《流体输配管网 第4版》 课件 第4章 蒸汽管网

流体输配管网

第4版

第4章

蒸汽管网

4.1室内蒸汽管路系统的基本型式与水力特征

4.1.1蒸汽管路系统的水力特征

蒸汽管路系统在供热（暖）方面应用极为普遍，如同前述冷、热水那样，蒸汽也是重要的转运、分配能量的流体介质。图4-1是蒸汽管路系统用于供热的原理图。蒸汽从热源1沿蒸汽管路2进入散热设备4，蒸汽凝结放出热量后，凝水通过疏水器5再返回热源重新加热。图4-1蒸汽管路系统原理图1－热源；2－蒸汽管路；3－分水器；4－散热设备；5－疏水器；6－凝水管路；7－凝水箱；8－空气管；9－凝水泵；10－凝水管与冷热水管路系统相对比，蒸汽管路系统具有显著的特征。

首先，蒸汽和凝水在系统管路内流动时，其状态参数变化比较大，（主要指流量和比容），还会伴随相态变化。

其次，蒸汽在系统散热设备中，靠水蒸汽凝结成水放出热量，相态发生了变化。4.1.2室内蒸汽管路系统的型式

1．室内蒸汽管路系统分类

按照供汽压力的大小，将室内供暖时的蒸汽管路系统分类三类：

供汽的表压力高于70kPa时，称为中压蒸汽管路。供汽的表压力等于或低于70kPa时，称为低压蒸汽管路。当系统中的压力低于大气压力时，称为真空蒸汽管路。按照蒸汽干管布置的不同，蒸汽管路系统可有上供式、中供式、下供式三种。

按照立管的布置特点，蒸汽管路系统可分为单管式和双管式。目前国内绝大多数蒸汽管路系统采用双管式。

按照回水动力不同，蒸汽管路系统可分为重力回水和机械回水两类。中压蒸汽管路系统都采用机械回水方式。

2．低压蒸汽管路系统的基本型式

图4-2所示是重力回水低压蒸汽管路系统示意图。

在系统运行前，锅炉充水至I-I平面。锅炉加热后产生的蒸汽，在其自身压力作用下，克服流动阻力，沿供汽管道输进散热器内，并将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱入凝水管，最后，经连接在凝水管末端的B点处排出。蒸汽在散热器内冷凝放热。凝水靠重力作用沿凝水管路返回锅炉，重新加热变成蒸汽。图4-2重力回水低压蒸汽管路系统示意图

图4-3机械回水低压蒸汽管路系统示意图

1－低压恒温式疏水器；2－凝水箱；

3－空气管；4－凝水泵3、中压蒸汽管路系统的型式图4-4室内中压蒸汽管路系统示意图1－室外蒸汽管；2－室内中压蒸汽供热管；3－室内中压蒸汽供暖管；4－减压装置；5－补偿器；6－疏水器；7－开式凝水箱；8－空气管；9－凝水泵；10－固定支点；11－安全阀4.2室内蒸汽管路系统的凝结水

4.2.1低压蒸汽管路系统的凝结水

图4-5蒸汽在散热器内凝结示意图

图4-6恒温式疏水器图4-7供汽干、立管连接方式

(a)供汽干管下部敷设;(b)供汽干管上部敷设图4-8单管下供下回式低压蒸汽供暖系统1—阀门；2—自动排气阀4.2.2中压蒸汽管路系统的凝结水图4-9干凝水管路过门装置图4-10高低压凝水合流的简单措施1—图4-11设置二次蒸发箱的室内高压蒸汽管路系统示意图

1—暖风机；2—泄水阀；3—疏水装置；4—止回阀；

5—二次蒸发箱；6—安全阀；7—蒸汽压力调节阀；8—排气阀4.3室内低压蒸汽管路系统的

水力计算方法和例题

4.3.1室内低压蒸汽管路系统水力计算方法

在进行低压蒸汽管路系统的水力计算时，同样先从最不利的管路开始，亦即从锅炉到最远散热器的管路开始计算。为保证系统均匀可靠地供暖，尽可能使用较低的蒸汽压力，进行最不利管路的水力计算时，通常采用压损平均法进行计算。

在已知锅炉或室内入口处蒸汽压力条件下4.3.2室内低压蒸汽管路系统水力计算例题

[例题4-1]图4-12为重力回水的低压蒸汽管路系统的一个支路。锅炉房设在车间一侧。每个散热器的热负荷均为4000W。每根立管及每个散热器的蒸汽支管上均装有截止阀。每个散热器凝水支管上装一个恒温式疏水器。总蒸汽立管保温。4.4室内中压蒸汽管路系统水力计算方法和例题

4.4.1室内中压蒸汽管路系统的水力计算方法

室内中压蒸汽管路系统的水力计算任务同样也是选择管径和计算其压力损失，通常采用压损平均法或流速法进行计算。

计算从最不利管路开始。

1、压损平均法

2、流速法

3、限制平均比摩阻法

4.4.2室内中压蒸汽管路系统水力计算例题

[例题4-2]图4-13所示为室内中压蒸汽管路系统的一个支路。各散热器的热负荷与例题4-1相同，均为4000W。用户入口处设分汽缸，与室外蒸汽热网相接。在每一个凝水支路上设置疏水器。散热器的蒸汽工作表压力要求为200kPa。试选择中压蒸汽管路系统的管径和用户入口处的蒸汽管路起始压力。4.5室外高压蒸汽管网的

水力计算

在设计中为了简化蒸汽管道水力计算过程，通常也是利用计算图或表格进行计算，具体方法与步骤与热水管网基本相同,但有如下几点需要在设计计算时加以注意。

（1）由于室外蒸汽网路长，蒸汽在管道内流动过程中的密度变化大，用水力计算表时，必须对密度变化予以修正。

（2）在室外高压蒸汽网路水力计算中，特别是在主干线始、末端有较大的资用压差情况下，常采用工程实践中的常用流速，作为选择主干线管径的依据。

4.6凝结水管网的水力计算方法

图4-14包括各种流动状况的凝结水回收系统示意图

1－用汽设备；2－疏水器；3－二次蒸发箱；4－凝水箱；5－凝水泵；6－总凝水箱；7－压力调节器

（1）管段AB

由用热设备出口至疏水器入口的管段。凝水流动状态属非满管流。

（2）管段BC

从疏水器出口到二次蒸发箱（或高位水箱）或凝水箱入口的管段。凝水在该管道流动，由于通过疏水器时不可避免形成的二次蒸汽和疏水器漏汽，该管段凝水流动属汽—液两相流的流动状况。

余压凝水管的资用压力

p，应按下式计算（3）管段CD

从二次蒸发箱（或高位水箱）出口到凝水箱的管段。管中流动的凝水是压力的饱和凝水。如管中压降过大，凝水仍有可能汽化。

管段中，凝水靠二次蒸发箱与凝水箱中的压力差及其水面标高差的总势能而作满管流动。

其资用压头按下式计算图4-15管段的资用压头

1－凝水箱；2－安全水封；3－蒸汽补汽的压力调节器；4－外网凝水管线；5－二次蒸发箱；6－静水压线；7－动水压线（线C-O）（4）管段DE

利用凝水泵输送凝水的管段。管中流过纯凝水，为满管流动状态。

当有多个用户或凝水分站的凝水泵并联向管网输送凝水时，凝水管网的水力计算和水泵选择的步骤和方法如下：

1）以进入用户或凝水分站的凝水箱最大回水量作为计算流量，并根据常用流速范围（1.0~2.0m/s），确定各管段的管径。

2）求出各个凝水泵所需的扬程HB，按下式计算图4-16凝水泵扬程计算图图4-17例题4-3附图

1—用汽设备；2—疏水器；3—二次蒸发箱；4—多级水封；[例4-4]某工厂的余压凝水回收系统如图4-18所示。用户的凝水计算流量qma=7.0t/h，疏水器前的凝水表压力pa1=2.5bar。用户的凝水计算流量qmb=3.0t/h，疏水器前的凝水表压力pb1=3.0bar。各管段长度标在图上。凝水借疏水器后的压力集中输送回热源的开式凝结水箱。总凝水箱I回形管与疏水器标高差为1.5m。试选择各管段的管径。

4.7凝结水管网的水力计算例题

[例4-3]图4-17所示为一闭式满管流凝水回收系统示意图。用热设备的凝结水计算流量qm1=2.0t/h，疏水器前凝水表压力p1=2.0bar，疏水器后表压力p2=1.0bar。二次蒸发箱的蒸汽最高表压力p3=0.2bar。管段的计算长度l1=120m。疏水器后凝水的提升高度h1=4.0m。

二次蒸发箱下面减压水封出口与凝水箱的回形管标高差h2=2.5m。外网的管段长度