凝结水疏水系统设计应注意的几个问题

凝结水疏水系统设计应注意的几个问题

论文作者：徐文忠亓玉栋姜作校发表时间：2004年11月18日

摘要：本文对凝结水疏水系统设计过程中应注意的几个问题进行了分析，并提出了合理的设计方法。

关键词：疏水管路设计疏水器初选疏水能力校核

1 前言

在以蒸汽为热媒的换热系统的设计中，疏水系统的合理设计对换热系统的正常运行起着非常重要的作用。笔者对本市部分换热站进行了调查，发现换热系统达不到设计出力的状况非常普遍。究其原因，笔者认为在很大程度上是由于疏水系统设计不合理造成的。其不合理性主要表现为疏水系统疏水能力的不足。疏水系统疏水能力的不足，将引起凝结水在换热器内积存水位升高，从而导致蒸汽凝结换热面积的减少和凝水过冷换热面积的增加。由于蒸汽凝结换热面的换热系数远大于凝水过冷换热面的换热系数，故必将导致换热器换热能力的大幅度下降。那么，在

换热系统设计中应考虑哪些因素才能保证凝结水由疏水系统顺利及时地排出呢?下面就这个问题，结合笔者本人的工程实践经验，提出自己的看法，以供设计者参考。

2 疏水系统设计应注意的问题

2．1 疏水管路的设计

在疏水管路中，冷凝水的流动现象有满管过冷态单相流动、满管汽水乳状混合流动、满管汽水分层两相流动等，各种流动现象产生的条件也不相同。进行疏水管路的设计，首先要搞清凝水在疏水管路各段中的状态，然后根据相应的流动模型，选择与之相应的管路设计的计算方法。分析如下；

(1)满管过冷态单相流动

在换热器中凝结水过冷度较大时，尽管凝水在管路中压力不断降低，凝水过冷度不断减小，但凝水

流至疏水管路末端时仍存在一定过冷度。在这种情况下，疏水管路中凝水的流动即为满管过冷态单相流动。

如图1所示，设计状态下换热设备人口蒸汽压力为Po，疏水器阀前凝水压力为P1，阀后凝水压力为P2，凝水箱内凝水压力为P3，换热设备出口凝水温度为t1，P3对应的饱和温度为ts。在疏水管路保温良好的条件下，可近似认为疏水管路上各处温度均为t1。此时，若存在tg>h，则管道内凝水将一直处于过冷状态，为满管过冷态单相流动。

对于满管过冷态单相流动，应按单相流动的计算公式或相应图表进行疏水管路的设计计算。具体计算方法参见文献。

(2)满管汽水乳状混合两相流动

当换热器中冷凝水的过冷度较小，疏水管路中水流速较大时，随着流体阻力损失的增大，流体压力越来越小，以至在疏水管路中的某一截面处，冷凝水将达到饱和状态。在其后的管路中，由于凝水的流速较高，将出现满管的汽水乳状混合两相流动。

对于满管汽水乳状混合两相流动，应按均相流动模型的计算公式或图表进行疏水管路的设计计算。具体计算方法参见文献.

(3)满管汽水分层两相流动

当换热器中冷凝水的过冷度较小，疏水管路中水流速亦较小时，随着流体阻力损失的增大，流体压力越来越小，在疏水管路中的某一截面处，冷凝水将达到饱和状态。在其后的管路中，由于凝水流速较低，将出现汽水分层的两相流动。

对于满管汽水分层两相流动，应按分相流动模型的计算公式或相应图表进行疏水管路的设计计算。具体计算方法参见文献.

2．2 疏水器的选择

疏水器的合理选择对凝结水及时地从换热器和疏水系统排出起着非常关键的作用。目前，很大一部分工程技术人员在选择疏水器时，简单地根据疏水管道的管径选择相应管径接口的疏水器。这种作法是不合理的。选择疏水器的最重要的指标应该是其疏水能力，因而疏水器的排水量应作为选择疏水器的依据。

2．2。1 疏水器的初选

如图1所示的疏水系统，设系统的理论排水量为Co，疏水器的设计排水量为G1，疏水器的选择倍率为K，则

G1=K·Go

按设计排水量G1，分别根据上述相应的疏水管路的计算方法，确定出疏水器阀前及阀后压力P1、P2，则

△P=P1-P2

根据△P和G1，结合疏水器样本或产品手册给出的性能参数表，即可初选出疏水器。

2．2．1 选择倍率K的确定

由以上分析可以看出，K值的确定对疏水器的选择有很大影响。因而，合理地确定K值对换热系统的正常运行及疏水系统减少投资具有重要意义。

确定K值时应考虑以下因素；

(1)安全因素：即要考虑换热系统的可调节性。系统的理论计算与实际运行状况总会存在差异，同时运行工况也不可能一成不变。如提高换热设备出力时，凝水量会相应增加，因而要求疏水器的设计排水能力也相应增加。

(2)使用因素：换热设备在低压力，大荷载的情况下启动，或需要迅速加热用汽设备时，系统的凝结水量将远大于设备正常运行时凝结水量，因而要求疏水器的设计排水能力相应增大。

此外，对间歇工作的疏水器，选择倍率应适当，以避免疏水器间歇频率太大，导致阀孔和阀座很快

磨损。

对供暖用换热系统而言，设计规范中K的推荐值为2—4。笔者认为该值可适当减小，按1．1—2选取较为合适。因为供暖系统不同于生产工艺用换热系统，它对温升速度没有较高要求，故疏水器的排水量只要满足换热系统设计工况的要求即可。而对于生产工艺用换热系统，由于对换热表面温升及温度均匀度要求较高，系统负荷变动较大，因而需选用较大的K值。

2．2．2 疏水器设计压差AP的确定

在确定疏水器设计流通能力G1下的△P时，必须首先确定出P1、P2.

对于PI的取值，设计规范和设计手册中的推荐值为0．95Po。笔者认为一概这样处理有时会产生较大误差，因此建议应区分不同的情况来处理。当换热设备的凝水出口与疏水器间管路的阻力损失△h1及换热设备内最低凝结水位与疏水器安装扃度的差值△Z1均较小而可以忽略时,P1可取规范和手册中的推荐值；当△h1和△Z1不能忽略时，P1值应按下式确定：

P1=0.95Po+△Z1。

其中，换热设备丙最低凝结水位高于疏水器安装高度时，△Z1取正常值，反之△Z1取负值。

对于P2的确定，则应考虑疏水器后凝结箱内的背压P3、疏水器与凝结水箱间的管路损失△h2及疏水器安装高度与凝结水箱内最高控制水位间的高度差△Z3等因素。P2值可按下式确定：P2=P3+△h2+△Z2

其中，凝结水箱内最高控制水位高于疏水器安装高度时，△Z2取正值；反之，△Z1取负值。

2．3疏水器排水量的校核

疏水器样本冲绪出的排水量等性能参数，多数是以过冷，态凝水为，流动介质得到的。若在设计排水量下，冷凝水流过疏水器时仍处于过冷态，则无需对疏水器进行校核乙若流经疏水器的凝水被孔口节流时产生二次汽化现象，则由于蒸汽的比容比水的比容要大的多，二次蒸汽通过阀孔时要占去很大一部分孔口面积，因而排水量要比排出过冷水时大为减小，故必须对疏水器的排水能力进行校核。疏水器排水能力的校核按以下公式进行：

式中，d：疏水器的排水阀孔直径，mm；

P：疏水器前后的压力差，Kpa；

Ap：疏水器的排水系数，按文献推荐的数值选用。

若按上式计算的G比疏水器设计排水量G1稍大或近似相等，则疏水器选型合理；若两者相差较大，则需重新选择疏水器，并重新进行校核计算，直至G比G1稍大或近似相等为止。

3 结语

3．1 疏水器应根据疏水器阀前和阀后的设计压差和设计流通能力进行选择，并进行校核。