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章 Nhomakorabea13.7
失流图 — 适用于二次侧流量恒定和入口温度恒定、出口温度变化的状况
前面的内容都是在假设二次侧流体出口温度不变的情况下加以讨论的。在某些应用中，二次侧出口温 度随时间不同可能会需要变化，这同样也会影响换热器的负荷并造成换热器失流。
这种二次侧出口温度变化的情况通常会发生在制程应用中，同时也有一些容积式换热器根据环境温度 的改变也会改变其二次侧出口温度。
于不同的位置。热负荷较高时（设定温度为70℃）失流点约为33%（点F1）；当负荷较低时（设定温度为
60℃）失流点约为55%（点F2）。
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温度(℃)
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负荷百分比
图13.7.5 失流点的变化
必须注意的是以上所对应的负荷百分数是基于不同的负荷的。在例13.7.1中，当二次侧出口设定温度
314 kW × 3600 s/h
0.3333 ×
= 167 kg/h (计算法为168kg/h)
2257 kJ/kg
当二次侧出口设定温度为60℃时： 满负荷时的换热量为251kW，失流发生时的负荷约为满负荷的55.55%。
251 kW × 3600 s/h
0.5555 ×
= 220 kg/h (计算法为223kg/h)
T1 = Ts - [ TDC (Ts - T2) ]
在较高的设定温度时, T2 = 70℃ T1 = 100 - [1.555 (100 - 70)] T1 = 100 - [1.555 (30)] T1 = 100 - 46.7 T1 = 53.3℃ 较低的设定温度, T2 = 60℃ T1 = 100 - [1.555 (100 - 60)] T1 = 100 - [1.555 (40)] T1 = 100 - 62.2 T1 = 37.8℃
2257 kJ/kg
从上面的计算我们很容易可以发现，当设定温度降低时，换热器发生失流时的负荷反而增加了。 从图13.7.6所示的失流图上可以看出两种不同设定温度下失流发生的二次侧流体入口温度，这对诊断 换热器是否发生失流很有帮助。
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温度(℃)
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使用失流图说明设定温度降低造成的影响。 图13.7.1的失流图给出了设定温度为70℃时，二次侧的温度线CB和对应的蒸汽温度线AB。 ���
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热负荷百分比
图13.7.1 满负荷工况 — 设定温度为70℃
13.7.4
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.5
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
在图13.7.4上绘出背压所对应的温度线HJ（100℃），这样就可能得出当设定温度为60℃下换热器发生 失流时对应的二次侧流体入口温度。
失流发生时的负荷约占满负荷的55%（点F），此时二次侧流体的入口温度约为38℃（点G）。
章节13.7
式中: A = 设定温度为60℃下，满负荷时的蒸汽温度(TS)； B = 二次侧流体的出口温度 (T2)； D = 背压所对应的饱和蒸汽温度 (T(背压))。
D-B
失流负荷百分比 =
×100
A-B
100 -60
失流负荷百分比 =
×100
132 -60
40
失流负荷百分比 =
×100
72
失流负荷百分比 = 55.55(失流系数 0.5555)
失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 =
D-B ×100
A-B 100 -70
×100 160 -70 30
×100 90 33.33 (失流系数 0.3333)
设定温度为70℃时
满负荷时（Q） = m cp ∆T (kW) 满负荷时（Q） = 1.5 kg / s x 4.19 kJ/kg℃ x (70 - 20) ℃ 满负荷时（Q） = 314 kW
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负荷百分比
图13.7.6 两种失流工况下不同的介质温度入口
当设定温度为70℃时，二次侧入口温度上升为53℃时(点G1)，换热器会发生失流； 当设定温度为60℃时，二次侧入口温度上升为38℃时(点G2)，换热器会发生失流； 当然，可以通过公式13.2.4验证以上结果。
设定温度为60℃时
满负荷时（Q） = m cp ∆T (kW) 满负荷时（Q） = 1.5 kg / s x 4.19 kJ/kg℃ x (60 - 20) ℃ 满负荷时（Q） = 251 kW
失流时热负荷 = 0.5555 x 251 kW 失流时热负荷 = 140 kW
冷凝水排向大气环境，大气压力下饱和蒸汽的蒸发焓hfg为2257 kJ/kg. 140 kW×3600 s/h
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
13.7
失流图 — 适用于二次侧流体 流量和入口温度恒定、 出口温度发生变化的状况
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.1
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
的压力表显示此时换热器内蒸汽空间的压力为5.2 bar g（Ts=160℃）。设备后冷凝水管向下排放到一个 开式的冷凝水集水罐（T(back)=100℃）。
如果二次侧出口的设定点降低到60℃，失流点会发生何种变化，失流时的蒸汽负荷是多少？ 计算设定点降低所造成的影响
首先根据满负荷时的工作条件采用公式13.2.2计算换热器的温度设计常数（TDC）：
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温度(℃)
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负荷百分比
图13.7.2 确定蒸汽温度 — 设定点改为60℃ 线DE与左侧纵轴的交点为132℃（点E）， 这就是二次侧流体流量不变，设定温度降低至60℃时需要的
蒸汽温度。线DE代表设定温度为60℃时，换热器内的蒸汽温度。 一旦确定此时的蒸汽温度为132℃，就可以在新的失流图上重新画出蒸汽温度线DE，代表温度从132℃降低
如果换热器二次侧的出口温度（设定温度）最高时所需的热负荷最大，则当设定点温度降低时，热负 荷也会随之降低。
从以下的计算可以看出，设定点的降低会增加失流的可能性。一旦知道设计条件，我们不仅可以通过 计算，还可以通过失流图来得出设定点降低所造成的影响。
例 13.7.1 最初，换热器二次侧的水流量为1.5L/s，经过换热器后从20℃加热至70℃，换热器蒸汽侧入口处安装
公式13.2.4
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.7
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
总结 从以上的信息可以得知，设定点温度降低时失流负荷反而增大。事实上，随着设定温度的不断降
低，失流负荷会逐渐增大，直至换热器内的压力降低到和冷凝水管道内的背压相同。我们同样可以利 用图13.7.7所示的失流图预测当设定温度降低到何种程度时，换热器内会一直发生失流。在此例中，当换 热器内的蒸汽压力降低与冷凝水管道背压相同时，也就是换热器内温度降低到100℃（点K）时，换热器内 会一直发生失流。
失流负荷百分比
=
D-B A-B
公式13.5.1
13.7.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
式中: A = 设定温度为70℃下满负荷时的蒸汽温度(TS)； B = 二次侧流体的出口温度(T2)； D = 背压所对应的饱和蒸汽温度 (T(背压))。
到60℃；以及二次侧温度线CD，代表温度从20℃上升到60℃。新失流图13.7.3示出了当设定温度降低到60℃时
的温度变化情况，当二次侧入口温度上升到60℃时，换热器的负荷就降低为零。
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温度(℃)
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负荷百分比
图13.7.3 蒸汽和二次侧曲线 — 设定点为60℃
可以使用公式13.2.3可以计算任何负荷下的蒸汽温度：
Ts
=
(T2 x TDC) - T1 TDC - 1
式中： TS = 蒸汽温度 (℃)； T2 = 二次侧流体出口温度(60℃)； TDC = 温度设计常数(1.555)； T1 = 二次侧流体的入口温度(20℃)。
Ts =
Ts =
Ts =
(60×1.555)-20 1.555-1
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温度(℃)
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失流图 — 适用于二次侧流量恒定和入口温度恒定、出口温度变化的状况
前面的内容都是在假设二次侧流体出口温度不变的情况下加以讨论的。在某些应用中，二次侧出口温 度随时间不同可能会需要变化，这同样也会影响换热器的负荷并造成换热器失流。
这种二次侧出口温度变化的情况通常会发生在制程应用中，同时也有一些容积式换热器根据环境温度 的改变也会改变其二次侧出口温度。
于不同的位置。热负荷较高时（设定温度为70℃）失流点约为33%（点F1）；当负荷较低时（设定温度为
60℃）失流点约为55%（点F2）。
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负荷百分比
图13.7.5 失流点的变化
必须注意的是以上所对应的负荷百分数是基于不同的负荷的。在例13.7.1中，当二次侧出口设定温度
314 kW × 3600 s/h
0.3333 ×
= 167 kg/h (计算法为168kg/h)
2257 kJ/kg
当二次侧出口设定温度为60℃时： 满负荷时的换热量为251kW，失流发生时的负荷约为满负荷的55.55%。
251 kW × 3600 s/h
0.5555 ×
= 220 kg/h (计算法为223kg/h)
T1 = Ts - [ TDC (Ts - T2) ]
在较高的设定温度时, T2 = 70℃ T1 = 100 - [1.555 (100 - 70)] T1 = 100 - [1.555 (30)] T1 = 100 - 46.7 T1 = 53.3℃ 较低的设定温度, T2 = 60℃ T1 = 100 - [1.555 (100 - 60)] T1 = 100 - [1.555 (40)] T1 = 100 - 62.2 T1 = 37.8℃
2257 kJ/kg
从上面的计算我们很容易可以发现，当设定温度降低时，换热器发生失流时的负荷反而增加了。 从图13.7.6所示的失流图上可以看出两种不同设定温度下失流发生的二次侧流体入口温度，这对诊断 换热器是否发生失流很有帮助。
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使用失流图说明设定温度降低造成的影响。 图13.7.1的失流图给出了设定温度为70℃时，二次侧的温度线CB和对应的蒸汽温度线AB。 ���
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热负荷百分比
图13.7.1 满负荷工况 — 设定温度为70℃
13.7.4
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.5
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
在图13.7.4上绘出背压所对应的温度线HJ（100℃），这样就可能得出当设定温度为60℃下换热器发生 失流时对应的二次侧流体入口温度。
失流发生时的负荷约占满负荷的55%（点F），此时二次侧流体的入口温度约为38℃（点G）。
章节13.7
式中: A = 设定温度为60℃下，满负荷时的蒸汽温度(TS)； B = 二次侧流体的出口温度 (T2)； D = 背压所对应的饱和蒸汽温度 (T(背压))。
D-B
失流负荷百分比 =
×100
A-B
100 -60
失流负荷百分比 =
×100
132 -60
40
失流负荷百分比 =
×100
72
失流负荷百分比 = 55.55(失流系数 0.5555)
失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 = 失流负荷百分比 =
D-B ×100
A-B 100 -70
×100 160 -70 30
×100 90 33.33 (失流系数 0.3333)
设定温度为70℃时
满负荷时（Q） = m cp ∆T (kW) 满负荷时（Q） = 1.5 kg / s x 4.19 kJ/kg℃ x (70 - 20) ℃ 满负荷时（Q） = 314 kW
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负荷百分比
图13.7.6 两种失流工况下不同的介质温度入口
当设定温度为70℃时，二次侧入口温度上升为53℃时(点G1)，换热器会发生失流； 当设定温度为60℃时，二次侧入口温度上升为38℃时(点G2)，换热器会发生失流； 当然，可以通过公式13.2.4验证以上结果。
设定温度为60℃时
满负荷时（Q） = m cp ∆T (kW) 满负荷时（Q） = 1.5 kg / s x 4.19 kJ/kg℃ x (60 - 20) ℃ 满负荷时（Q） = 251 kW
失流时热负荷 = 0.5555 x 251 kW 失流时热负荷 = 140 kW
冷凝水排向大气环境，大气压力下饱和蒸汽的蒸发焓hfg为2257 kJ/kg. 140 kW×3600 s/h
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
13.7
失流图 — 适用于二次侧流体 流量和入口温度恒定、 出口温度发生变化的状况
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.1
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
的压力表显示此时换热器内蒸汽空间的压力为5.2 bar g（Ts=160℃）。设备后冷凝水管向下排放到一个 开式的冷凝水集水罐（T(back)=100℃）。
如果二次侧出口的设定点降低到60℃，失流点会发生何种变化，失流时的蒸汽负荷是多少？ 计算设定点降低所造成的影响
首先根据满负荷时的工作条件采用公式13.2.2计算换热器的温度设计常数（TDC）：
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负荷百分比
图13.7.2 确定蒸汽温度 — 设定点改为60℃ 线DE与左侧纵轴的交点为132℃（点E）， 这就是二次侧流体流量不变，设定温度降低至60℃时需要的
蒸汽温度。线DE代表设定温度为60℃时，换热器内的蒸汽温度。 一旦确定此时的蒸汽温度为132℃，就可以在新的失流图上重新画出蒸汽温度线DE，代表温度从132℃降低
如果换热器二次侧的出口温度（设定温度）最高时所需的热负荷最大，则当设定点温度降低时，热负 荷也会随之降低。
从以下的计算可以看出，设定点的降低会增加失流的可能性。一旦知道设计条件，我们不仅可以通过 计算，还可以通过失流图来得出设定点降低所造成的影响。
例 13.7.1 最初，换热器二次侧的水流量为1.5L/s，经过换热器后从20℃加热至70℃，换热器蒸汽侧入口处安装
公式13.2.4
蒸汽和冷凝水系统手册
13.7.7
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
总结 从以上的信息可以得知，设定点温度降低时失流负荷反而增大。事实上，随着设定温度的不断降
低，失流负荷会逐渐增大，直至换热器内的压力降低到和冷凝水管道内的背压相同。我们同样可以利 用图13.7.7所示的失流图预测当设定温度降低到何种程度时，换热器内会一直发生失流。在此例中，当换 热器内的蒸汽压力降低与冷凝水管道背压相同时，也就是换热器内温度降低到100℃（点K）时，换热器内 会一直发生失流。
失流负荷百分比
=
D-B A-B
公式13.5.1
13.7.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第13章 冷凝水的排除
失流图—适用于二次侧流体流量和入口温度恒定，出口温度发生变化的状况
章节13.7
式中: A = 设定温度为70℃下满负荷时的蒸汽温度(TS)； B = 二次侧流体的出口温度(T2)； D = 背压所对应的饱和蒸汽温度 (T(背压))。
到60℃；以及二次侧温度线CD，代表温度从20℃上升到60℃。新失流图13.7.3示出了当设定温度降低到60℃时
的温度变化情况，当二次侧入口温度上升到60℃时，换热器的负荷就降低为零。
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负荷百分比
图13.7.3 蒸汽和二次侧曲线 — 设定点为60℃
可以使用公式13.2.3可以计算任何负荷下的蒸汽温度：
Ts
=
(T2 x TDC) - T1 TDC - 1
式中： TS = 蒸汽温度 (℃)； T2 = 二次侧流体出口温度(60℃)； TDC = 温度设计常数(1.555)； T1 = 二次侧流体的入口温度(20℃)。
Ts =
Ts =
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(60×1.555)-20 1.555-1
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