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蒸汽系统说明 1 术语释义 目录 蒸汽系统和凝结水系统 相关阀件的选型和计算 安装注意事项 总结 2 术语释义 一 根据压力和温度可以将蒸汽分为 饱和蒸汽 过热蒸汽 蒸汽的主要应用可以分为 加热 加湿 动力 驱动 蒸汽是指在一定的压力条件下 水加热汽化形成的 一般用于加热 加湿 如热交换器 蒸汽箱等 的蒸汽为饱和蒸汽 用于动力 驱动 如蒸汽轮机等 的蒸汽为过热蒸汽 3 术语释义 二 饱和蒸汽 在一定压力下与水的沸点温度相对应的纯蒸汽 饱和蒸汽的任一压力都对应相应的饱和温度 蒸汽总热 饱和水显热与潜热之和 用kj表示 饱和水显热 指在一定压力下 把1kg水从0 加热到沸点所需要的热量 潜热 指把1kg沸水转化成1kg蒸汽所需要的热量 绝对压力 相对于理想真空 一个大气压等于0 1013MPa的绝对压力 表压 相对于大气压力 表压加上0 1031MPa等于绝对压力 通常我们工程实践中提到的压力为表压 是测压仪表测得的 而设计手册有些是绝对压力 注意要换算 闪蒸蒸汽 当一定压力下的热凝结水或锅炉水被降压 部分水会二次蒸发 所得到的蒸汽即为闪蒸蒸汽或二次蒸汽 闪蒸蒸汽是怎样形成的 压力越高 水的沸点就越高 显热含量也越高 当压力降低时 部分显热释放出来 这部分热量就会以潜热形式被吸收 引起部分水被 闪蒸 成蒸汽 4 术语释义 三 道尔顿分压定律 混合气体的总压等于各组成气体分压总和 每一种气体都单独占据整个空间并有各自的压力 同时各气体性质不变 对于蒸汽和空气的混合气体 混合物压力 蒸汽分压力 空气分压力 例 蒸汽和空气总压力为1barg且混合比例为3 1 蒸汽分压0 75barg 空气分压力0 25barg 由蒸汽表 0 75barg蒸汽温度为111 6 而根据压力表指示 1barg的蒸汽温度应为120 所以 如果设备需要1barg的蒸汽 那么此时将无法达到额定输出 故在蒸汽系统中应设有疏水阀和排气阀 气阻 当蒸汽中的非凝结气体 主要是空气 不断增加排不出去时就会逐渐充满整个换热器 这些气体会完全阻止蒸汽进入 设备就会被 气阻 气阻危害 1 设备内部阻力太大 影响设备的寿命 2 换热效率太低 浪费能量 解决办法 在蒸汽管道的末端安装自动排气阀 5 术语释义 四 水锤 管道中传输的高速蒸汽与管道底部的凝结水相遇会产生水波 如果形成足够的凝结水量 蒸汽就会推着凝结水一起走 产生一个危险的水头 并且在与其前面的流体滚动中越来越大 它可以破坏任何改变气流方向的管件 调节阀等 水锤危害 当主管中的冷凝水过多时 会造成蒸汽主管下沉 而且在冷凝水随着蒸汽流动的过程中遇到弯头 阀件等改变气流的元件时会产生巨大的冲击 引起巨大的震动甚至破坏阀件 更严重者导致蒸汽泄漏 可能会造成人员伤亡等事故 解决办法 在蒸汽管道的每一低点 每隔30 50米之间在主管和分支管的末端 在可能关闭的阀门以前设置疏水点 将冷凝水及时排除 6 蒸汽系统组成 典型的蒸汽系统有五部分组成 蒸汽产生系统 蒸汽输送系统 蒸汽疏水系统 凝结水回收系统 凝结水处理系统 7 蒸汽配管口径 以流速法为例 条件 饱和蒸汽 7barg 5000kg h以饱和蒸汽线7barg做水平线与压力线5000kg h相交点B过B做垂直线与速度线相交压力 4barg 速度范围10 20m s4barg 压力 8barg 速度范围20 30m s选择25m s 则选择管径DN125 我司管道口径计算表 冷凝水管口径 冷凝水管口径 速度0 2 0 5m s 蒸汽管道选型 流速法 8 管道材质和保温 蒸汽管道 凝结水管道材质为无缝钢管 碳素钢 管道公称直径 外径 壁厚对照表如下 蒸汽管道保温厚度对照表 凝结水管道保温厚度对照表 9 管道布置 管道坡度 蒸汽管道沿蒸汽流向方向要有 0 005的坡度 凝结水管道沿水流方向要有 0 005的坡度 支管连接 蒸汽支管 必须从蒸汽主管道的上方接出 防止蒸汽管道中下部的凝结水与蒸汽一起流动造成冲蚀 水锤等现象 影响蒸汽的换热量 10 管道自然补偿在设计热力管道时 应充分利用管道本身的自然弯曲 来补偿管道的热伸长 在无条件利用管道本身的自然弯曲来补偿管道的热伸长时 应采用合适的补偿器 我司管道自然补偿计算表 11 方形补偿器 在热力管道过长情况下 需安装补偿器来减小 热胀冷缩 对管道的拉伸 一般为方形补偿器 它加工方便 轴向推力小 但是占地面积大 不宜布置 蒸汽管道补偿器接管示意图 凝结水管道补偿器接管示意图 1 固定支架 的距离不同 管径不同时 方型补偿器 的大小也不一样 2 蒸汽管道和凝结水管道的方型补偿器 要放在一个位置 蒸汽管道温度比较高 伸缩相对较大 蒸汽管道在外侧 凝结水管道在内侧 蒸汽系统补偿器安装示意图 12 蒸汽阀件 蒸汽流量计 蒸汽流量计是蒸汽管理的关键设备 它提供了蒸汽用量和成本的信息 对整个系统的运行非常关键 使用流量计的好处 提高设备效率和能源效率 过程控制 成本核算 流量计量常用术语 重复性 不确定度 精度 量程比 量程比是指一台流量计在保证精度和重复性前提下 能计量的流量范围即最大流量 最小流量 蒸汽流量计选型 孔板流量计 流量变化在4 1到5 1之间的流量计量 运用到蒸汽分配到设备的场合涡街流量计 过热蒸汽 液体计量 饱和蒸汽计量转子流量计 气体流量测量 小口径的空气测量 实验室弹簧负载变面积流量计 测量位移 计量企业内部蒸汽 小型锅炉房弹簧负载变面积流量计 测量压差 锅炉房 大型工厂 13 涡街流量计 国产 原理 在流体中安放一个非流线型旋涡发生体 使流体在发生体两侧交替地分离 释放出两串规则地交错排列的旋涡 卡门涡街 且在一定范围内旋涡分离频率与流量成正比的流量计 特点 压力损失小 量程范围大 精度高 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度 压力 温度 粘度等参数的影响 无可动机械零件 因此可靠性高 维护量小 仪表参数能长期稳定 采用压电应力式传感器 可靠性高 可在 20 250 的工作温度范围内工作 有模拟标准信号 也有数字脉冲信号输出 容易与计算机等数字系统配套使用 是一种比较先进 理想的测量仪器 选型 根据厂家的选型表选型即可 但应注意实际通过流量应为该流量计上限流量的1 2 2 3处 另外 实际流量计的口径与管道口径可能不一致 需要安装变径管 需留有所选口径足够的直管段长度 注意 涡街流量计是一种速度式流量计 涡旋分离的稳定性受到流速分布的影响 故安装前10D后5D的直管段 安装点上下游的配管应与传感器同心 同轴偏差应不小于0 5DN 测量气体或蒸汽时一般流速为7 70m s 涡街流量计对震动较敏感 故在震动较大位置需减震措施 一般传感器在水平管道上侧装 在垂直管道上 若气体中含有液体则气体流向应由下向上 14 弹簧负载变面积流量计 斯派莎克 原理 弹簧负载变面积流量计采用弹簧作为平衡力 这样流量计不受重力的影响 可以安装在任何方向上 但是浮子移动的范围受弹簧线性度和弹簧变形的影响 特点 弹簧负载变面积流量计测量流量可分为两种 一种是浮子位移 一种是压差 我司利用的是压差型 优点 高量程比 最大可达100 1 精度高 1 紧凑 法兰间距小 适合大多数流体 缺点 由于需要很多附件如压差变送器 流量计算机等 价格较高 15 弹簧负载变面积流量计 斯派莎克 16 汽水分离器疏水阀组安全阀压力表截止阀典型的减压站布置 Y型过滤器减压阀 蒸汽阀件 高压输送 低压使用 高压输送优点 蒸汽管道口径小 热损失少 费用低 低压使用蒸汽 可以提供蒸汽更大比例的潜热 减少冷凝水所含热量 减少二次蒸汽 17 汽水分离器 汽水分离器种类 挡板型 挡板或折板式分离器 汽旋型 汽旋或离心型分离器 吸附型 吸附型分离器 挡板式分离器在10m s 30m s的流速之间分离效率可接近100 1 主体2 活塞3 垫圈4 排水口 汽水分离器可根据主管管径选择不同的口径 必须安装在水平管线上 排水口垂直向下 为确保被分离的液体迅速排出 应在排水口连接一套合适的疏水阀组 挡板式分离器工作原理 大量含水的蒸汽进入汽水分离器 并在其中以离心向下倾斜式运动 夹带的水份由于速度降低而被分离出来 被分离的液体流经疏水阀排出 干燥清洁的蒸汽从分离器出口排出 PS 在我司的蒸汽系统中 在保证疏水效果前提下 为了节约成本 用疏水阀组替代 18 Y型过滤器 过滤器种类 Y型水过滤器 汽 气 过滤器 油过滤器 Y型过滤器是输送介质的管道系统不可缺少的一种过滤装置 Y型过滤器通常安装在减压阀 疏水阀 电动阀或其它设备的进口端 用来清除介质中的杂质 以保护阀门及设备的正常使用 1 Y型过滤器适用介质为水 气 油 2 一般通水网为18 30目 通气网为10 100目 通油网为100 480目 PS 目数 物理学定义为物料的粒度或粗细度 一般定义是指筛网在1英寸线段内的孔数即定义为目数 注 我司设计的蒸汽系统在减压阀前的蒸汽过滤器为100目的不锈钢过滤网 在疏水器前的为孔径为0 8mm的过滤网 19 2020 3 21 20 减压阀 蒸汽减压阀是采用控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量 将介质的压力降低 同时借助阀后压力的作用调节启闭件的开度 使阀后压力保持在一定范围内 在进口压力不断变化的情况下 保持出口压力在设定的范围内 保护其后的生活 生产器具 以斯派莎克为例 减压阀主要分为直接作用式减压阀和导阀型隔膜减压阀 其中直接作用式结构简单 价格低廉 专为中低流量设计 导阀式容量大 下游设置感应管 精度高 控制灵活 我司常用的是25P导阀式减压阀 下图为阿姆斯壮减压阀 21 以我司较常利用的25P导阀式减压阀为例 介绍其工作原理 如下 起动前的正常位置是主阀H关闭 导阀E由控制弹簧B的作用力打开 蒸汽由导阀流入主隔膜室 一部分蒸汽则由控制孔J流出 随着主隔膜室压力增大 打开主阀使蒸汽通过 感应管F感应下游压力变化 并反馈作用在导阀隔膜下部 该作用力平衡了隔膜上部控制弹簧的作用力维持导阀的开度并保证主隔膜室中的控制压力 从而维持下游压力的稳定 当下游压力升高 导阀关闭 主隔膜室压力由控制孔释放 从而关闭主阀 注意 1 蒸汽减压阀减压比必须在一定程度上高于系统值 即在最大或者最小流量时它也能够对正作用或者反作用控制信号做出响应 2 一般在管道中应水平安装 3 减压阀的两端应分别设置压力表 阀后设置安全阀 22 沿下游压力4barg做水平线与上游压力8barg相交蒸汽流量为1760kg h沿交点垂直向下做直线由表中可查出 DN4025P减压阀可通过流量为1724kg h DN5025P减压阀可通过流量为3017kg h 故选择DN50减压阀 阿姆斯壮减压阀的具体选型方法参考红皮书408页 以杭州制面一车间为例 斯派莎克减压阀选型如下 23 安全阀 安全阀的类型非常多 可以满足不同行业对于安全阀不同应用和性能标准的要求 安全阀在系统中起安全保护作用 当系统压力超过规定值时 安全阀打开 将系统中的一部分气体排入大气 使系统压力不超过允许值 从而保证系统不因压力过高而发生事故 安全阀又称溢流阀 一般安全阀的种类有弹簧式和杠杆 重锤 式 下图是斯派莎克的安全阀种类和使用条件 我司常用的是SV607 阿姆斯壮安全阀参考红皮书411页 24 1 弹簧式安全阀主要依靠弹簧的作用力而工作 弹簧式安全阀中又有封闭和不封闭的 一般易燃 易爆或有毒的介质应选用封闭式 蒸汽或惰性气体等可以选用不封闭式 2 在弹簧式安全阀中还有带扳手和不带扳手 扳手的作用主要是检查阀瓣的灵活程度 有时也可以用作手动紧急泄压 3 由阀瓣的开启高度不同又分为微启式和全启式 全启式安全阀开启后 在压力升高不超过5 的范围内快速开启到设计所规定的全开高度 PS 蒸汽锅炉或蒸汽管道一般用不封闭带扳手全启式安全阀 如斯派莎克的SV607系列 安全阀选型 重锤式安全阀结构简单 调整容易准确 不受高温的影响 但结构比较笨重 一般用于高温场合 特别是锅炉和高温容器上 弹簧式安全阀指依靠弹簧的弹性压力而将阀的瓣膜或柱塞等密封件闭锁 一旦当压力容器的压力异常后产生的高压将克服安全阀的弹簧压力 所以闭锁装置被顶开 形成了一个泄压通道 将高压泄放掉 25 以杭州制面一车间为例斯派莎克安全阀选型如下 上游压力8barg下游压力4barg蒸汽流量为1760kg h安全阀设定压力为5barg 安全阀设定压力为下游压力 30Kpa 即4 3barg 但我司在安全阀设定压力小于末端设备承受压力的前提下 将压力设定5barg 由表中可查出 DN32 50SV60安全阀可通过流量为2019kg h故选择DN32 50安全阀 26 疏水器 疏水器种类 热静力型 机械型 热动力型 热静力型疏水器主要有 双金属片式 波纹管式 隔膜式 膜盒式 蜡式等 热静力型疏水器工作原理 利用蒸汽 高温 和凝结水 低温 的温差原理 利用双金属或波纹管等感温元件随温度的变化而产生的变位来启闭阀门 特点 冷凝水排放前必须被冷却至饱和温度以下 为了使蒸汽空间保持流畅 必须在疏水阀前加冷却段 的 机械型疏水器主要有 自由浮球式 自由半浮球式 杠杆浮球式 倒吊桶式等 机械型疏水器工作原理 以机械方式工作 主要感应蒸汽和冷凝水之间密度的不同 利用浮球或浮筒来操作疏水阀的开关 特点 此类疏水阀以饱和温度排放冷凝水 装有自动排气阀型号 排气性能良好 使用内置破蒸汽汽锁装置的型号 是有蒸汽汽锁现象应用的唯一选择 热动力型疏水器主要有 热动力式 圆盘式 脉冲式 孔板式等 热动力型疏水器工作原理 根据冷凝水通过疏水阀产生二次蒸汽 而高速运动的二次蒸汽会产生一个低压区的简单原理来控制阀的开关 特点 此类疏水阀有一个简单的碟片 其对高速的蒸汽关闭 而对冷凝水开放 3 该疏水阀在开关时发出 咔嚓 声 可帮助判断疏水阀是否正常工作 27 蒸汽疏水器必须要阻止蒸汽外泄 同时还能够顺利排出冷凝水 空气和其它不凝性气体 疏水阀选型时考虑以下因素 水锤 污垢和蒸汽汽锁 水锤的原因有以下几种 1 蒸汽或冷凝水管道设计不合理 2 疏水阀选型或安装的问题 解决方案 1 在蒸汽管道的每一低点 每隔30 50米之间在主管和分支管的末端 在可能关闭的阀门以前设置疏水点 2 疏水阀选型参考斯派莎克如下表 28 污垢 蒸汽冷凝水虽然是蒸馏水 但是有时候会包含一些锅炉锅炉给水处理过程中的化合物和天然矿物质可能会影响疏水器的效果 甚至损坏疏水器 解决方案 在疏水器前加过滤器 过滤器要能承受系统的压力和温度 根据应用选择不同的滤网和孔径 蒸汽汽锁 当疏水阀的安装位置距离用气设备比较远时 就很可能发生汽锁 当冷凝水通过虹吸管或者浸渍管进入疏水阀排出时 就会极易发生汽锁 解决方案 疏水阀上要装配一个 防汽锁 阀 防止汽锁 29 疏水器选型 按照疏水器前 后的压差和凝结水量 选择对应的规格型号 冷凝水流经疏水器时 要损失部分能量 表现为一定的压降 即 P P1 P2 除了损失这部分能量之外 尚有一部分压力P2 依靠这个压力 可以使冷凝水提升至一定的高度 h P2 P3 PZ 1000 g P1 疏水前的压力 kpa 暖风机P1 0 95P 散热器集中回水时P1 0 7P 末端泄水P1 0 7P 分气缸和蒸汽管道中途泄水P1 P P 系统入口压力 kpa P2 疏水器后压力 kpa P3 回水箱内压力 kpa Pz 疏水器后系统的总压力损失 kpa h 疏水器后冷凝水提升高度 m 冷凝水密度 kg m g 重力加速度 m s2 为保证疏水器的正常工作 必须保证疏水器后的背压以及疏水器的正常动作所需要的最小压力 Pmin 即P2max P1 Pmin 其中P2max是疏水器后的最大压力 的 我司关于P2 疏水器背压 的计算表的 30 参考斯派莎克FT43浮球式疏水阀 冷凝水量做水平线压差做垂直线相交点选择型号压差为疏水器前压力 一般为减压后压力 与疏水器背压之