蒸汽凝结水系统常见问题与分析

蒸汽凝结水系统常见问题与分析提要本文通过蒸汽凝结水系统容易出现的问题进行了总结与分析。

只有正确的疏水，才能保证蒸汽系统、换热设备的良好运行。

本文对疏水阀的选型、疏水管道的布置、失流现象进行分析与探讨。

关键词疏水阀选型疏水管布置失流蒸汽系统投入运行后，经常发现的问题是，设备不能正常疏水，造成设备换热效率下降，或根本达不到换热效果。

1.疏水不畅的原因为：1.1疏水阀选型不合适；1.2凝结水管尺寸选择过小，造成凝结水满溢或是节流，以及闪蒸蒸汽的作用，造成凝结水无法进入或无法在凝结水管道内自由流动。

情况严重会造成凝结水管水锤现象。

尤其值得注意的是疏水阀后的管道必须比疏水阀前大1~2号。

1.3在有温度控制的应用中，由于换热器内部的压力是变化的，甚至是负压的情况均有可能出现，凝结水会被回收至有压力的的系统中，比如换热器内部。

当蒸汽再开启时，容易出现水锤现象。

1.4凝结水管布置问题。

包括坡度，管道提升等问题，造成疏水不畅。

1.5多个设备疏水共用凝结水管，造成凝水串通到其它设备内。

1.6凝结水管错误的接入排水等无压力重力流管道。

造成蒸汽凝结水无法排出，反串到排水管的上游。

2.应对措施2.1正确的疏水阀选型疏水阀的作用是，在阻止蒸汽外泄的情况下，顺利排除系统中的凝结水、空气和其它不凝性气体。

选择疏水阀首先要满足压力、凝结水负荷和排除空气的基本需要。

运行、维护、环境的需要也是必须考虑的因素。

疏水阀类型、工作原理、优缺点介绍：A.疏水阀的分类a)热静力式(通过感应流体的温度变化工作)--饱和蒸汽的温度由其压力决定，在蒸汽空间内蒸汽释放潜热，在饱和温度下形成冷凝水。

如果进一步释放热量，冷凝水的温度将下降。

下降到一定温度，热静力疏水阀就开始排放冷凝水，当蒸汽进入疏水阀时，温度上升疏水阀关闭。

b)机械式(通过感应流体密度变化工作) - 这种疏水阀靠感应蒸汽和冷凝水的密度不同工作，包括浮球式和倒吊桶式疏水阀。

对于浮球式疏水阀，有冷凝水时浮球上升，阀门打开，排出冷凝水。

对于倒吊桶式疏水阀，当蒸汽进入阀内时倒吊桶上升关闭阀门，在工作原理上两者都是机械式的。

c)热动力式(通过感应流体的动力特性变化工作) - 热动力式疏水阀依靠冷凝水产生的闪蒸蒸气工作。

这类疏水阀包括热动力式、圆盘式、脉冲式和迷宫式疏水阀。

B.各类疏水阀的优缺点：a)热静力疏水阀常用的为压力平衡时疏水阀，属于液体膨胀式疏水阀的改进型。

其优点是：启机阶段阀门全开，能快速排除空气和其它不凝性气体。

缺点是：热静力式疏水阀直到凝结水温度降低到低于饱和蒸汽温度一定温度之下才会打开（过冷度由填充其中的膨胀液体决定）。

它不能用在需要及时排除冷凝水（不能积水）的场合，例如，蒸汽主管、换热器、关键伴热管线疏水。

b)浮球-热静力疏水阀是机械式疏水阀的一种，是在普通的浮球式疏水阀内部安装了一个热静力式排气阀。

在系统启动时，可以排放系统的空气，同时排放冷凝水。

浮球-热静力疏水阀的优点：能在饱和蒸汽温度下连续排放冷凝水，特别是要求传热率高、快速加热的场合的首选疏水阀；不管冷凝水多少，都能自如排放，不受压力或流量的大幅突然变化的影响；能抵抗水锤；带排气阀的疏水阀可以自动排放空气。

缺点：室外环境下，浮球式疏水阀会被严重冰冻冻坏；高压差下排放能力减弱。

c)热动力式疏水阀的优点：结构简单、紧凑重量轻，由于碟片是唯一活动部件，维护方便，可在线维修；可用于高压或过热蒸汽，抗水锤、震动；热动力式疏水阀可抗冰冻；疏水阀开关时发出清脆的“咔哒”声，可容易的监视疏水阀的工作状态。

热动力式疏水阀的缺点：不能在低压差下工作（进口压力不能低于0.25MPa，且背压不能大于80%）；启动阶段，进口压力如缓慢增加，可排放大量空气，若压力增加较快，空气流速过快，容易在热动力式疏水阀内部形成气阻（现在的产品可增加防气阻碟片，可消除气阻）；排放时有噪声；选型不能过大，否则会动作过于频繁，增加磨损。

C.几种常见设备、情景下的疏水阀选择：a)蒸汽主管疏水阀的选择。

蒸汽主管道一般在室外，压力较高，同时疏水量较小。

热动力式疏水阀非常结实、使用寿命长、工作效率高，同时能抗冻，且造价相对便宜。

所以热动力式疏水阀是最佳选择。

浮球式疏水阀也是可接受的选择，但在寒冷的室外，疏水阀要做好保温工作，且疏水阀后必须安装止回阀，防止停机时凝结水回流，阀内积液冻坏疏水阀。

b)蒸汽分气缸疏水阀选择。

蒸汽分气缸的负荷总是不断变化，疏水量较大，浮球式疏水阀是最好的选择。

为了便于疏水的排放，分气缸安装是要有一定的倾斜度，底部要安装积液管。

c)管道末端疏水阀的选择。

主管末端容易积聚空气，容易受到水锤的影响。

管道末端应安装疏水阀和排气阀。

末端安装T型三通利于减少水锤的影响。

末端疏水的最佳选择是热动力式疏水阀加排气阀。

浮球热静力式疏水阀也是可接受的选项，浮球热静力阀也可排除启机阶段的空气。

d)加压阀疏水。

减压阀的下游可能出现在正常工作时关闭的情况，应该布置疏水点以排除关闭期间形成的凝结水，这样可以保证下游管道干燥，避免减压阀积水。

浮球式疏水阀能够连续排水，同时排放时不影响管道中的压力。

浮球式疏水阀是最好的选择。

e)制程罐排水管提升时疏水阀的选择。

制程罐中的加热盘管逐渐倾斜下降，如果最后提升疏水管，在制程罐顶部疏水。

在提升前最低端要有一个“U”型密封，而提升管直径一定要小，把小管径的管子伸至“U”型密封的底部，顶部通过扩径接头和输水管道相连，这样可以防止汽锁。

凝结水靠虹吸原理及蒸汽压力排至疏水阀。

为了防止汽锁的发生，凝结水应直接排放，或排放至开式回收箱中。

带气阻碟片的热动力式疏水阀是最佳选择，浮球-热静力式疏水阀、压力平衡式疏水阀也是可接受的选择。

f) 制程罐底部疏水。

加热盘管的疏水管在罐体的一侧（下部），浮球-热静力式疏水阀是最佳选择。

热动力或压力平衡式疏水阀也是可接受的选择。

水平盘管的末端应使用偏心变径底平安装，而非同心缩径。

同心缩径会引起盘管底部积水，减少热量传递，增加水锤现象的危险。

g) 大型储油罐加热盘管的疏水。

大型储油罐会设计多个加热盘管或加热器，且盘管较长，冷凝水需要沿盘管排出，长的盘管很容易产生水锤现象，破坏加热盘管。

加热盘管应被设计成沿蒸汽流动方向逐渐下降。

每组加热器应单独设置疏水。

浮球-热静力式疏水阀是最佳选择。

h) 伴热管线疏水阀的选择。

伴热管线的凝结水通常不回收而直接排放，压力平衡式疏水阀（定温排放）是最好的选择，可充分利用热量，避免产生难看的闪蒸蒸汽。

但如果是关键伴热管线，要求传热效率高，迅速排放凝结水的场合，应选择热动力式疏水阀或接近饱和温度排放的压力平衡式疏水阀。

i) 热交换器的疏水阀选择。

用于此设备的疏水阀应在高负荷和低负荷下均能良好工作，并能迅速排除启机阶段的大量空气，浮球-热静力式疏水阀是最好的选择。

带温度控制的热交换器，为了防止“失流”现象的发生，凝结水应在无背压的情况下疏水。

如直接排放、排向直通大气的回收罐或是低位的非满溢回收管。

严谨疏水阀后的排水管提升。

失流现象是指，盘管内的蒸汽由于压力降低，以至于不足以推动凝结水通过疏水阀排放。

温控制程，或二次侧水温低于100℃的换热器均容易造成蒸汽压力低于大气压，或低于凝结水管内的压力，造成换热器内积水。

从而造成水锤现象，换热效率降低，换热器腐蚀等。

如必须在有温度控制的疏水阀后提升管道，应加设疏水阀泵。

2.2 凝结水管的尺寸计算应注意的事项。

蒸汽凝结水管根据其管道内介质的状态，可分为4种，见下图；疏水管道分类见下表：A.疏水阀前排水管径的确定原则。

a)该段冷凝水管径不应按设备出口尺寸确定；而是应按疏水阀的口径来确定管道口径。

b)疏水阀口径的选择。

仅按输送冷凝水来选择管道即可，应考虑全负荷及设备启动时的冷凝水量。

疏水阀口径确定的一般原则如下：i.蒸汽主管按输送蒸汽量的1%来确定疏水阀的口径；ii.其它管道疏水阀按运行负荷冷凝水量的2倍确定其口径，以排除启机时的冷凝水。

iii.蒸汽压力不变的制程上，疏水阀安装运行负荷冷凝水量的2倍确定其口径；iv.在温度控制制程的应用中，需按照运行压差下，运行冷凝水量的3倍确定其口径。

B.疏水阀后排放管口径的确定原则。

a)疏水阀后的排放管内是汽液两相流，蒸汽比水占用的空间要大得多，蒸汽约占99%；所以该段管口径应按闪蒸蒸汽的流速来确定。

b)影响汽液两相流的因素较多，疏水排放温度、阀后管道散热损失，设备的负荷，温控设备的疏水阀压差等都会影响闪蒸蒸汽量。

经验表明，按闪蒸蒸汽流速15~20m/s来确定口径就可以。

c)闪蒸蒸汽体积流量计算公式G=Q*V2*(H f1-H f2)/H fg2；（根据蒸汽流量可方便的计算出管道口径和流速。

）G—闪蒸蒸汽流量m3/s;Q—冷凝水质量流量kg/sV2—疏水阀后压力下的蒸汽比容m3/kg;H f1—疏水阀前压力下的冷凝水比晗KJ/kg；H f2—疏水阀后压力下的冷凝水比晗KJ/kg；H fg2—疏水阀后压力下的冷凝水蒸发比晗KJ/kg；C.公共回收管口径的确定原则。

a)公共回收管内的介质也是汽液两相流，管径确定原则同疏水阀后排放管。

b)公共管口径应根据正确计算的支管管径逐级增加。

公共管道口径简便的计算方法为：2根管道口径的平方和的平方根。

c)如果公共回收管不可避免的有提升，则选择的每根疏水管均需增大1号，以减少系统的背压，减小管道内的闪蒸蒸汽流速。

避免水锤等现象。

D.泵后回收管确定原则。

泵后回收管内为冷凝水，没有闪蒸蒸汽，可按有压管道计算，不在赘述。

需要注意的是疏水阀的排放管不能直接连接至泵后排放管中，以避免闪蒸蒸汽造成疏水管水锤现象。

2.3凝结水管布置应注意的事项。

A.至疏水阀的疏水管。

a)疏水阀应安装在设备的下端，便于凝结水自然流至疏水阀；b)热静力式疏水阀前的凝结水管道不应保温，便于管道散热、凝结水降温，及时排放凝结水。

热静力式疏水器前的管道要保证2m以上的长度。

c)机械式疏水阀前的疏水管应尽量短，应小于2m。

避免疏水阀前管道进入蒸汽，形成汽锁。

d)用汽设备的出口至疏水阀的管道，应有10倍管道直径的垂直管段。

避免设备底部积水，同时提供一个静压头，帮助启机阶段，蒸汽压力低时，排出凝结水。

B.疏水阀后排放管应沿流动方向向下倾斜，坡度应为10-15%%，便于凝结水的排放，减少凝结水对闪蒸蒸汽的阻碍。

C.公共回收管，也应有10%左右的坡度，排向开式凝结水箱或闪蒸罐内。

避免较长的管道内存在闪蒸蒸汽。

这样可减少水锤现象的发生。

D.疏水阀后疏水管道的提升应注意的事项。

a)从疏水阀接入回收主管的凝结水管要接到回收主管的上部，而不是底部或平接。

防止主管内的凝水进入疏水阀内或提升管内，防止水锤现象的发生。

b)疏水阀后排放管如有提升，应在疏水阀后安装止回阀，防止凝结水回流。

c)有温控制程的疏水，应尽量避免疏水阀后凝结水管提升，防止出现失流现象，造成换热器内的凝结水无法正常排放。