蒸汽配送系統(tǒng)提高蒸汽品質(zhì)節(jié)能

1、蒸汽配送系統(tǒng)提高蒸汽品質(zhì)節(jié)能1 蒸汽輸送節(jié)能11 蒸汽分配系統(tǒng)節(jié)能檢查要點 蒸汽主管路 按壓降選擇正確的蒸汽主管尺寸。 為了防止沖蝕,蒸汽在管路中的流速要小于30m/s。 要為蒸汽主管在工作溫度條件下的膨脹考慮余量。 蒸汽主管要合理支撐，導向及定位。 為便于蒸汽流動及疏水，蒸汽主管須有一定的坡度。 管道縮徑要使用偏心大小頭，不能使用同心變徑。 蒸汽分支管要連接在蒸汽主管的頂部，而不是底部。 安裝波紋管截止閥以隔離不用的設備。 蒸汽疏水閥 要在每隔30-50M安裝蒸汽疏水器。 在疏水閥的疏水點連接處要有正確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氣閥。 疏水閥要按啟動和工作時冷凝水

2、負荷的情況正確選定規(guī)格。 疏水閥要安裝在常閉截止閥的上游。 蒸汽疏水閥最好以疏水站的形式布置，要有過濾器，止回閥，旁通閥，上游排氣閥，下游排汽及泄放閥。 水錘 檢查是否發(fā)生水錘，振蕩。 檢查水錘造成的危害。 蒸汽潔凈站是除水錘的最理想設備。 蒸汽潔凈站一般置于蒸汽用戶入口及調(diào)節(jié)閥，用汽設備的入口。 保溫 安裝為節(jié)能所設的保溫層。 安裝為保護人員所設的隔離層。 保溫層要有合理的厚度。 隔熱層為防風雨并是干燥的。 隔熱層處于良好的維修狀態(tài)且不被損壞。 保溫管上設步行橋，以防損壞保溫層。 泄漏 無論蒸汽是泄漏到空氣中還是通過疏水閥進入冷凝水回收系統(tǒng)，蒸汽泄漏是決不允許存在的。12 蒸汽輸送系統(tǒng)簡述

3、蒸汽輸送過程 首先，在蒸汽系統(tǒng)中，蒸汽變?yōu)槟Y水引發(fā)蒸汽壓力的下降，并使蒸汽在管道中流動 鍋爐產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽外管網(wǎng)送到各用戶點。經(jīng)過減壓減溫后，再通過小口徑的分支管道送到各用汽設備。 當鍋爐截止閥緩慢打開時，蒸汽由鍋爐進入蒸汽主管。由于蒸汽主管是冷的，管道周圍空氣更冷，熱量會由蒸汽傳遞給管道，管道傳熱給空氣。蒸汽加熱管道引發(fā)的蒸汽冷凝稱為起動負荷。管道傳遞給空氣的熱量稱為運動負荷。 會形成大量的冷凝水積累在管道底部，并被蒸汽攜帶及重力作用沿蒸汽流動方向流動?？墒褂谜羝麧崈粽镜确浪N裝置將蒸汽主管內(nèi)的空氣，污垢，凝結水排除，以提高蒸汽的干度。提高蒸汽品質(zhì)，并防止水錘的發(fā)生。 用汽設備（如換熱

4、器等）打開，蒸汽經(jīng)減溫減壓站后，由過熱高壓蒸汽變?yōu)榈蛪猴柡驼羝瑥恼羝峙湔静⒔?jīng)過蒸汽溫度控制裝置進入用汽設備，在冷態(tài)的換熱面經(jīng)過熱交換后，蒸汽連續(xù)不斷地釋放能量（蒸汽潛熱）與被加熱介質(zhì)換熱，并生成大量的冷凝水由蒸汽疏水閥站排除。 最后冷凝水匯集后進入凝結水箱，并由冷凝水回收站打回鍋爐房，完成整套循環(huán)流程。13 蒸汽輸送壓力選擇和原則 選擇蒸汽壓力 蒸汽輸送在滿足最小的散熱損失及最低費用的基礎上，一定要提供正確的流量和壓力。在蒸汽外管網(wǎng)一般為過熱蒸汽，室內(nèi)管網(wǎng)一般為干飽和蒸汽。 蒸汽壓力選定受用汽設備壓力所制約。由于蒸汽管路的摩阻及蒸汽冷凝的損失，所以選定蒸汽壓力時要考慮余量。高壓下蒸汽比容較

5、小，故高于使用壓力輸送蒸汽，管道口徑比較小。 高壓輸送蒸汽優(yōu)點： 蒸汽輸送的原則是高壓過熱輸送，低壓飽和使用。在各用汽點設減壓及減溫站。 高壓輸送蒸汽管道口徑更小，散熱損失孫小。 節(jié)省管道及保溫費用。 由于減壓過程是提高蒸汽干度的過程，所經(jīng)通過減壓可在用汽點得到更干燥的蒸汽。 鍋爐在高壓下運行，效率會更高。14 蒸汽管道口徑選擇蒸汽管道口徑選擇關系重大，一定要根據(jù)蒸汽輸送的壓力，溫度，流量及輸送蒸汽的質(zhì)量加以計算。 選型過大 管道材料費用增加。 冷凝水增加，蒸汽品質(zhì)下降，易發(fā)生水錘。 更多的熱能消耗。示例: 使用80mm的蒸汽管道輸送足夠的蒸汽,如使用100M管道,則費用增加38%，100mm

6、絕熱管的熱損失比80mm多18%。100mm非絕熱管的熱損失比80mm多45%。 選型過小 蒸汽壓力降過大，到達用汽點壓力達不到要求。 蒸汽流速過大。易發(fā)生沖蝕及水錘。 用汽點沒有足夠的蒸汽流量。 蒸汽管道口徑選擇 流速法:參照表3-3蒸汽流量表選擇管道口徑。我們確定一個可以接受的流速，知道所輸送的蒸汽體積，就可計算所需的蒸汽管徑。 壓降法：需要確定蒸汽管道內(nèi)的壓力降。按壓力降的參數(shù)值確定管道口徑。表3-1推薦的蒸汽流速蒸汽品質(zhì)濕干特干過熱真空m/s2020-3015-2045-60100Ft/s7070-10050-6515-200300表3-2管道附件的相當管長(mm)管徑25501002

7、00截止閥7.015.030.060.0閘閥0.20.30.71.6止回閥06.012.028.0彎頭0.61.22.55.015 蒸汽管道口徑計算表3-3 蒸汽流量表2 提高蒸汽品質(zhì)21 如何提高蒸汽品質(zhì) 提高蒸汽品質(zhì)條件為了最大的效率， 避免強烈的噪音及水錘, 蒸汽到達用汽點應該具備以下的條件: 正確的蒸汽壓力及溫度 干燥- 不能含有水分 干凈- 污垢和其它固體物質(zhì)積聚在換熱面會增加熱阻 不能含有空氣-空氣熱阻很大，減少傳熱 提高蒸汽品質(zhì)節(jié)能實施方案 在各主入口及用汽點加設蒸汽減壓站 在過熱蒸汽外網(wǎng)的用戶主入口設蒸汽減溫站 在蒸汽主入口，加設具有蒸汽過濾及排空氣功能的蒸汽潔凈站。易發(fā)生水錘

8、的管道入口，蒸汽減壓站的前端，蒸汽流量計的前端，汽水換熱設備的前端加設汽水分離站。 在所有蒸汽主管下垂點，主管上升點，主管疏水點，分汽缸，蒸汽減壓站入口等位置加設蒸汽主管疏水站。 在蒸汽主管的末端加設具有排空氣功能的蒸汽末端疏水站。 在蒸汽管路設計，布置及安裝過程中嚴格按照蒸汽輸送布置原理（圖3-3）圖3-3蒸汽減溫減壓站布置圖22 蒸汽管道水錘發(fā)生原因及防護 蒸汽管道水錘成因 蒸汽管道流速為20-40M/S甚至更高。 水管道的流速通常為2M/S。 冷凝水積聚任何管道下垂的低點，形成水塊，當它隨蒸汽運動就會被加速到蒸汽的流速，如果水塊突然改變方向，則水中的動能被施放出來，引發(fā)強烈的類似管子被敲

9、擊的噪音和振動，稱之為水錘。 蒸汽管道水錘危害 會使蒸汽管路發(fā)生管道脫落，斷裂等災難性特大損壞事件。 造成減壓閥，控制閥，開關閥，彎頭，三通等部件損壞。 鑄鐵的設備有可能爆裂。 蒸汽管道水錘防護 有效排除凝結水。在低點及需要疏水的位置加裝疏水站。 用少量的蒸汽預熱管道及設備，緩慢開啟供汽主閥。 加裝蒸汽潔凈站及汽水分離站等蒸汽干燥設備。防止凝結水的產(chǎn)生。 注意蒸汽管道的保溫。由于管路散熱蒸汽變?yōu)槟Y水如果凝結水不及時清除, 由于蒸汽流速為水的30倍, 汽水交織會形成強烈的水錘. 局部壓力會達到蒸汽壓力的900倍圖3-4 水錘發(fā)生的原因23汽水分離器的分類 旋風式汽水分離器 這種汽水分離器有兩個

10、組合圓盤組成(用于將微小的水滴聚合成較大的水滴)，在圓盤的下面有傾斜的槽形連接板，這可使氣流產(chǎn)生旋渦靠離心作用把水滴分離到容器壁上，然后流出汽水分離器。 當蒸汽速度為12.5m/s時，其去濕率可達98%，速度是22m/s時則為70%，而速度是25m/s時則降至40%。 旋風式汽水分離器適合用于流速較低的系統(tǒng)。 離心式汽水分離器 這種形式的汽水分離器迫使蒸汽在進入分離器后通過一段螺旋形通道，通過向下的螺旋形通道，水被離心作用分離到容器壁上，而蒸汽則升到頂部。 當蒸汽速度為12m/s時，其去濕率可達98%，而當速度是26 m/s時則降至50%。 離心式汽水分離器適合用于流速較低的系統(tǒng)。 擋板式汽水

11、分離器 從設計上考慮，擋板式汽水分離器的殼體內(nèi)的截面積要比連接的蒸汽管道的截面積大10倍。 這樣做的目的是降低進口處的蒸汽流速。較低的流速可以使蒸汽越過一組擋板時產(chǎn)生極小的壓降(此壓降并不比經(jīng)過同樣長度管道的壓降大)。 水滴的慣性使其直線前進撞在擋板上，并從底部的排水口流出。這樣低的蒸汽流速可以減少一些重新霧化的機會。這種形式的汽水分離器可在蒸汽流速從10m/s到47m/s的范圍內(nèi)達到接近100%的去濕率。圖3-5 擋板式汽水分離器工作原理24蒸汽汽水分離裝置組成及功能 蒸汽汽水分離裝置的組成 由汽水分離器，大排量先導熱靜力疏水閥,蒸汽球閥組成。 蒸汽汽水分離裝置的功能 汽水分離裝置設計用于蒸

12、汽鍋爐出口及蒸汽用戶入口，蒸汽流量計，溫控站，減壓站的前端。 此設備可有效排除蒸汽，壓縮空氣及其它氣體系統(tǒng)中的液滴，蒸汽純度可達99%以上，極大地提高了蒸汽品質(zhì)，安裝保溫夾套可改善其工作性能。 由于飽和蒸汽在管路輸送中不可避免向周圍環(huán)境散熱，部分蒸汽會冷凝成小液滴，且鍋爐水處理不當或超負荷運行，蒸汽速度過快帶出部分水滴。管路中疏水站只對流動的冷凝水有效，蒸汽流中含有液滴，不僅減少可利用的熱能，并且會附著在換熱器壁面，換熱效率降低，且會沖蝕控制閥密封面。隨著水分的增多，會生成強烈的水錘，危害設備及人員安全。汽水分離站可解決以上問題，并有效排除空氣，提高蒸汽的使用效率。 此設備可極大地提高蒸汽品質(zhì)

13、，排除蒸汽中99%的水份，100%的空氣。 可有效地防止水錘，延長后續(xù)蒸汽管道，閥門及換熱設備的壽命，減少管路中的噪音。 保證蒸汽系統(tǒng)安全可靠運行。25蒸汽變濕的原因 為什么需要干蒸汽 因其優(yōu)良的特性和可利用性，飽和蒸汽成為世界上使用最廣泛的加熱介質(zhì)。其所含的熱量在蒸發(fā)時是很高的。 當飽和蒸汽冷凝，最初用于產(chǎn)生蒸汽的熱能的80%在恒定溫度下釋放。正因如此，工程師總是致力于在使用點上提供干燥系數(shù)為1.0的飽和蒸汽，或者說蒸汽的干燥度為100%。試想，如果飽和蒸汽的干燥系數(shù)是0，即100%的飽和水，我們將用熱水代替蒸汽系統(tǒng)，而飽和水的熱能是很低的，只能在熱交換中降低其溫度以傳遞熱量。這就與最初用一

14、種介質(zhì)在一恒定溫度傳輸大量熱能的目的相反了。 因此，蒸汽越干，它的質(zhì)量就越好，整個蒸汽系統(tǒng)的性能就越好。 蒸汽品質(zhì)現(xiàn)狀 我國的外網(wǎng)熱力蒸汽管道原則是輸送高壓過熱蒸汽。但在實際使用過程中。因為管路保溫，蒸汽疏水，系統(tǒng)設計等存在極大的問題，所以在用戶端，特別是在蒸汽管網(wǎng)末端，基本上為飽和蒸汽，且干度為85%以下，蒸汽品質(zhì)較差。 提高蒸汽干度，需要在蒸汽入口處安裝類如汽水分離器等提高蒸汽品質(zhì)的設備。 飽和蒸汽變濕的原因 蒸汽中攜帶水滴泡沫。 蒸汽供給量不能滿足需求所引起的汽水共騰。 蒸汽在輸送過程的熱量損失。 鍋爐的實際工作壓力低于制造廠商規(guī)定的最大工作壓力。注意: 無論是何種因素，蒸汽中的飽和水都

15、無任何用處。這些水吸收最初用來加熱達到飽和溫度的熱量，但周圍的蒸汽讓其無法釋放出這部份熱量。 過熱蒸汽變濕的原因 蒸汽中攜帶水滴泡沫。 蒸汽供給量不能滿足需求所引起的汽水共騰。 鍋爐的實際工作壓力低于制造廠商規(guī)定的最大工作壓力。注意: 無論是何種因素，過熱蒸汽中的水都無任何用處。這些水吸收熱量達到飽和溫度，周圍的蒸汽使其無法降低溫度釋放這部份熱量。26濕蒸汽的危害 濕蒸汽的危害性 小水滴懸浮在蒸汽中可使管道腐蝕，降低使用壽命。更換管道不僅要有材料和人工的花費，而且要將部分管線關閉進行維修，將對生產(chǎn)帶來一定損失。 蒸汽中所含的小水滴會損壞(侵蝕閥座、閥芯)控制閥，使其失去作用，并最終影響損壞產(chǎn)品

16、的質(zhì)量。 蒸汽中所含的小水滴將聚集在熱交換的表面增長成水薄膜。1mm的水膜相當于60mm厚的鐵/鋼板或50mm后的銅板的傳熱效果，這層水膜將改變熱交換表面的熱交換系數(shù)，延長加熱時間，降低生產(chǎn)能力。附頁中有關一個空氣加熱器的例子顯示其熱交換系數(shù)提高了6%，空氣溫度升高了21.1%。 濕蒸汽降低用氣設備的總熱交換效率。水滴占據(jù)寶貴的蒸汽空間意味著干燥的飽和蒸汽將無法起到熱傳遞的作用。 濕蒸汽中夾帶的混合物在熱交換表面形成積垢，將降低熱交換效率。在熱交換表面的垢層是厚薄不一的。這引起不同的熱膨脹，將使熱交換表面產(chǎn)生裂紋。被加熱物質(zhì)從裂縫處泄漏與凝結水混合，被弄臟的冷凝水損失，都將帶來高額的費用。有些

17、混合物有很強的破壞性，會增加腐蝕的可能。 濕蒸汽中夾帶的混合物在控制閥和蒸汽疏水閥上積垢，將影響閥的操作，增加維修費用。 濕蒸汽中夾帶的混合物進入蒸汽直接噴射的加熱產(chǎn)品中，如果產(chǎn)品要求符合很高的衛(wèi)生標準，被污染的產(chǎn)品將變?yōu)閺U品無法銷售。 有些加工工藝是不能有濕蒸汽的，濕蒸汽將影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量。 除了顯而易見的濕蒸汽對熱交換效率的影響外，濕蒸汽中夾帶過多的水將會造成疏水閥和冷凝水回收系統(tǒng)的超負荷運轉(zhuǎn)。疏水閥的過載將使冷凝水倒流，如果冷凝水占據(jù)蒸汽空間，這將減低加工設備的生產(chǎn)能力，在這段時間內(nèi)還將影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。過載的冷凝水回收系統(tǒng)無法處理超過其能力的冷凝水量，多出的水將從冷凝水收集箱的溢流

18、管中流出，寶貴的熱能就白白浪費了。 在蒸汽、空氣和其它氣體中的水滴會影響流量計測量流量的準確度。最后的附頁有一個例子說明干燥度對蒸汽流量測量的準確度的影響。蒸汽的干燥系數(shù)為0.95時，將造成2.6%的流量測量誤差，而干燥系數(shù)是0.85時，測量誤差將達到8%。安裝蒸汽流量計是為了給操作者提供準確可靠的數(shù)據(jù)，用以將生產(chǎn)工藝過程控制在最佳狀態(tài)并得到最大的生產(chǎn)效率，而蒸汽中的水滴使這一切無法準確實施。 懸浮在過熱蒸汽中的水滴將引起渦輪葉片的腐蝕，并降低使用壽命。更換或修理渦輪葉片不僅造成費用上的浪費，而且因停機修理造成一定的生產(chǎn)損失。27濕蒸汽存在的依據(jù)及干蒸汽獲得 蒸汽攜帶水份和泡沫 從實際水質(zhì)分析

19、記錄中可以看出，鍋爐水中的平均TDS值可能是3800ppm，高于水處理專家和鍋爐制造商推薦的最佳值3500ppm。 從鍋爐水中取得的樣品，樣品的TDS值是3800ppm，高于水處理專家和鍋爐制造商推薦的最佳值3500ppm。 泡沫是由于鍋爐水中存有鹽類物質(zhì)。因此，在整個工廠的控制閥和截止閥的閥軸上可以看到白色沉淀物。 鍋爐汽水共騰 當燃燒完全時，鍋爐應盡力產(chǎn)生足夠的蒸汽以滿足需求和補充鍋爐內(nèi)的壓力 鍋爐水位計上的水平面不斷跳動時說明鍋爐處于劇烈的沸騰狀態(tài)，這會增加鍋爐水的機械攜帶進入蒸汽系統(tǒng)。 蒸汽輸送中的熱損失 鍋爐和用汽設備之間的管線長度過長。 到用汽設備之前的蒸汽管道沒有保溫層。 鍋爐在

20、低于最大工作壓力下運行 如銘牌上所見到的由鍋爐制造商設計的最大工作壓力是10Bar,鍋爐最大運行壓力是7Bar，低于鍋爐制造商設計的壓力。 使用汽水分離器獲得干蒸汽 可以在蒸汽管道上安裝汽水分離器將濕蒸汽中的水份除去。在幾種類型的汽水分離器中，最普通的是旋風汽水分離器，離心式和擋板式。 所有汽水分離器都是靠水滴的慣性撞在擋板上或靠離心力撞擊在容器壁上。進口的速度越高，水滴的慣性就越大。 對于任何汽水分離器的設計，總有一個進口流速的限制，因為水滴的慣性使其變得非?？欤瑥亩谧矒魮醢寤蛉萜鞅跁r產(chǎn)生霧化使其重新變?yōu)殪F狀。在蒸汽系統(tǒng)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、。 可避免水錘發(fā)生。 使用蒸汽末端疏水排氣站 可去除蒸汽主管空氣及凝結水。 提高換熱效率及防止水錘。28使用汽水分離器提升蒸汽品質(zhì) 提升換熱器蒸汽品質(zhì)及效率圖3-7 換熱器提高效率布置實例 提升鍋爐出口的蒸汽品質(zhì)圖3-8 鍋爐出口提高蒸汽品質(zhì)布置實例 提升蒸汽流量計控制精度圖3-9 蒸汽流量計提高精度應用實例29提升蒸汽品質(zhì)節(jié)能計算 舉例說明空氣加熱器 Q 空 氣 加 熱 器 的 熱 量 輸 出 kW u 總 的 熱 傳 遞 系 數(shù) W/m2 C A 熱 交 換 表 面 積 m2 dT 被 加 熱 空 氣 與 蒸 汽 之 間 的 溫 差 C 已 知：u50 W/m2 C A1 m2 dT120

22、C (蒸 汽 溫 度170C， 空 氣 從30C 加 熱 至70C， 因 此 dT17050120C Q501120/10006 kW 對 于 干 燥 的 蒸 汽， 假 設u 增 加 6% u 從 50 變 為 51.8 6 kW51.81dT /1000 dT115.8C 蒸 汽 溫 度 仍 然 是 170C， 那 么 空 氣 溫 度 就 是 170115.854.2C, 顯 然， 空 氣 最 終 溫 度 是 78.5C。 空 氣 溫 度 增 長 率78.5-30/70-30100%21.1%由 于 空 氣 出 口 的 溫 度，生 產(chǎn) 能 力 相 應 提 高。圖3-10 空氣加熱器提高蒸汽品

23、質(zhì)節(jié)能實例210蒸汽分汽缸選型 尺寸確定（直徑D）211 如何正確的主管路疏水 發(fā)生積水的原因圖3-11 主管路疏水位置 疏水點設置方法圖3-12 主管疏水點布置簡圖212 如何正確布置上升管主管路疏水 上升管主管路疏水方法圖3-13 蒸汽主管上升點布置圖 主管路疏水站圖3-14 石化廠主管路疏水站應用實例(使用冷態(tài)排放的排水溫度限制閥)213 如何正確的末端疏水及排空氣 蒸汽排氣閥的工作原理 蒸汽排氣閥實質(zhì)是一種熱靜力式疏水閥。 所有的冷的空氣及冷水均由此排出，故應考慮設置連接地溝的排水管。圖3-15 蒸汽排空氣閥工作原理 末端疏水及排空氣形式圖3-16 蒸汽末端疏水裝置216 如何正確選擇

24、和安裝蒸汽過濾器 蒸汽過濾器的作用 可過濾掉臟物 鍋爐水攜帶的固體物質(zhì) 管道污垢 焊巴 管道的多余連接材料 正確的過濾器選擇及安裝形式 須選用100目蒸汽過濾器（水過濾器為40目）,因為蒸汽內(nèi)細小的顆粒較多，流速較快。 須水平安裝,因為垂直安裝在過濾器底部易存水。導致水錘發(fā)生。圖3-17 100目蒸汽過濾器圖3-18 不可以垂直安裝蒸汽過濾器215 如何正確布置蒸汽管道縮徑 同心大小頭的問題點 會造成積水 誘發(fā)水錘 蒸汽縮徑應使用偏心大小頭 不會積水 冷凝水可流至下一個排水點 蒸汽減壓閥同理也使用此縮徑方法圖3-19 蒸汽管道縮徑方法圖3-20 蒸汽減壓閥縮徑方法圖3-16 蒸汽末端疏水裝置216 如何正確選擇