3.8-蒸汽联箱和输出

3.8.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第3章
锅炉房
蒸汽联箱和输出 章节3.8
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3.8.7
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Questions
1. In Figure 3.8.1 which boiler works the hardest ? a| 1 b| 2 c| 3 d| 4 2. What is one effect of an overloaded boiler ? a| Water level rises and lock-out occurs b| Reduced steam production c| Water level drops and lock-out occurs d| Steam velocity reduces and separator efficiency drops 3. Why is slow, controlled warm-up of a steam system essential ? a| To make it easier to open the boiler main stop valve b| To minimise undue stresses and eliminate damage c| To permit separators to remove more water d| To prevent stress on the boiler 4. Which of the following is the main purpose of the steam distribution manifold ? a| It replaces the need for a separator after the boiler b| To remove air from the steam system c| To provide an extra separating function d| It is a requirement of the pressure systems regulations 5. Four boilers are connected to a common header as in Figure 3.8.2. Why is a second isolation valve after each main stop valve a recommendation ? a| For slow opening and warm-up b| To balance the boiler loading in a multi-boiler arrangement c| In place of a check valve d| To double isolate against reverse flow 6. Priming of a boiler is: a| Getting a boiler prepared for start-up b| A reduction in boiler pressure and carryover of water c| Occurrence of excessive TDS and carryover of water d| Balancing of boilers in a multi-boiler installation
B
A
至设备
1
2
锅炉
3
4
图3.8.1 四台锅炉布置 - 不推荐
关于图3.8.1，所有锅炉运行在同样的压力， 如果3号锅炉对设备供汽，A点的压力必须比B点低。因此 4号锅炉与A点之间的压降比3号锅炉与A点之间的压降大。流动依赖压降，因此4号锅炉将比3号锅炉输出更 多的蒸汽。同样，3号锅炉将比2号锅炉输出更多的蒸汽，依次类推。最终的效果是如果1号锅炉满负荷，其 它锅炉将逐级过负荷，越靠近输出终端情况越糟。 可以看到非常典型的是，如果1号锅炉满负荷，2号锅炉大约会过负荷1%，3号锅炉过负荷6%，4号锅 炉过负荷15%。锅壳锅炉能对付偶然的5%的过负荷，15%的过负荷就不行了。锅炉内蒸汽出口流速增加产 生非常不稳定的水面，可能使水位控制系统失控。在高负荷时，在这个例子中，4号锅炉将发生联锁停炉， 将已经不稳定的系统甩给剩下的3台锅炉，它们也将很快联锁停炉。这种分配联箱设计的主要的问题是使各 台锅炉不能平均的分担负荷。目标应该是每台锅炉出口与联箱到设备的出口之间的压降在0.1 bar以内。这 将最大程度减少蒸汽带水并有助于防止过负荷和锅炉联锁。 图3.8.2 中的布置是一个改进设计的新联箱。 至设备
3.8.2
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重点是恰当的联箱设计将避免很多问题和这些问题带来的损失。多锅炉应用时正确的锅炉联箱设计总 是能维持非常平稳的运行。 至设备
锅炉
1
2
3
4
图3.8.3 四台锅炉联箱设计 - 推荐的布置 蒸汽输出 考虑了蒸汽联箱的一般布置，还要保证下列情况： 输送干蒸汽到设备。 暖管启动操作适当控制。 蒸汽正确地输送到设备。 一台锅炉不能偶然加压于另一台锅炉。 炉水携带 一台设计良好的锅炉在稳定负荷工况产生蒸汽，蒸汽干度很高，接近96%到99%。负荷的变化比锅炉 的反应更快，将影响干度使之下降。不好的炉水TDS控制，或锅炉给水的污染，将导致锅炉产生湿蒸汽。 一系列与之相关的问题是： 蒸汽系统中的水是危险的水锤现象的潜在根源。 蒸汽中的水不包含设备设计使用的蒸发焓，因此输送它到设备是无效的。 蒸汽从锅炉携带的水不可避免的含有溶解固体和悬浮物，它们污染控制装置、换热表面、蒸汽疏水阀 和产品。 基于这些原因，建议靠近锅炉安装一个汽水分离器。汽水分离器的作用是使蒸汽迅速改变运动方向，导 致水由于惯性从蒸汽中分离出来，并由于重力作用流向分离器的底部，汇集到蒸汽疏水阀排放。 暖管 当锅炉启动并线时必须缓慢、安全并控制速度，以避免： 水锤 - 大量冷凝水在管道内并沿管道以蒸汽速度推进，当水冲击管道内的障碍物，如控制阀，将导 致损坏。 热震动 - 当管道系统加热太快使膨胀不受控制，聚集管道应力，引起在管道支撑上的大幅运动。 汽水共腾 - 由于大的、突然的用汽负荷会造成蒸汽压力突然下降，会导致锅炉水被吸进入管道。不 仅对设备运行不好，锅炉也常常“联锁”停炉，而且需要一段时间锅炉才能返回运行状态。这些排出 的水也会造成管道内的水锤。 每个设备的暖机周期都不同，取决于很多因素。例如，在紧凑车间如洗衣房内的小型低压锅炉，可以 在15min内升压到运行压力。大的工厂将花费几个小时。要安全的使一台小型锅炉并线，主蒸汽阀应缓慢 打开。 然而在大型工厂，暖管速率很难用主蒸汽阀控制。这是因为主蒸汽阀设计用于提供良好的关断，它是
图3.8.5 碟片式止回阀
蒸汽
蒸汽
3.8.4
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锅炉相关的标准(英国) 法规1989 No. 2169 (压力系统和便携式气体容器规定1989) 及相关的指导和批准的实施编号。
BS 2790 BS 1113 BS 6759
锅壳式锅炉焊接结构的设计和制造标准 水管蒸汽发生器的设计和制造标准 蒸汽和热水锅炉的安全阀标准 大于1 bar g蒸汽锅炉的阀、附件和装备的标准
输送至设备
排空气阀 输送至设备
分汽缸
疏水阀组
图3.8.6 蒸汽分汽缸
运行压力 分汽缸应设计用于锅炉运行压力并符合压力系统法规。非常重要的是法兰标准是基于温度和压力，许 用压力随着温度的上升而下降。例如，PN16等级是指16 bar在120℃条件下，仅能适用最大饱和蒸汽压力 为13.8 bar (198℃)。 直径 分汽缸的直径应按全负荷情况下最大蒸汽流速15 m/s计算。低流速非常重要因为这样有助于使蒸汽中 的水滴分离出来。 输出
(相关但并不等同ISO 4126)
Part 1 BS 759 Part 1
保证适当的蒸汽输送 输送系统的起始点是锅炉房，在这里经常将蒸汽管道汇集到一个蒸汽集合管，通常称为分汽缸。分汽 缸的大小取决于锅炉的大小和数量以及输送系统的设计。在大型工厂里，最实用的方法是通过一根高压主 蒸汽管环绕现场来输送蒸汽。 一般应首选高压输送蒸汽，因为这样相对于容量和流速可以减小管道口径。较小的管道直径能减少散 热损失。这样从高压主汽管取汽，不仅可以直接供给高压蒸汽用户，也可以通过减压站为现场用户提供低 压蒸汽。在锅炉房的分汽缸提供了有益的集中供汽起始点。 如果锅炉汽水分离器不起作用，它还有额外的汽水分离功能，同时也是一个使相联锅炉分担输送系统 负荷的方法。 来自锅炉的蒸汽
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3.8.5
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蒸汽总是应该从分汽缸顶部引出。 重力和低流速能确保冷凝水下落并从分汽缸底部排出。这样就保证 输出干蒸汽。 蒸汽疏水阀 重要的是冷凝水一旦形成就应立即从分汽缸里排除。因此机械疏水阀，例如浮球疏水阀，是最好的选 择。如果分汽缸是锅炉出口以后的第一个疏水点，冷凝水可能含有炉水携带的成分，所以应排放到锅炉排 污罐，而不是锅炉给水箱。 相关读物： 1. 蒸汽和冷凝水系统，11部分，“蒸汽疏水” 2. 蒸汽和冷凝水系统，10部分，“蒸汽输送”
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3.8.1
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蒸汽联箱和输出 章节3.8
蒸汽联箱和输出
锅壳锅炉蒸发量的最大容量为27000 kg/h左右。当需求的负荷超过了该容量，2台或更多锅炉并联连 接，甚至安装4台或更多的锅炉。蒸汽联箱相互连接的设计非常重要。 图3.8.1显示了4台锅炉连接的普通方法：这种连接频繁引发问题。
锅炉
1
2
3
图3.8.2 四台锅炉联箱 - 改进的布置
4
联箱布置在中央输出，而不是从一端输出。采用这种方法，如果联箱管道适当选型，没有锅炉过负荷 超过1%。 图 3.8.3 是一个更好的布置用于4台或更多锅炉的安装，在每台锅炉上的负荷分布均匀。这种布置推荐 用于重负荷的锅炉，用程序控制一台或更多锅炉有规律的停炉。
控制阀 主汽阀 控制器
锅炉
图3.8.4 主蒸汽阀后的控制阀
锅炉并线的课题包含在英国HSE导则中。 在大的输送系统，与管道同口径的控制阀还是太大而不能作到所要求的缓慢暖管。在这种情况下，用 一个小的控制阀与主蒸汽阀并联。这种方法的优点是并联的主蒸汽阀用于切断，打开前阀两端的压力相等。 这样使之更容易打开，并减少磨损。 防止一台锅炉加压于另一台锅炉 见BS 2790，8.8.3章。 两台或更多锅炉连接到一个公用的联箱，除了锅炉主蒸汽阀之外，还应安装第二个阀，这个阀应可以 在关闭位置锁住。这对于一台停用锅炉与输送联箱之间隔断时有更好的保护作用。除非在蒸汽管路上单独 安装止回阀，否则两个主汽阀中必须有一个带止回阀功能。 这部分英国标准的目的是为了当锅炉关闭维修或检查时能提供安全的工作条件。 简单的摆动碟片式止回阀不适合这种用途，因为锅炉压力微小的改变都能引起它振荡，使过多的负荷 加在一台锅炉上或交替的加在另一台锅炉上，严重时，会引起各台锅炉产生交替过负荷。 很多安装了2 台锅炉而运行不稳定的情况都是由 于上述原因造成的。带内置止回阀的主汽阀会能轻这 个症状。或者，弹簧负载碟片式止回阀能够提供一个 阻尼效果，这样就可以减少由于振荡引起的问题 (见 图 3.8.5)。 标准BS 2790 要求止回阀必须在管道上与主汽阀 一起安装，或者，主汽阀必须内置一个止回阀。
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3.8.3
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平阀座意味着所有转动手轮施加的力直接作用在阀座上，因而确保在压力下密封良好。这也意味着阀门没 有流动特性，在打开10%时流通能力将达到阀门排量的80%。基于这个原因，惯例是在主蒸汽阀后安装一 个控制阀。控制阀有一个加工的阀芯，流量的增加与阀移动之间的关系更为平缓。因此流量，也就是暖管 速度能得到更好的控制。锅炉主蒸汽阀后安装控制阀见图例3.8.4。 一个典型的暖管安排可能是控制阀保持关闭直到锅炉准备并线。这时一个脉冲时间控制器在预定的时 间内缓慢打开控制阀。这种方式的优点在于在暖管期间，可能在黎明的时候，不需要人力（除非锅炉从冷 态启动）。