汽水分离器
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蒸汽流量 (kg / h)
第12章
管道附件
汽水分离器
章节12.5
12.5
汽水分离器
蒸汽和冷凝水系统手册
12.5.1
第12章 管道附件
汽水分离器
章节12.5
汽水分离器
湿蒸汽就是指含有水分的蒸汽，是蒸汽系统中最需要关注的问题之一。湿蒸汽会降低设备的生产效率 和产品质量，也会导致设备损坏。虽然疏水阀可以去除大部分水分，但并不能处理掉悬浮在蒸汽中的液滴。 为分离掉这些悬浮液滴，需要在蒸汽管道上安装汽水分离器。 实际上锅炉中产生的饱和蒸汽本来就不是很干燥的。虽然蒸汽干度会因锅炉不同有一定差别，大多数 锅壳式锅炉产生的蒸汽干度都在95%和98%之间，而且锅炉汽水共腾发生后携带的水分还会更多。 蒸汽分配管道总有一定数量的热量损失，这会引起蒸汽冷凝。冷凝的水分子由于重力的作用最终在管 道的低部形成水膜。蒸汽流进使这些水膜首先起波然后形成波浪。波浪的尖部破碎后被甩入蒸汽流中出。 蒸汽中含水会带来如下问题： 水是热的不良导体，水的出现会降低生产效率和产品质量，如图12.5.1所示，这是一个典型的换热器 两侧的温度曲线。 蒸汽 蒸汽温度 产品 污垢 空气 金属 水膜 污垢
12.5.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第12章
管道附件
汽水分离器
章节12.5
出口堵塞或加装排气阀
干蒸汽
湿蒸汽
冷凝水排向疏水阀
图12.5.2 挡板式汽水分离器
湿蒸汽
干蒸汽
冷凝水排向疏水阀
图12.5.3 汽旋型汽水分离器
吸附型 - 吸附型分离器内部的蒸汽通道上有一个阻碍物，一般是一个金属网垫，悬浮的水滴遇到它 后被吸附，水滴大到一定程度后，由于重力作用落到分离器底部。 结合汽旋和吸附两种形式的分离器也很常见，由于结合了这两种方法整个分离效率会有所提高。
2. Although in practice, it is difficult to measure the dryness fraction of steam, which of the following factors provides a good indication that wet steam is present in a steam system? a| An increase in the steam velocity b| Valve chatter c| Erosion of pipe bends, wiredrawing, and waterhammer d| Increased condensate load 3. The dryness factor of 10 bar g wet steam is known to be 0.9. A separator is to be installed to increase this to above 0.98. What is the minimum efficiency that the separator must have? a| 64% b| 80% c| 84% d| 93% 4. What is the main advantage of using a baffle type separator instead of a cyclonic or coalescence type separator? a| High efficiency over a wider range of flow velocities b| Very high efficiencies up to a flow velocity of 13 m / s c| Flanged versions are easy to insulate d| All of the above 5. Size a baffle type separator using the sizing chart in Figure 12.5.5 for the following conditions: Operating pressure 8 bar g Steam flowrate 1 000 kg/h Pipeline size 65 mm a| DN40 b| DN50 c| DN65 d| DN80 6. Which of the following is a benefit of using an insulation jacket specifically designed for a particular separator? a| Reduced heat loss b| An increase in the efficiency of the separator c| Protection from the possibility of burns d| All of the above
图12.5.6 汽水分离器的保温
12.5.6
蒸汽和冷凝水系统手册
第12章
管道附件
汽水分离器
章节12.5
Questions
1. a| b| c| d| Which of the following causes water entrainment in steam? Priming and carryover of boiler water Heat loss in pipelines Production of saturated steam in a boiler All of the above
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蒸汽压力 (bar g)
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12.5.4
蒸汽和冷凝水系统手册
第12章
管道附件
汽水分离器
章节12.5
的压降和分离效率。而选择汽旋式分离器就比较复杂了，既要保证流动速度，还要维持较高的分离效率， 同时限制压降在可接受的范围内。 例12.5.2阐明了如何通过制造商的选型图来选择挡板式汽水分离器。 例 12.5.2 图12.5.5为一减压站选择合适的汽水分离器，上游蒸汽的压力为12 bar g，流量为500kg/h，管道口径 为32mm，如果流量增加到1000kg/h，该怎么选型呢？ 1.根据流量和压力确定点A, 然后从A点引一条水平线和分离器的口径曲线相交。处于黄色阴影区域的 分离器的效率接近100%。 2.选择汽水分离的口径，即DN32，B点。 3.通过该交点就可以读出流速，由B点可知通过的流速为18m/s。 4. 为确定通过分离器的压降，从B点引纵向直线和C-C相交，并从该交点引水平线和从A点引出的纵线 相交于D点，就可以读出通过分离器的压降了。 5. 同样，当流量为1000kg/h时，依上所述进行选择，得出X、Y和Z点，可以看出Y点在阴影区域之 外，分离器的工作效率不是最大，因此建议根据Z点选择大口径的分离器，并根据W点得出压降大约为 0.07 bar。 蒸汽压力 (psi g)（近似）
蒸汽和冷凝水系统手册
12.5.3
第12章 管道附件
汽水分离器
章节12.5
湿蒸汽
干蒸汽
吸附垫 湿蒸汽 水滴下落并收集
冷凝水排至疏水阀
图12.5.4 吸附型汽水分离器
分离器的分离效率可以用分离的水的重量占整个蒸汽中所含的水的重量的比例来度量，但在实际应用 中很难确定分离器的准确效率，这由蒸汽的干度、流动速度和方式决定。但如果出现管道侵蚀、抽丝和水 锤现象就说明管道中有湿蒸汽。 挡板式、汽旋式和吸附式分离器的主要不同是，挡板式分离器在较大的流速范围内可以保持很高的分离 效率，而汽旋式和吸附式分离器的分离效率只有在蒸汽速度13m/s以下才能达到98%，否则效率会很低，蒸 汽速度为25m/s时，其分离效率大概仅为50%。以上结果来自于英国的大学研究。 研究表明，挡板式分离器在10m/s 到30m/s的流速之间分离效率可接近100%，所以说如果有较大的速 度波动，挡板式分离器用于蒸汽系统更为合适，况且如果管道选小，湿蒸汽的速度可超过30m/s。 解决这一问题的方法之一是增大汽水分离器的口径以及分离器上游管道口径，以减小进入汽水分离器 的蒸汽流速。 例 12.5.1 如果汽水分离器的效率为90%，上游蒸汽的干度为0.95，请问下游蒸汽的干度？ 答案: 如果蒸汽干度为0.95，那末1000g中含水为： （1-0.95）×1000g = 50g 水 由于分离器的效率为90%，去除了0.90 x 50g = 45g的水。意味着蒸汽干度变为: 150g -45g 1000g = 0.995
这在实际中可以认为蒸汽已全部干燥。 但是，如果分离器的分离效率仅为50%，仅仅25g的水被分离掉，结果蒸汽的干度为： 150g -25g 1000g = 0.975
虽然蒸汽干度较原来有所提高，但还是含有较多的水分。 由于分离器内部的流通面积很大，蒸汽通过分离器时的速度下降，所以压降很低，比通过等效长度的 同口径管道的压降还低。与此对照，由于必须维持一定的流速以产生汽旋，因此通过汽旋式分离器的压降 就有些高了。 在非关键应用场合，板式分离器一般根据管道口选型，但也需要检查所选择的口径是否能保证最大的 分离效率，压降是否能接受。在关键应用场合，应根据工作压力和流量来选择分离器，这样可以得到合适
主要性能 压降 效率 水分再带 口径选择
档板式 相对低 宽广流速范围内高效 极少 和管道口径一样
汽旋式 相对高 较小流速范围内高效 超过临界流速后严重 为保证最高效率需选型
为保证有效去除分离后的冷凝水，同时避免蒸汽损失，应在分离器的冷凝水出口安装疏水阀。最合适 的疏水阀就是浮球式疏水阀，可快速排除冷凝水。有的分离器有内置的疏水装置。 大多数垂直安装的分离器顶部有一个排放口，可用于排除空气，利于起机时蒸汽空间内冷凝水的排 除。 保温 如果汽水分离器未进行保温，由于表面散热将会增加蒸汽的含水量，损失很多的热量。假如蒸汽温度 为150℃，环境温度为15℃，那末增加保温后每年将会节省8600MJ的热量（假定是辐射传热，一年工作 8760h），增加保温后会节省相当多的能量，短时间内就能节省出加保温的成本。 应使用专门保温套，由于分离器的形状特殊，尤其是法兰连接时，保温比较困难，使保温效果受到了 限制。 即使最好的保温也不可能完全消除热量损失，一般保温效率为90%。使用专门为特殊的分离器设计的 保温套非常重要，否则保温效率将下降。保温良好的分离器也会减少人被烫伤的危险。
产品温度
图12.5.1 通过换热器的温度分布
和蒸汽一起高速流动的水滴将会侵蚀阀座和其它相关部件，出现抽丝，同时水滴也会增加腐蚀的可能 性； 由于水滴携带很多杂质，会增加管道和换热器表面的水垢。 引起控制阀和流量计工作不正常。 快速磨损或水锤现象将会使流量计和控制阀失效。 虽然分离器的设计多种多样，但它们的目的都是除去不能通过疏水阀排掉的悬浮在蒸汽中的水分。一 般用于蒸汽系统中的分离器有三种形式。 挡板型 - 挡板或折板式分离器由很多挡板构成，流体在分离器内多次改变流动方向，由于悬浮的水 滴有较大的质量和惯性，当遇到挡板流动方向改变时，干蒸汽可以绕过挡板继续向前，而水滴就会积 聚在挡板上，汽水分离器有很大的通流面积，减少了水滴的动能，大部分都会凝聚，最后落到分离器 的底部，通过疏水阀排出。 汽旋型 - 汽旋或离心型分离器使用了一连串肋片以便产生高速气旋，在分离器内高速旋转流动的蒸
流速 (m / s)
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通汽水分离器的压降 (bar) (psi 近似)
图12.5.5 挡板式汽水分离器的选型图
蒸汽和冷凝水系统手册
12.5.5
第12章 管道附件
汽水分离器
章节12.5
表12.5.1总结了挡板式和汽旋式分离器的主要性能区别
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流速 (ft/s)
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蒸汽流量 (kg / h)
第12章
管道附件
汽水分离器
章节12.5
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汽水分离器
蒸汽和冷凝水系统手册
12.5.1
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汽水分离器
章节12.5
汽水分离器
湿蒸汽就是指含有水分的蒸汽，是蒸汽系统中最需要关注的问题之一。湿蒸汽会降低设备的生产效率 和产品质量，也会导致设备损坏。虽然疏水阀可以去除大部分水分，但并不能处理掉悬浮在蒸汽中的液滴。 为分离掉这些悬浮液滴，需要在蒸汽管道上安装汽水分离器。 实际上锅炉中产生的饱和蒸汽本来就不是很干燥的。虽然蒸汽干度会因锅炉不同有一定差别，大多数 锅壳式锅炉产生的蒸汽干度都在95%和98%之间，而且锅炉汽水共腾发生后携带的水分还会更多。 蒸汽分配管道总有一定数量的热量损失，这会引起蒸汽冷凝。冷凝的水分子由于重力的作用最终在管 道的低部形成水膜。蒸汽流进使这些水膜首先起波然后形成波浪。波浪的尖部破碎后被甩入蒸汽流中出。 蒸汽中含水会带来如下问题： 水是热的不良导体，水的出现会降低生产效率和产品质量，如图12.5.1所示，这是一个典型的换热器 两侧的温度曲线。 蒸汽 蒸汽温度 产品 污垢 空气 金属 水膜 污垢
12.5.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第12章
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汽水分离器
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出口堵塞或加装排气阀
干蒸汽
湿蒸汽
冷凝水排向疏水阀
图12.5.2 挡板式汽水分离器
湿蒸汽
干蒸汽
冷凝水排向疏水阀
图12.5.3 汽旋型汽水分离器
吸附型 - 吸附型分离器内部的蒸汽通道上有一个阻碍物，一般是一个金属网垫，悬浮的水滴遇到它 后被吸附，水滴大到一定程度后，由于重力作用落到分离器底部。 结合汽旋和吸附两种形式的分离器也很常见，由于结合了这两种方法整个分离效率会有所提高。
2. Although in practice, it is difficult to measure the dryness fraction of steam, which of the following factors provides a good indication that wet steam is present in a steam system? a| An increase in the steam velocity b| Valve chatter c| Erosion of pipe bends, wiredrawing, and waterhammer d| Increased condensate load 3. The dryness factor of 10 bar g wet steam is known to be 0.9. A separator is to be installed to increase this to above 0.98. What is the minimum efficiency that the separator must have? a| 64% b| 80% c| 84% d| 93% 4. What is the main advantage of using a baffle type separator instead of a cyclonic or coalescence type separator? a| High efficiency over a wider range of flow velocities b| Very high efficiencies up to a flow velocity of 13 m / s c| Flanged versions are easy to insulate d| All of the above 5. Size a baffle type separator using the sizing chart in Figure 12.5.5 for the following conditions: Operating pressure 8 bar g Steam flowrate 1 000 kg/h Pipeline size 65 mm a| DN40 b| DN50 c| DN65 d| DN80 6. Which of the following is a benefit of using an insulation jacket specifically designed for a particular separator? a| Reduced heat loss b| An increase in the efficiency of the separator c| Protection from the possibility of burns d| All of the above
图12.5.6 汽水分离器的保温
12.5.6
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Questions
1. a| b| c| d| Which of the following causes water entrainment in steam? Priming and carryover of boiler water Heat loss in pipelines Production of saturated steam in a boiler All of the above
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蒸汽压力 (bar g)
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的压降和分离效率。而选择汽旋式分离器就比较复杂了，既要保证流动速度，还要维持较高的分离效率， 同时限制压降在可接受的范围内。 例12.5.2阐明了如何通过制造商的选型图来选择挡板式汽水分离器。 例 12.5.2 图12.5.5为一减压站选择合适的汽水分离器，上游蒸汽的压力为12 bar g，流量为500kg/h，管道口径 为32mm，如果流量增加到1000kg/h，该怎么选型呢？ 1.根据流量和压力确定点A, 然后从A点引一条水平线和分离器的口径曲线相交。处于黄色阴影区域的 分离器的效率接近100%。 2.选择汽水分离的口径，即DN32，B点。 3.通过该交点就可以读出流速，由B点可知通过的流速为18m/s。 4. 为确定通过分离器的压降，从B点引纵向直线和C-C相交，并从该交点引水平线和从A点引出的纵线 相交于D点，就可以读出通过分离器的压降了。 5. 同样，当流量为1000kg/h时，依上所述进行选择，得出X、Y和Z点，可以看出Y点在阴影区域之 外，分离器的工作效率不是最大，因此建议根据Z点选择大口径的分离器，并根据W点得出压降大约为 0.07 bar。 蒸汽压力 (psi g)（近似）
蒸汽和冷凝水系统手册
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汽水分离器
章节12.5
湿蒸汽
干蒸汽
吸附垫 湿蒸汽 水滴下落并收集
冷凝水排至疏水阀
图12.5.4 吸附型汽水分离器
分离器的分离效率可以用分离的水的重量占整个蒸汽中所含的水的重量的比例来度量，但在实际应用 中很难确定分离器的准确效率，这由蒸汽的干度、流动速度和方式决定。但如果出现管道侵蚀、抽丝和水 锤现象就说明管道中有湿蒸汽。 挡板式、汽旋式和吸附式分离器的主要不同是，挡板式分离器在较大的流速范围内可以保持很高的分离 效率，而汽旋式和吸附式分离器的分离效率只有在蒸汽速度13m/s以下才能达到98%，否则效率会很低，蒸 汽速度为25m/s时，其分离效率大概仅为50%。以上结果来自于英国的大学研究。 研究表明，挡板式分离器在10m/s 到30m/s的流速之间分离效率可接近100%，所以说如果有较大的速 度波动，挡板式分离器用于蒸汽系统更为合适，况且如果管道选小，湿蒸汽的速度可超过30m/s。 解决这一问题的方法之一是增大汽水分离器的口径以及分离器上游管道口径，以减小进入汽水分离器 的蒸汽流速。 例 12.5.1 如果汽水分离器的效率为90%，上游蒸汽的干度为0.95，请问下游蒸汽的干度？ 答案: 如果蒸汽干度为0.95，那末1000g中含水为： （1-0.95）×1000g = 50g 水 由于分离器的效率为90%，去除了0.90 x 50g = 45g的水。意味着蒸汽干度变为: 150g -45g 1000g = 0.995
这在实际中可以认为蒸汽已全部干燥。 但是，如果分离器的分离效率仅为50%，仅仅25g的水被分离掉，结果蒸汽的干度为： 150g -25g 1000g = 0.975
虽然蒸汽干度较原来有所提高，但还是含有较多的水分。 由于分离器内部的流通面积很大，蒸汽通过分离器时的速度下降，所以压降很低，比通过等效长度的 同口径管道的压降还低。与此对照，由于必须维持一定的流速以产生汽旋，因此通过汽旋式分离器的压降 就有些高了。 在非关键应用场合，板式分离器一般根据管道口选型，但也需要检查所选择的口径是否能保证最大的 分离效率，压降是否能接受。在关键应用场合，应根据工作压力和流量来选择分离器，这样可以得到合适
主要性能 压降 效率 水分再带 口径选择
档板式 相对低 宽广流速范围内高效 极少 和管道口径一样
汽旋式 相对高 较小流速范围内高效 超过临界流速后严重 为保证最高效率需选型
为保证有效去除分离后的冷凝水，同时避免蒸汽损失，应在分离器的冷凝水出口安装疏水阀。最合适 的疏水阀就是浮球式疏水阀，可快速排除冷凝水。有的分离器有内置的疏水装置。 大多数垂直安装的分离器顶部有一个排放口，可用于排除空气，利于起机时蒸汽空间内冷凝水的排 除。 保温 如果汽水分离器未进行保温，由于表面散热将会增加蒸汽的含水量，损失很多的热量。假如蒸汽温度 为150℃，环境温度为15℃，那末增加保温后每年将会节省8600MJ的热量（假定是辐射传热，一年工作 8760h），增加保温后会节省相当多的能量，短时间内就能节省出加保温的成本。 应使用专门保温套，由于分离器的形状特殊，尤其是法兰连接时，保温比较困难，使保温效果受到了 限制。 即使最好的保温也不可能完全消除热量损失，一般保温效率为90%。使用专门为特殊的分离器设计的 保温套非常重要，否则保温效率将下降。保温良好的分离器也会减少人被烫伤的危险。
产品温度
图12.5.1 通过换热器的温度分布
和蒸汽一起高速流动的水滴将会侵蚀阀座和其它相关部件，出现抽丝，同时水滴也会增加腐蚀的可能 性； 由于水滴携带很多杂质，会增加管道和换热器表面的水垢。 引起控制阀和流量计工作不正常。 快速磨损或水锤现象将会使流量计和控制阀失效。 虽然分离器的设计多种多样，但它们的目的都是除去不能通过疏水阀排掉的悬浮在蒸汽中的水分。一 般用于蒸汽系统中的分离器有三种形式。 挡板型 - 挡板或折板式分离器由很多挡板构成，流体在分离器内多次改变流动方向，由于悬浮的水 滴有较大的质量和惯性，当遇到挡板流动方向改变时，干蒸汽可以绕过挡板继续向前，而水滴就会积 聚在挡板上，汽水分离器有很大的通流面积，减少了水滴的动能，大部分都会凝聚，最后落到分离器 的底部，通过疏水阀排出。 汽旋型 - 汽旋或离心型分离器使用了一连串肋片以便产生高速气旋，在分离器内高速旋转流动的蒸
流速 (m / s)
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图12.5.5 挡板式汽水分离器的选型图
蒸汽和冷凝水系统手册
12.5.5
第12章 管道附件
汽水分离器
章节12.5
表12.5.1总结了挡板式和汽旋式分离器的主要性能区别