蒸汽配送系统提高蒸汽品质节能

1、蒸汽配送系统提高蒸汽品质节能1 蒸汽输送节能11 蒸汽分配系统节能检查要点 蒸汽主管路 按压降选择正确的蒸汽主管尺寸。 为了防止冲蚀,蒸汽在管路中的流速要小于30m/s。 要为蒸汽主管在工作温度条件下的膨胀考虑余量。 蒸汽主管要合理支撑，导向及定位。 为便于蒸汽流动及疏水，蒸汽主管须有一定的坡度。 管道缩径要使用偏心大小头，不能使用同心变径。 蒸汽分支管要连接在蒸汽主管的顶部，而不是底部。 安装波纹管截止阀以隔离不用的设备。 蒸汽疏水阀 要在每隔30-50M安装蒸汽疏水器。 在疏水阀的疏水点连接处要有正确尺寸的冷凝水收集槽。 蒸汽主管末端要有疏水器和蒸汽排空气阀。 疏水阀要按启动和工作时冷凝水

2、负荷的情况正确选定规格。 疏水阀要安装在常闭截止阀的上游。 蒸汽疏水阀最好以疏水站的形式布置，要有过滤器，止回阀，旁通阀，上游排气阀，下游排汽及泄放阀。 水锤 检查是否发生水锤，振荡。 检查水锤造成的危害。 蒸汽洁净站是除水锤的最理想设备。 蒸汽洁净站一般置于蒸汽用户入口及调节阀，用汽设备的入口。 保温 安装为节能所设的保温层。 安装为保护人员所设的隔离层。 保温层要有合理的厚度。 隔热层为防风雨并是干燥的。 隔热层处于良好的维修状态且不被损坏。 保温管上设步行桥，以防损坏保温层。 泄漏 无论蒸汽是泄漏到空气中还是通过疏水阀进入冷凝水回收系统，蒸汽泄漏是决不允许存在的。12 蒸汽输送系统简述

3、蒸汽输送过程 首先，在蒸汽系统中，蒸汽变为凝结水引发蒸汽压力的下降，并使蒸汽在管道中流动 锅炉产生蒸汽，通过蒸汽外管网送到各用户点。经过减压减温后，再通过小口径的分支管道送到各用汽设备。 当锅炉截止阀缓慢打开时，蒸汽由锅炉进入蒸汽主管。由于蒸汽主管是冷的，管道周围空气更冷，热量会由蒸汽传递给管道，管道传热给空气。蒸汽加热管道引发的蒸汽冷凝称为起动负荷。管道传递给空气的热量称为运动负荷。 会形成大量的冷凝水积累在管道底部，并被蒸汽携带及重力作用沿蒸汽流动方向流动。可使用蒸汽洁净站等防水锤装置将蒸汽主管内的空气，污垢，凝结水排除，以提高蒸汽的干度。提高蒸汽品质，并防止水锤的发生。 用汽设备（如换热

4、器等）打开，蒸汽经减温减压站后，由过热高压蒸汽变为低压饱和蒸汽，从蒸汽分配站并经过蒸汽温度控制装置进入用汽设备，在冷态的换热面经过热交换后，蒸汽连续不断地释放能量（蒸汽潜热）与被加热介质换热，并生成大量的冷凝水由蒸汽疏水阀站排除。 最后冷凝水汇集后进入凝结水箱，并由冷凝水回收站打回锅炉房，完成整套循环流程。13 蒸汽输送压力选择和原则 选择蒸汽压力 蒸汽输送在满足最小的散热损失及最低费用的基础上，一定要提供正确的流量和压力。在蒸汽外管网一般为过热蒸汽，室内管网一般为干饱和蒸汽。 蒸汽压力选定受用汽设备压力所制约。由于蒸汽管路的摩阻及蒸汽冷凝的损失，所以选定蒸汽压力时要考虑余量。高压下蒸汽比容较

5、小，故高于使用压力输送蒸汽，管道口径比较小。 高压输送蒸汽优点： 蒸汽输送的原则是高压过热输送，低压饱和使用。在各用汽点设减压及减温站。 高压输送蒸汽管道口径更小，散热损失孙小。 节省管道及保温费用。 由于减压过程是提高蒸汽干度的过程，所经通过减压可在用汽点得到更干燥的蒸汽。 锅炉在高压下运行，效率会更高。14 蒸汽管道口径选择蒸汽管道口径选择关系重大，一定要根据蒸汽输送的压力，温度，流量及输送蒸汽的质量加以计算。 选型过大 管道材料费用增加。 冷凝水增加，蒸汽品质下降，易发生水锤。 更多的热能消耗。示例: 使用80mm的蒸汽管道输送足够的蒸汽,如使用100M管道,则费用增加38%，100mm

6、绝热管的热损失比80mm多18%。100mm非绝热管的热损失比80mm多45%。 选型过小 蒸汽压力降过大，到达用汽点压力达不到要求。 蒸汽流速过大。易发生冲蚀及水锤。 用汽点没有足够的蒸汽流量。 蒸汽管道口径选择 流速法:参照表3-3蒸汽流量表选择管道口径。我们确定一个可以接受的流速，知道所输送的蒸汽体积，就可计算所需的蒸汽管径。 压降法：需要确定蒸汽管道内的压力降。按压力降的参数值确定管道口径。表3-1推荐的蒸汽流速蒸汽品质湿干特干过热真空m/s2020-3015-2045-60100Ft/s7070-10050-6515-200300表3-2管道附件的相当管长(mm)管径25501002

7、00截止阀7.015.030.060.0闸阀0.20.30.71.6止回阀06.012.028.0弯头0.61.22.55.015 蒸汽管道口径计算表3-3 蒸汽流量表2 提高蒸汽品质21 如何提高蒸汽品质 提高蒸汽品质条件为了最大的效率， 避免强烈的噪音及水锤, 蒸汽到达用汽点应该具备以下的条件: 正确的蒸汽压力及温度 干燥- 不能含有水分 干净- 污垢和其它固体物质积聚在换热面会增加热阻 不能含有空气-空气热阻很大，减少传热 提高蒸汽品质节能实施方案 在各主入口及用汽点加设蒸汽减压站 在过热蒸汽外网的用户主入口设蒸汽减温站 在蒸汽主入口，加设具有蒸汽过滤及排空气功能的蒸汽洁净站。易发生水锤

8、的管道入口，蒸汽减压站的前端，蒸汽流量计的前端，汽水换热设备的前端加设汽水分离站。 在所有蒸汽主管下垂点，主管上升点，主管疏水点，分汽缸，蒸汽减压站入口等位置加设蒸汽主管疏水站。 在蒸汽主管的末端加设具有排空气功能的蒸汽末端疏水站。 在蒸汽管路设计，布置及安装过程中严格按照蒸汽输送布置原理（图3-3）图3-3蒸汽减温减压站布置图22 蒸汽管道水锤发生原因及防护 蒸汽管道水锤成因 蒸汽管道流速为20-40M/S甚至更高。 水管道的流速通常为2M/S。 冷凝水积聚任何管道下垂的低点，形成水块，当它随蒸汽运动就会被加速到蒸汽的流速，如果水块突然改变方向，则水中的动能被施放出来，引发强烈的类似管子被敲

9、击的噪音和振动，称之为水锤。 蒸汽管道水锤危害 会使蒸汽管路发生管道脱落，断裂等灾难性特大损坏事件。 造成减压阀，控制阀，开关阀，弯头，三通等部件损坏。 铸铁的设备有可能爆裂。 蒸汽管道水锤防护 有效排除凝结水。在低点及需要疏水的位置加装疏水站。 用少量的蒸汽预热管道及设备，缓慢开启供汽主阀。 加装蒸汽洁净站及汽水分离站等蒸汽干燥设备。防止凝结水的产生。 注意蒸汽管道的保温。由于管路散热蒸汽变为凝结水如果凝结水不及时清除, 由于蒸汽流速为水的30倍, 汽水交织会形成强烈的水锤. 局部压力会达到蒸汽压力的900倍图3-4 水锤发生的原因23汽水分离器的分类 旋风式汽水分离器 这种汽水分离器有两个

10、组合圆盘组成(用于将微小的水滴聚合成较大的水滴)，在圆盘的下面有倾斜的槽形连接板，这可使气流产生旋涡靠离心作用把水滴分离到容器壁上，然后流出汽水分离器。 当蒸汽速度为12.5m/s时，其去湿率可达98%，速度是22m/s时则为70%，而速度是25m/s时则降至40%。 旋风式汽水分离器适合用于流速较低的系统。 离心式汽水分离器 这种形式的汽水分离器迫使蒸汽在进入分离器后通过一段螺旋形通道，通过向下的螺旋形通道，水被离心作用分离到容器壁上，而蒸汽则升到顶部。 当蒸汽速度为12m/s时，其去湿率可达98%，而当速度是26 m/s时则降至50%。 离心式汽水分离器适合用于流速较低的系统。 挡板式汽水

11、分离器 从设计上考虑，挡板式汽水分离器的壳体内的截面积要比连接的蒸汽管道的截面积大10倍。 这样做的目的是降低进口处的蒸汽流速。较低的流速可以使蒸汽越过一组挡板时产生极小的压降(此压降并不比经过同样长度管道的压降大)。 水滴的惯性使其直线前进撞在挡板上，并从底部的排水口流出。这样低的蒸汽流速可以减少一些重新雾化的机会。这种形式的汽水分离器可在蒸汽流速从10m/s到47m/s的范围内达到接近100%的去湿率。图3-5 挡板式汽水分离器工作原理24蒸汽汽水分离装置组成及功能 蒸汽汽水分离装置的组成 由汽水分离器，大排量先导热静力疏水阀,蒸汽球阀组成。 蒸汽汽水分离装置的功能 汽水分离装置设计用于蒸

12、汽锅炉出口及蒸汽用户入口，蒸汽流量计，温控站，减压站的前端。 此设备可有效排除蒸汽，压缩空气及其它气体系统中的液滴，蒸汽纯度可达99%以上，极大地提高了蒸汽品质，安装保温夹套可改善其工作性能。 由于饱和蒸汽在管路输送中不可避免向周围环境散热，部分蒸汽会冷凝成小液滴，且锅炉水处理不当或超负荷运行，蒸汽速度过快带出部分水滴。管路中疏水站只对流动的冷凝水有效，蒸汽流中含有液滴，不仅减少可利用的热能，并且会附着在换热器壁面，换热效率降低，且会冲蚀控制阀密封面。随着水分的增多，会生成强烈的水锤，危害设备及人员安全。汽水分离站可解决以上问题，并有效排除空气，提高蒸汽的使用效率。 此设备可极大地提高蒸汽品质

13、，排除蒸汽中99%的水份，100%的空气。 可有效地防止水锤，延长后续蒸汽管道，阀门及换热设备的寿命，减少管路中的噪音。 保证蒸汽系统安全可靠运行。25蒸汽变湿的原因 为什么需要干蒸汽 因其优良的特性和可利用性，饱和蒸汽成为世界上使用最广泛的加热介质。其所含的热量在蒸发时是很高的。 当饱和蒸汽冷凝，最初用于产生蒸汽的热能的80%在恒定温度下释放。正因如此，工程师总是致力于在使用点上提供干燥系数为1.0的饱和蒸汽，或者说蒸汽的干燥度为100%。试想，如果饱和蒸汽的干燥系数是0，即100%的饱和水，我们将用热水代替蒸汽系统，而饱和水的热能是很低的，只能在热交换中降低其温度以传递热量。这就与最初用一

14、种介质在一恒定温度传输大量热能的目的相反了。 因此，蒸汽越干，它的质量就越好，整个蒸汽系统的性能就越好。 蒸汽品质现状 我国的外网热力蒸汽管道原则是输送高压过热蒸汽。但在实际使用过程中。因为管路保温，蒸汽疏水，系统设计等存在极大的问题，所以在用户端，特别是在蒸汽管网末端，基本上为饱和蒸汽，且干度为85%以下，蒸汽品质较差。 提高蒸汽干度，需要在蒸汽入口处安装类如汽水分离器等提高蒸汽品质的设备。 饱和蒸汽变湿的原因 蒸汽中携带水滴泡沫。 蒸汽供给量不能满足需求所引起的汽水共腾。 蒸汽在输送过程的热量损失。 锅炉的实际工作压力低于制造厂商规定的最大工作压力。注意: 无论是何种因素，蒸汽中的饱和水都

15、无任何用处。这些水吸收最初用来加热达到饱和温度的热量，但周围的蒸汽让其无法释放出这部份热量。 过热蒸汽变湿的原因 蒸汽中携带水滴泡沫。 蒸汽供给量不能满足需求所引起的汽水共腾。 锅炉的实际工作压力低于制造厂商规定的最大工作压力。注意: 无论是何种因素，过热蒸汽中的水都无任何用处。这些水吸收热量达到饱和温度，周围的蒸汽使其无法降低温度释放这部份热量。26湿蒸汽的危害 湿蒸汽的危害性 小水滴悬浮在蒸汽中可使管道腐蚀，降低使用寿命。更换管道不仅要有材料和人工的花费，而且要将部分管线关闭进行维修，将对生产带来一定损失。 蒸汽中所含的小水滴会损坏(侵蚀阀座、阀芯)控制阀，使其失去作用，并最终影响损坏产品

16、的质量。 蒸汽中所含的小水滴将聚集在热交换的表面增长成水薄膜。1mm的水膜相当于60mm厚的铁/钢板或50mm后的铜板的传热效果，这层水膜将改变热交换表面的热交换系数，延长加热时间，降低生产能力。附页中有关一个空气加热器的例子显示其热交换系数提高了6%，空气温度升高了21.1%。 湿蒸汽降低用气设备的总热交换效率。水滴占据宝贵的蒸汽空间意味着干燥的饱和蒸汽将无法起到热传递的作用。 湿蒸汽中夹带的混合物在热交换表面形成积垢，将降低热交换效率。在热交换表面的垢层是厚薄不一的。这引起不同的热膨胀，将使热交换表面产生裂纹。被加热物质从裂缝处泄漏与凝结水混合，被弄脏的冷凝水损失，都将带来高额的费用。有些

17、混合物有很强的破坏性，会增加腐蚀的可能。 湿蒸汽中夹带的混合物在控制阀和蒸汽疏水阀上积垢，将影响阀的操作，增加维修费用。 湿蒸汽中夹带的混合物进入蒸汽直接喷射的加热产品中，如果产品要求符合很高的卫生标准，被污染的产品将变为废品无法销售。 有些加工工艺是不能有湿蒸汽的，湿蒸汽将影响最终的产品质量。 除了显而易见的湿蒸汽对热交换效率的影响外，湿蒸汽中夹带过多的水将会造成疏水阀和冷凝水回收系统的超负荷运转。疏水阀的过载将使冷凝水倒流，如果冷凝水占据蒸汽空间，这将减低加工设备的生产能力，在这段时间内还将影响最终产品的质量。过载的冷凝水回收系统无法处理超过其能力的冷凝水量，多出的水将从冷凝水收集箱的溢流

18、管中流出，宝贵的热能就白白浪费了。 在蒸汽、空气和其它气体中的水滴会影响流量计测量流量的准确度。最后的附页有一个例子说明干燥度对蒸汽流量测量的准确度的影响。蒸汽的干燥系数为0.95时，将造成2.6%的流量测量误差，而干燥系数是0.85时，测量误差将达到8%。安装蒸汽流量计是为了给操作者提供准确可靠的数据，用以将生产工艺过程控制在最佳状态并得到最大的生产效率，而蒸汽中的水滴使这一切无法准确实施。 悬浮在过热蒸汽中的水滴将引起涡轮叶片的腐蚀，并降低使用寿命。更换或修理涡轮叶片不仅造成费用上的浪费，而且因停机修理造成一定的生产损失。27湿蒸汽存在的依据及干蒸汽获得 蒸汽携带水份和泡沫 从实际水质分析

19、记录中可以看出，锅炉水中的平均TDS值可能是3800ppm，高于水处理专家和锅炉制造商推荐的最佳值3500ppm。 从锅炉水中取得的样品，样品的TDS值是3800ppm，高于水处理专家和锅炉制造商推荐的最佳值3500ppm。 泡沫是由于锅炉水中存有盐类物质。因此，在整个工厂的控制阀和截止阀的阀轴上可以看到白色沉淀物。 锅炉汽水共腾 当燃烧完全时，锅炉应尽力产生足够的蒸汽以满足需求和补充锅炉内的压力 锅炉水位计上的水平面不断跳动时说明锅炉处于剧烈的沸腾状态，这会增加锅炉水的机械携带进入蒸汽系统。 蒸汽输送中的热损失 锅炉和用汽设备之间的管线长度过长。 到用汽设备之前的蒸汽管道没有保温层。 锅炉在

20、低于最大工作压力下运行 如铭牌上所见到的由锅炉制造商设计的最大工作压力是10Bar,锅炉最大运行压力是7Bar，低于锅炉制造商设计的压力。 使用汽水分离器获得干蒸汽 可以在蒸汽管道上安装汽水分离器将湿蒸汽中的水份除去。在几种类型的汽水分离器中，最普通的是旋风汽水分离器，离心式和挡板式。 所有汽水分离器都是靠水滴的惯性撞在挡板上或靠离心力撞击在容器壁上。进口的速度越高，水滴的惯性就越大。 对于任何汽水分离器的设计，总有一个进口流速的限制，因为水滴的惯性使其变得非常快，从而在撞击挡板或容器壁时产生雾化使其重新变为雾状。在蒸汽系统中一般的速度是30米/秒。 使用蒸汽疏水站 可去除蒸汽管路中大部份水分

21、。 可避免水锤发生。 使用蒸汽末端疏水排气站 可去除蒸汽主管空气及凝结水。 提高换热效率及防止水锤。28使用汽水分离器提升蒸汽品质 提升换热器蒸汽品质及效率图3-7 换热器提高效率布置实例 提升锅炉出口的蒸汽品质图3-8 锅炉出口提高蒸汽品质布置实例 提升蒸汽流量计控制精度图3-9 蒸汽流量计提高精度应用实例29提升蒸汽品质节能计算 举例说明空气加热器 Q 空 气 加 热 器 的 热 量 输 出 kW u 总 的 热 传 递 系 数 W/m2 C A 热 交 换 表 面 积 m2 dT 被 加 热 空 气 与 蒸 汽 之 间 的 温 差 C 已 知：u50 W/m2 C A1 m2 dT120

22、C (蒸 汽 温 度170C， 空 气 从30C 加 热 至70C， 因 此 dT17050120C Q501120/10006 kW 对 于 干 燥 的 蒸 汽， 假 设u 增 加 6% u 从 50 变 为 51.8 6 kW51.81dT /1000 dT115.8C 蒸 汽 温 度 仍 然 是 170C， 那 么 空 气 温 度 就 是 170115.854.2C, 显 然， 空 气 最 终 温 度 是 78.5C。 空 气 温 度 增 长 率78.5-30/70-30100%21.1%由 于 空 气 出 口 的 温 度，生 产 能 力 相 应 提 高。图3-10 空气加热器提高蒸汽品

23、质节能实例210蒸汽分汽缸选型 尺寸确定（直径D）211 如何正确的主管路疏水 发生积水的原因图3-11 主管路疏水位置 疏水点设置方法图3-12 主管疏水点布置简图212 如何正确布置上升管主管路疏水 上升管主管路疏水方法图3-13 蒸汽主管上升点布置图 主管路疏水站图3-14 石化厂主管路疏水站应用实例(使用冷态排放的排水温度限制阀)213 如何正确的末端疏水及排空气 蒸汽排气阀的工作原理 蒸汽排气阀实质是一种热静力式疏水阀。 所有的冷的空气及冷水均由此排出，故应考虑设置连接地沟的排水管。图3-15 蒸汽排空气阀工作原理 末端疏水及排空气形式图3-16 蒸汽末端疏水装置216 如何正确选择

24、和安装蒸汽过滤器 蒸汽过滤器的作用 可过滤掉脏物 锅炉水携带的固体物质 管道污垢 焊巴 管道的多余连接材料 正确的过滤器选择及安装形式 须选用100目蒸汽过滤器（水过滤器为40目）,因为蒸汽内细小的颗粒较多，流速较快。 须水平安装,因为垂直安装在过滤器底部易存水。导致水锤发生。图3-17 100目蒸汽过滤器图3-18 不可以垂直安装蒸汽过滤器215 如何正确布置蒸汽管道缩径 同心大小头的问题点 会造成积水 诱发水锤 蒸汽缩径应使用偏心大小头 不会积水 冷凝水可流至下一个排水点 蒸汽减压阀同理也使用此缩径方法图3-19 蒸汽管道缩径方法图3-20 蒸汽减压阀缩径方法图3-16 蒸汽末端疏水装置216 如何正确选择