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Steam


蒸汽系统概况

什么是蒸汽?
在大气压下形成蒸汽

凝结的蒸汽

水壶内的蒸汽空间

蒸汽汽泡

在大气压力下产生蒸汽需要加给水的热量

饱和水的沸点 100 oC 温度 (oC)

蒸发线

干蒸汽点

/>
0.1

0.2

0.3

0.4

干度

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

未饱和水线

0 oC 液态焓 (hf) 总焓 (hg) 蒸发焓(hfg)

焓 (kJ/kg)

饱和蒸汽参数
焓 kJ/kg 蒸发比焓 (hfg)
2257 2201 2163 2133 2108 2086 2066 2048

表压 bar g 0 1 2 3 4 5 6 7

饱和干

温度 oC 100 120 134 144 152 159 165 170

水 (hf) 419 506 562 605 671 641 697 721

蒸汽 (hg) 2676 2707 2725 2738 2749 2757 2763 2769

蒸汽比容

m3/kg 1.673 0.881 0.603 0.461 0.374 0.315 0.272 0.24

饱 和 蒸 汽 的 压 力- 温 度 关 系
250

200

温 度 (oC)

150

100

50

0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

压 力 (bar g)

饱 和 蒸 汽 的 压 力- 比 容 关 系
1.8 1.6 1.4 1.2
比 容 (m3/kg)

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
压 力 (bar g)

典型的蒸汽流程
蒸汽
空间 加热 系统 冷凝水 蒸汽 制程 设备 大槽

煮锅

煮锅

蒸汽

补给水 给水泵

锅炉

给水 箱

冷凝水

提高蒸汽品质

减小传热效率的各热阻层

蒸汽

金属墙

被加热 的水

污垢层 空气膜 冷凝水膜 迟滞水层

蒸汽应该是高品质的
为了最大的出力,蒸汽到达设备应该具有以下的条件: ? 正确的压力和温度 ? 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

蒸汽携带水分
冠状阀 汽水分离器 至用汽设备

疏水阀组

蒸 汽 中 携 带 水 分 则: ? 水锤 ? 减低设备的出力 ? 减低蒸汽的含热量,增加蒸汽耗量 ? 污染系统及其设备 ? 增加锅炉的燃料

湿蒸汽增加蒸汽耗量
实 例: 一 蒸 汽 加 热 器 组, 需 要 输 出 热 量300 Kw, 蒸 汽 压 力 为 7 Bar g。
7 bar g 蒸 汽 的 潜 热 能 为 2047 KJ/kg, 蒸 汽 负 载 为 =0.147 kg/s. 300/2047

如 蒸 汽 干 度 为 0.92( 这 在 国 内 很 常 见), 则 每Kg 蒸 汽 的 可 供 潜 热 能 为 2047 X 0.92 = 1883 KJ/kg, 则 蒸 汽 耗 量 为 300/ 1883=0.159 kg/s。 和 前 者 相 比 增 加 了 8.2%. 这 意 味 着: 1) 锅 炉 的 补 给 水 增 加 8.2%, 2) 冷 凝 水 增 加 了 8.2%, 3) 锅 炉 的 燃 料 耗 量 增 加 了 8.2%.

产生湿蒸汽的原因
1) 蒸汽负载的变化

2) 锅炉运行压力过低
3) 锅炉的TDS(含盐量)控制不当

4) 不合适的液位控制
5) 蒸汽输送管道的保温不当,蒸汽分配系 统没有安装疏水阀.

自动排污控制系统
电导率感应器

排污控制器

排污控制阀

自动TDS控制系统

? 维持锅炉水的TDS在最大许可范围,从而减少热

损失和水处理的费用
? 避免过高的TDS值导致不洁蒸汽,污染产品,堵

塞疏水阀
? 通过对锅炉水状态进行检测和正确的水处理,帮

助维持清洁无垢的锅炉
? 只需最少的人力关注即可获得上述优点

液位精确控制系统
蒸汽出口阀 LP20/PA20 M640 蒸汽质量 传感器 LC2610 控制器 ILVA 蒸汽流量计

锅炉补给水进口阀 DCV2B 锅炉给水止 回阀

M750 流量计算仪
M750 流量计算仪

EL5600 电动控 制阀 ILVA 给水流 量计

M610DP 变送器

何 处 安 装 汽 水 分 离 器?
1. 锅 炉 出 口 2. 用 汽 设 备 的 进 口 3. 减 压 阀 和 流 量 计 的 进 口
流向

汽水分离 器

蒸汽应保持干净
?

? ? ? ?

赃物 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
控制阀
过滤器

蒸汽中含有空气的危害
? 产 生 热 阻, 影 响 传 热(1mm 空 气=13m 铜) ? 产 品 加 热 不 均 匀, 产 生 废 品 ? 容易产生腐蚀 ? 蒸汽压力表产生误导

空气和其它不凝性气体的来源
?

?
?

锅 炉 关 闭 以 后 产 生 真 空, 吸 入 空 气 锅炉给水携带空气 补给水和冷凝水接触空气

排 空 除氧头

给水箱系统
液位控制系 统

补给冷水
排污回收的二次蒸汽 回收冷凝 水

温度控制系 统

循环系统

至锅炉

排除空气
蒸汽排空气 阀

Steam Main

空气

热动力疏水 阀组

从过程设备中排除空气

蒸汽进口

过程设备 减压阀

过程设备

浮球疏水阀组

蒸汽输送分配系统

正确的蒸汽分配系统应该
1 高 压 输 送 2 正 确 选 择 管 道 口 径 3 为 了 避 免 水 锤 和 冷 凝 水 达 到 用 汽 点:

? 在 以 下 点 进 行 疏 水: 在 蒸 汽 管 道 的 每 一 低 点; 每 隔 30-50 米 之 间; 在 主 管 和 分 支 管 道 的 末 端; 在 可 能 关 闭 的 阀 门 以 前 ? 在 流 动 方 向, 管 道 应 该 有 一 定 的 坡 度 ?排 水 点 的 集 水 罐 应 正 确 选 型 ? 使 用 偏 心 缩 小 管, 不 要 安 装 同 心 缩 小 管 ?蒸 汽 支 管 应 该 从 主 管 的 上 方 取 蒸 汽 ?过 滤 器 应 安 装 在 侧 面 ? 汽 水 分 离 器 应 该 在 锅 炉 房, 蒸 汽 设 备 的 进 口, 减 压 阀 和 其 它 控 制 阀 以 及 流 量 计 的 前 面 安 装
4 所 有 蒸 汽 主 管 应 有 效 保 温

高压输送蒸汽
高 压 输 送 的 优 点:
蒸 汽 管 道 口 径 小, 热 损 失 少. ? 蒸 汽 管 道 费 用 低, 支 撑 费 用 少, 人 工 费 用 降 低. ? 管 道 的 隔 热 费 用 低. ? 通 过 减 压 在 使 用 点 可 以 获 得 更 加 干 燥 的 蒸 汽. ? 锅 炉 操 作 在 高 压 更 容 易 达 到 最 佳 运 行 状 态, 运 行 效 率 高. ? 锅 炉 的 蓄 热 能 力 增 加, 容 易 处 理 负 载 的 变 化, 减 少 汽 水 共 腾 和 携 带 的 可 能 性.
?

高压产生蒸汽

锅 炉 2 锅 炉 1

蒸汽输送系统
10bar DN100 3bar DN200

用汽 设备
DN80

锅 炉

低压使用蒸汽的优点
压力降低可以提供蒸汽中更大比例的潜热 减少冷凝水所含热量,减少二次蒸汽 经过减压后蒸汽具有更高的干燥度 通过计算可以得知蒸汽减压带来的节能效果: 例如: 7barg 饱和蒸汽 :蒸发焓值2048KJ/Kg 冷凝水焓值721KJ/Kg 2barg 饱和蒸汽 :蒸发焓值2163KJ/Kg 冷凝水焓值562KJ/Kg 蒸发焓值增加(2163-2048)/2048=5.62% 冷凝水焓值损失减少(721-562)/721=22.05%

管道选型
?

? ?

费用增加 热损失增加 形成的冷凝水增加

? ? ?

蒸汽使用点压力下降 没有足够的蒸汽量 容易产生水锤和冲蚀

蒸 汽 管 道 口 径 选 型 图 (kg/h)
Pressure Velocity bar g m/s 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 15 25 40 0.4 15 15.8 9 14 23 10 17 28 12 20 32 18 29 47 23 38 61 28 47 75 34 56 90 39 65 104 44 74 118 20 20.93 15 25 40 18 30 48 21 35 56 31 51 82 40 67 107 50 83 132 59 98 157 68 114 182 77 129 206 25 26.64 25 41 66 29 49 78 34 57 91 50 83 133 65 109 174 80 134 215 96 159 255 111 184 295 125 209 334 Pipe Size Nominal / Actual Inside Diameter 32 40 50 65 80 35.04 40.9 52.5 62.7 77.92 43 58 95 136 210 71 97 159 227 350 113 154 254 363 561 51 69 114 163 251 85 115 190 271 419 136 185 304 434 671 59 81 133 189 292 99 134 221 315 487 158 215 354 505 779 86 118 194 277 427 144 196 323 461 712 230 314 517 737 1139 113 154 254 362 559 188 256 423 603 931 301 410 676 964 1490 139 190 313 446 689 232 316 521 743 1148 371 506 833 1189 1836 165 225 371 529 817 276 375 619 882 1362 441 601 990 1411 2180 191 261 430 613 947 319 435 716 1022 1578 511 696 1146 1635 2525 217 296 487 695 1073 362 493 812 1158 1788 579 788 1299 1853 2861 100 102.26 362 603 965 433 722 1155 503 839 1342 735 1226 1961 962 1603 2565 1186 1976 3162 1408 2347 3755 1631 2718 4348 1848 3080 4928 125 128.2 569 948 1517 681 1135 1815 791 1319 2110 1156 1927 3083 1512 2520 4032 1864 3106 4970 2213 3688 5901 2563 4271 6834 2904 4841 7745 150 154.05 822 1369 2191 983 1638 2621 1142 1904 3046 1669 2782 4451 2183 3639 5822 2691 4485 7176 3195 5325 8521 3700 6167 9867 4194 6989 11183

0.7

1

2

3

4

5

6

7

管道内冷凝水的流动

水锤
主管下沉

冷凝水

冷凝水占据蒸汽管道 水锤引起震动 和噪音

可能的水锤根源

长距离管道布置
坡 度1/250

蒸汽

重新布置 至高点

30 - 50m
冷凝水排放点

蒸汽流向

蒸汽管道向上布置

30-50m 蒸 汽 流 速 最 高 可至40 m/s

30-50m
增 大 管 道 直 径, 减 低 流 速 至 15 m/s

无效和正确的疏水点布置
蒸汽流向 冷凝水

正确
集水槽 25/30m 疏水阀组

剖面

不正确
蒸汽流向 剖面 疏水阀组

蒸汽管道的缩小
Correct 蒸汽

冷凝水

蒸汽

Incorrect

冷凝水

分支管的连接

蒸汽

蒸汽

冷凝水 不正确 正确

下降管

主蒸汽管

疏水阀组

控制阀

过滤器

控制阀 过滤器

汽水分离器
流向

汽水分离器

排除空气
蒸汽排空气阀

Steam Main

空气

热动力疏水阀

蒸汽疏水阀型号

? ? ?

?

热动力 浮 球,带 热 静 力 排 空 倒吊桶 热静力

蒸汽疏水阀

光管的热损失
Temp. Difference Steam to Air 15
o

Pipe Size (mm) 20 65 82 100 120 140 164 191 224 255 292 329 372 25 79 100 122 146 169 198 233 272 312 357 408 461 32 103 122 149 179 208 241 285 333 382 437 494 566 40 W/m 54 68 83 99 116 134 159 184 210 241 274 309 108 136 166 205 234 271 321 373 429 489 556 634 132 168 203 246 285 334 394 458 528 6.2 676 758 155 198 241 289 337 392 464 540 623 713 808 909 188 236 298 346 400 469 555 622 747 838 959 1080 233 296 360 464 501 598 698 815 939 1093 1190 1303 324 410 500 601 696 816 969 1133 1305 1492 1660 1852 50 65 80 100 150

C

56 67 78 89 100 111 125 139 153 167 180 194

实 例: 光 管 的 热 损 失
送 蒸 汽 压 力: 10 bar a 度: 180?C 汽 输 送 质 量: 3000 kg/h 道 口 径: DN100 道 长 度: 100 米 境 温 度: 20 ?C 损 失: 1016 W/m 汽 潜 热: 2000 kJ/kg, 汽 冷 凝 率: 1.016 X 3600/2000 = 1.83 Kg/m. h 100 米 常 的 冷 凝 总 量: 183 Kg/h, 蒸 汽 损 失 百 分 比: 183/3000=6.1 % 输 温 蒸 管 管 环 热 蒸 蒸

起 机 负 载/ 运 行 负 载
(kg 每 50 m 主 蒸 汽 管)

Steam Pressure (bar g) 9 50 9.5 9.3 10 9.9 9.8 11 10.4 10.9 65 15.1 11.3 15.7 11.9 16.5 13 80 19.7 14.1 20.4 14.6 21.6 15.7 100 28.1 16.5 29.2 16.9 30.7 17.7 125 38.1 20.6 39.6 21.3 41.7 22.5

Steam Main Size (mm) 150 49.4 24.5 51.3 25 54.1 26 200 71 31.5 77 33 81.1 36 250 105 39 109 41 115 45 300 139 46.5 144 49 152 53 350 164 51.5 171 54 180 59 400 216 60 224 62 236 67 450 272 64 282 67 298 73 500 320 72 332 75 350 81 600 436 88 463 90 488 97

斜体表示运行负载 环 境 温 度 为 200C, 保 温 效 率 为 80%


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