10 3蒸汽冷凝水要求

过滤器
安装新管道时，会经常在管道内发现铸件砂眼、包装、接头、金属屑、焊渣等碎片，甚至螺栓螺母都 残留在管道内。在老的管路内经常会有铁锈，在水质较硬的区域还容易沉淀碳酸盐水垢。有时水垢变得松 动，随流动的蒸汽沿着管道进入用汽设备。这将造成阀门无法正常的开启/关闭。同时由于抽丝现象 — 蒸 汽和水的混合物高速通过一个部分开启的阀门所引起的冲蚀作用 — 也会造成用汽设备的永久损坏。一旦 发生了抽丝现象，阀门将无法提供紧密的关闭，即使阀座上的杂质去除以后也是如此。 因此有必要在每个疏水阀、流量计、减压阀和调节阀之前安装与管道同径的过滤器。图10.3.13显示了 一个典型过滤器的剖面图。
集水槽深度 - d2 至少 d2 = 100 mm 至少 d2 = 150 mm 至少 d2 = D
D d2
蒸汽主管
d1
带内置感应器的 浮球式疏水阀 冷凝水回收
图10.3.4 推荐的集水槽尺寸
水锤及其影响
水锤是高速流动的冷凝水丸碰撞管道安装件、阀门或设备时产生的噪声和振动。这说明： 因为冷凝水的流速远远高于正常情况下水的流速，释放出的动能也远远大于正常预期的能量。 水是有密度、不可压缩的流体，碰到阻碍物时没有气体那样有“缓冲”的作用。 当碰到管路系统中阻碍物，如阀门和附件时，水中的能量将被释放。
10.3.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
空气和不凝结性气体排空
干蒸汽
湿蒸汽
分离出的冷凝水通过疏水阀排出
图10.3.12 汽水分离器的剖面图
作为通则，如果管道内蒸汽流速在一个合理的限制范围以内，汽水分离器可按管道口径选型（汽水分 离器将在第12.5章节讨论）。 汽水分离器既可排除管壁上的水滴，也能排除悬浮于蒸汽中的水雾。蒸汽主管上安装汽水分离器可消 除水锤现象的产生和影响，也要比增加管道口径和布置集水槽价格便宜一些。 通常在控制阀和流量计之前推荐安装汽水分离器。蒸汽主管从外部进入建筑物之前安装汽水分离器也 是明智之选。这将确保外部蒸汽输送系统产生的任何冷凝水被排除，内部系统得到的是干燥的蒸汽。同时 当内部用汽需要监测和收费计量时这也同等重要。
10.3.8
蒸汽和冷凝水系统手册
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
表10.3.2管标号40管道每50m起动负载的蒸汽冷凝量
(kg)
蒸汽 压力 bar g
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 16 18 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100 120
(a) 错误
(b) 正确
图10.3.9 蒸汽取汽点的布置
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10.3.5
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
下降管 当然，分支管道也有低点。最常见的情况是下降管连接至一个截止阀或控制阀（见图10.3.10）。冷凝 水会在关闭的阀门前积聚，当阀门再次打开时，冷凝水会随蒸汽携带出去，因此必须在过滤器和控制阀之前 的底部位置安装疏水点和疏水阀组。 蒸汽 下降管 截止阀 过滤器 控制阀
加热单元 截止阀
截止阀
疏水阀组
疏水阀组 冷凝水
图10.3.10 为加热单元供汽的下降管布置方式
冷凝水
上升管道和疏水
有很多的情况需要蒸汽主管穿越向上的空间，或者现场情况使得蒸汽管道如前所述按1 ：100向下 的坡度布置不太现实。在这种情况下，冷凝水必须向下与蒸汽反向流动。因此明智的选择是按照不超过 15m/s这样低的蒸汽流速来选型管道，并且管道坡度不低于1 ：40，至少每隔15m布置一个疏水点（见图 10.3.11）。 这样布置的目的是防止管道底部的冷凝水膜厚度增加而被流动的蒸汽携带起来。 管径
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10.3.7
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
A
C
图10.3.13 Y型过滤器的剖面图
蒸汽从进口“A”进入过滤器，经过多孔的滤网“B”，然后从出口“C”流出。蒸汽和水可以很容易 地通过滤网，而杂质不能。阀帽“D”可拆卸下来，使得滤网能被抽取出来进行常规的清洗。排污阀也可 安装在阀帽“D”处以方便日常清洗工作。 但是如前所述，过滤器本身也可能是产生湿蒸汽的来源。为避免这样情况，过滤器应使滤网水平地安 装在蒸汽管道上。 过滤器和滤网将在第12.4章节中详尽讨论。
10.3.2
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第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
蒸汽
流向
冷凝水 疏水阀组
图10.3.2 疏水点布置太小
尽管口径15mm管道的流量足够，但它不可能捕获很多沿蒸汽主管高速流动的冷凝水。这样的布置方 式没有效果。 更可靠的冷凝水排除方式见图10.3.3。蒸汽主管口径在100mm以内时，疏水管道的连接位置应至少在 蒸汽主管集水槽底部25至30mm，对于口径更大的蒸汽主管，距离至少50mm。下部的空间可防止管道杂 质和水垢进入疏水阀。 蒸汽
蒸汽 流速 30 m/s
Fra Baidu bibliotek
1:100下降坡度
蒸汽 流速 15 m/s
30~50 m
增加 度 1: 40下降坡
15 m
下降
30 m/s
15 m
图10.3.11 蒸汽主管的相反坡度
汽水分离器
现代的快装锅炉相对于其体积来说具有很大的蒸发量，但处理负载快速变化的能力有限。此外，如同 在第3章锅炉房中的讲述那样，一些其它的因素，诸如： 不正确的化学给水处理以及/或者TDS控制 瞬时的峰值负载 炉水进入蒸汽主管，使蒸汽带水严重。此时可安装汽水分离器来排除蒸汽中的水分，其剖面如图 10.3.12所示。
蒸汽主管的疏水方式
蒸汽疏水阀是蒸汽分配系统中最有效的冷凝水排放方式。 所选择的蒸汽疏水阀必须按照以下条件满足系统要求： 压力等级 排量 合适性 压力等级 压力等级很容易处理，需要知道或通过计算确定蒸汽疏水阀最大可能的工作压力。 排量 排量，即需要排除的冷凝水流量，可以分为两类：起动负载和运行负载。 起动负载 - 管道首先需要加热到运行温度。已知管道及其连接件的质量和比热容，起动负载可通过 计算得出。相应的，也可使用表10.3.2。 起动负载表给出了50m长的管道加热至工作温度时产生的冷凝水量，50m是两个疏水点之间推荐的最 大距离。 表中显示的单位是千克。为了确定平均的冷凝率，必须考虑起动的时间。例如，如果暖管需要50 kg 的 蒸汽量，要在20min的时间内完成，那么平均的冷凝虑为： 60 min x 50kg 平均冷凝水率 = 20 min 平均冷凝水率 = 150 kg / h 当采用这个排量进行蒸汽疏水阀的选型时，需要记住的是开始暖管阶段主管内的初始压力仅比大气压力 高一点。但是冷凝水量仍然落在一个DN15“低排量”蒸汽疏水阀的疏水范围以内。只有很少的应用， 即系统在非常高的压力（70 bar g以上）以及管道口径很大，才需要更大的疏水排量。 运行负载 - 一旦蒸汽主管达到运行温度，冷凝率主要与管道口径以及保温的材质和厚度有关。 要准确地计算蒸汽主管的运行散热损失，请参考第2.12章节管道和空气加热器的蒸汽耗量。相应的， 为了快速地得到近似的运行负载，可使用表10.3.3，给出了不同压力下每50m保温管道每小时的蒸汽冷凝 量。
流向
集水槽 疏水阀组
图10.3.3 正确选项的疏水点布置
冷凝水
集水槽的底部也可加一个盲口法兰或排污阀，用于清洗目的。 推荐的疏水点集水槽的尺寸见表10.3.1和图10.3.4。
表10.3.1 推荐的集水槽尺寸
主管直径 - D ≤ 100 mm 125 - 200 mm ≥ 250 mm 蒸汽
集水槽直径 - d1 d1 = D d1 = 100 mm d1 ≥ D / 2
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
10.3
蒸汽主管和疏水
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10.3.1
第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
蒸汽主管和疏水
热蒸汽在管道内流动时，一部分热量会传递给周围环境。传递热量的大小取决于第2章“蒸汽工程和传 热”中确定的一些参数，并整理为公式2.5.1。
Q= kA
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10.3.3
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蒸汽主管和疏水
章节10.3
蒸汽 冷凝水 蒸汽 水丸 蒸汽
图10.3.5 “固体状”水丸的形成
水锤的症状包括发出巨大的响声，还有可能出现管道的振动。 在严重的情况下，水锤还会损坏管道和设备，并伴以几乎爆炸的效果，其结果就是在破裂处泄漏蒸汽， 造成极其危险的环境状况。 良好的工程设计、安装和维护可有效地避免水锤现象的产生，这需要更多的实践经验，而不是仅仅选 择正确的设备材质和压力等级就能解决的。 一般情况下水锤的根源来自管道的低点（见图10.3.6）。诸如： 管道的下沉，可能是管道支撑不当。 不恰当的管道同心变径（见图10.3.7） - 应使用偏心变径，底边保持平直。 不正确的过滤器安装 - 过滤器的滤网应当水平安装。 不恰当的蒸汽管道疏水。 不正确的运行情况 - 起机阶段管道冷态时阀门开启过快。 蒸汽 同心缩径 冷凝水 蒸汽 提升管
每隔30~50m
坡度1 :1 00
坡度1 :1
00
蒸汽 疏水阀组
蒸汽
疏水阀组
疏水阀组
冷凝水
冷凝水
冷凝水
疏水点
图10.3.1 蒸汽主管安装图
疏水点必须要保证冷凝水能到达蒸汽疏水阀。因此疏水点的设计和布置必须经过精心的考虑。 还要考虑停机情况下没有蒸汽流动时冷凝水的残留问题。重力作用将使水（冷凝水）沿管道坡度流向 低点，并在低点积聚。蒸汽疏水阀因此应当布置在这些低点的位置。 大口径蒸汽主管在起机阶段形成的冷凝水量较多，需要每隔30m至50m布置疏水点，并且还要布置在 管道天然的最低处，如上升管道的底部。 在正常运行时，蒸汽沿着主管流动的速度会高达145km/h，带动冷凝水一起流动。图10.3.2显示口径 15mm的疏水管道直接连接在主管的底部。
蒸汽 冷凝水 过滤器过滤网在 管道下部
图10.3.6 水锤现象的潜在来源
冷凝水
偏心缩径 正确 蒸汽
冷凝水 错误 蒸汽
冷凝水
同心缩径
图10.3.7 偏心变径和同心变径
10.3.4
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第10章 蒸汽分配
蒸汽主管和疏水
章节10.3
简而言之，通过以下措施可把水锤现象的可能性减少至最低程度。 蒸汽管道应沿着流动方向布置向下的坡度，每间隔一段距离以及在最低点安装疏水点。 在所有疏水阀后安装止回阀，否则在停机阶段冷凝水将有可能回流到蒸汽管道中。 缓慢开启截止阀，让残存于系统中的冷凝水在被高速流动的蒸汽带动之前慢慢地流过疏水阀。这在起 机阶段尤为重要。 分支管道
蒸汽
蒸汽主管
蒸汽
支管
蒸汽
图10.3.8 分支管道
分支管道通常比主管短的多。一般来说，如果分支管道不超过10m长，要确保管道内的压力，可按 25~40m/s的流速来选择管道口径，而不需要担心压降过大。 使用第10.2章中的表10.2.4不同流速下饱和蒸汽管道流量表来选型是可行的。 分支管道的连接 分支管道的连接应该从主管道的上方取蒸汽，这样可以得到最干燥的蒸汽（见图10.3.8）。如果从侧 面或者最糟的情况是从主管底部取蒸汽（见图10.3.9(a)），蒸汽会携带从蒸汽主管而来的冷凝水和管道杂 质进入支管。结果潮湿、肮脏的蒸汽进入设备，影响到设备短期和长期的工作性能。 图10.3.9 (b)中的阀门应尽可能的靠近取汽口，这在连接设备有可能关闭一段时间的情况下可减小分支 管道内的冷凝水量。
式中： Q = 单位时间的传热量 (W)； k A = 导热系数 (W/m·K)； = 传热面积 (m2)； = 厚度 (m)。
T
公式2.5.1
Q= kA
∆ T = 温差 (K)； T 蒸汽系统中，能量的损失就意味着效率降低，因此蒸汽管道需要保温绝热把这些损失降低到最少。但不
管保温材质多好，保温厚度多厚，管道总是有一定的散热损失，这将使蒸汽沿着主管长度方向产生冷凝。 第10.5章将讨论保温的效果。本章集中于对不可避免产生的冷凝水的处理。这些冷凝水如果不被排除， 将积聚在管道内，导致冲蚀、水锤现象等问题。 此外，蒸汽中含有水滴将使蒸汽潮湿，降低了蒸汽的换热潜力。如果水积聚在管道内，管道有效的横 截面减小，蒸汽流速增加，甚至超过了推荐的上限。 管道布置 在欧洲标准EN 45510第4.12节中有关于蒸汽管道疏水的描述。 EN 45510标准规定：在尽可能的情况下，蒸汽主管应沿流动方向布置有不小于1 ：100的坡度（每 100m有1m的下降）。该坡度将确保冷凝水在重力和蒸汽流动的作用下流向排放点，然后在排放点冷凝水 可被安全有效地排除（见图10.3.1）。