蒸汽和冷凝水系统手册-第14章冷凝水回收

第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.114.1冷凝水回收简介蒸汽和冷凝水系统手册14.1.1959第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1冷凝水回收简介使用蒸汽主要有两个目的：产生电能，例如电站或热电联产；为加热和制程系统提供热量。1kg的蒸汽完全冷凝后，就会在同样的温度和压力下产生1kg的冷凝水（见图14.1.1），高效的蒸汽系统将会重新利用这些冷凝水，如果不回收再利用这些冷凝水，即不能节约成本，同时也影响环境，整个系统缺乏技术含量。1kg蒸汽冷凝1kg冷凝水图14.1.11kg的蒸汽完全冷凝成1kg的冷凝水饱和蒸汽用于加热后，释放出潜热（蒸发焓），这是蒸汽中所蕴含的绝大部分能量。而剩余在冷凝水中的一部分热量称作显热（水焓），见图14.1.2。全热量加热过程蒸汽中潜热释放显热冷凝水图14.1.2向加热制程释放出潜热后，蒸汽变成了冷凝水其中包含一部分显热冷凝水不仅含有一定的热量，而且是蒸馏水，很适合用做锅炉给水。高效的蒸汽系统将回收这些冷凝水到除氧器、锅炉给水箱或用于其它制程。只有冷凝水污染后，水才不能回收到锅炉。即使是污染的冷凝水，也还可以用于其它加热制程，在排放之前应充分利用其所含有的热量。冷凝水通过疏水阀从压力相对较高的用汽设备中排出，由于疏水阀出口压力较低，一部分冷凝水就会闪蒸成闪蒸蒸汽（又称二次蒸汽）。闪蒸蒸汽的比例由蒸汽和冷凝水中所含有的热量决定，一般闪蒸蒸汽的质量占高压冷凝水的10%~15%（2.2节），但是闪蒸蒸汽的体积会很大，7barg的冷凝水排至大气压下，其中13%会闪蒸成蒸汽，其占有的空间比冷凝水大200倍，这样疏水阀后的管道口径就需要比阀前的管道大。例14.1.1计算闪蒸蒸汽的量7barg热的冷凝水含有721kJ/kg的热量，排放至大气环境中时(0barg)，每千克水只能含有419kJ的热量，多余的热量为721-419=302kJ，这部分热量就会闪蒸成蒸汽，其数量由多余的热量占低压下蒸发焓的百分比所决定。在该例中，大气压下的蒸发焓为2258kJ/kg。302因此，在此例中，闪蒸蒸汽所占的百分比为=×100%2258闪蒸蒸汽的量为=13.4%关于闪蒸蒸汽我们已在2.2节什么是蒸汽？中做了较深入的阐述。除计算方法，还可以通过常用一个简单的曲线图（见图14.13）来确定闪蒸蒸汽的比例。例:使用图14.1.3得出闪蒸蒸汽的比例。疏水阀前压力=4barg闪蒸蒸汽压力=0barg闪蒸蒸汽百分比=10%14.1.2蒸汽和冷凝水系统手册960第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1闪蒸蒸汽的量是确定疏水阀出口管道的最重要因素。闪蒸蒸汽压力barg��������������������������������������������������������������������疏水阀前蒸汽压力(bar)��大气压力��������������������������������闪蒸蒸汽所占的比例(%)图14.1.3闪蒸蒸汽闪蒸数量图水在锅炉中被加热后产生的蒸汽称为直接蒸汽，和闪蒸蒸汽相比仅在来源上有一些区分，不管是锅炉产生的直接蒸汽，还是自然闪蒸的闪蒸蒸汽，相同压力下都含有相同的潜热。闪蒸蒸汽的热量最多可以占整个冷凝水所含热量的一半，如果将冷凝水和闪蒸蒸汽直接排放，则意味着需要更多的补给水、燃料和运行成本。这节将会着重介绍两方面：冷凝水的管理和闪蒸蒸汽的回收。同时涉及到一些相关问题，并提供一些实际的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。注：术语疏水装置是常指蒸汽系统中用于排除冷凝水的装置，可能是蒸汽疏水阀、疏水阀泵或泵阀组合，疏水阀排放冷凝水的能力依赖于其前后压差。疏水阀泵或泵阀组合的排水量和其运行时的压力差没有关系（但受压力等级限制）。冷凝水回收高效的冷凝水回收系统，可以收集蒸汽设备的冷凝水，返回锅炉给水系统，在短期内就能得到回报，图14.1.4是一个简单的冷凝水系统，冷凝水回收到锅炉给水箱。蒸汽和冷凝水系统手册14.1.3961第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1蒸锅蒸锅空间加热系统制程容器蒸汽蒸汽冷凝水补给水加热槽加热槽冷凝水蒸汽给水箱锅炉给水泵图14.1.4典型的蒸汽和冷凝水回收系统为什么要回收冷凝水节约成本冷凝水是有价值的资源，即使是回收一部分也会有经济效益，仅一个疏水阀排出的冷凝水也值得回收。如果冷凝水不能回收，就要向锅炉增加冷态补给水，需增加水处理费用、水费和燃料费用。排放限制例如在英国，法律规定超过43℃的冷凝水不能排放到公共排水系统，因为这会对环境造成破坏，损坏公共排水管道，所以高于此温度的冷凝水排放前必须降温冷却，这样就会增加费用，大多数国家都有类似的限制，如不符合规定则需要支付排放费甚至会遭到罚款。使锅炉出力最大低温的锅炉给水将会减少锅炉蒸汽的产出，给水温度越低，就越需要更多的热量加热给水，所以用于产生蒸汽的热量就相应减少了。锅炉给水的质量冷凝水是蒸馏水，几乎不包含任何溶解固形物（TDS），锅炉需要排污以减少TDS，回收较多的冷凝水意味着排污减少，所以能量损失也会减少。冷凝水回收的好处:减少了水费；减少了水排放费用和可能存在的冷凝水的冷却费用；减少了燃料消耗；锅炉可以产生更多的蒸汽；减少了锅炉排污，因而也降低了能量损失；减少了水处理费用。图14.1.5显示了1kg蒸汽和冷凝水在相同的压力下所包含的热量对比情况。蕴含在冷凝水中热量的百分比从1barg下的18%升至14barg下的30%，这清楚的说明冷凝水是非常值得回收的资源。14.1.4蒸汽和冷凝水系统手册962第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1����蒸汽中总热量��������kg)����(kJ/焓����比冷凝水中总热量���������������压力(barg)图14.1.5相同压力下饱和蒸汽和冷凝水所含的热量下面的例子说明了冷凝水回收所带来的经济效益。例14.1.2锅炉:10000kg/h每天工作24h,7天/周和50周/a(8400h/a)。未经净化的补给水约为10℃，而冷凝水的排放温度为90℃。未净化的水费为￡0.61/m3，排放费用为￡0.45/m3。锅炉效率为85%，使用天然气为￡0.01/kWh(￡0.77/GJ)。注：￡=英镑确定一年内冷凝水回收的价值第1部分-确定燃料费用利用公式2.1.4计算1kg冷态补给水温升80℃所需要的热量。公式2.1.4式中:Q=热量(kJ)；m=质量(kg)；cp=比热(kJ/(kg·℃))；∆T=温升(℃)。1kgx4.19kJ/(kg·℃)x80℃=335kJ/kg那么一年就是10000kg/hx335kJ/kgx8400h/a=28140GJ/a如果锅炉的平均效率为85%,需要加热补给水的热量为:28140GJ/a=33106GJ/a0.85燃料费用￡2.77/GJ，则冷凝水中所含的热量价值为：年燃料费用=331.6GJ/a×￡2.77/GJ=￡91704第2部分-确定水的费用如果没有冷凝水回收则每年需要补充的水量为8400hx10000kg/h=84000m3/a1000kg/m3如果水的费用为￡0.61/m3，则一年的水费为：84000m3/年×￡0.61/m3=￡51240蒸汽和冷凝水系统手册14.1.5963第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1第3部分-确定排放费用如果排放费用为￡0.45/m3，每年排放量为84000m3，则每年的排放费用为：84000m3/年×￡0.45/m3=￡37800第4部分-冷凝水的总价值见表14.1.1：表14.1.1例14.1.2中回收的冷凝水价值节约燃料=￡91704节约水=￡51240节约排放费用=￡37800由此可见，即使我们回收1%的冷凝水节省也很大。例14.1.3如果决定投资￡50000，回收80%的冷凝水，蒸发量为5000kg/h，节约量和投资回收期为：805000节约=￡180744××10010000节约=￡72297/a￡50000投资回收期=￡72297/a投资回收期=0.69年(36周)该计算还不包括TDS控制而减少的锅炉排污所节约的费用，否则将进一步降低水费和化学水处理费用，这可能会因地区差异而有很大变化，但却是成本分析时应该考虑的。很明显，当为某一特定项目评估冷凝水管理系统时，应该包括节约的这部分费用。关于TDS控制和水处理已在第3章中讨论过了。例14.1.2和14.1.3说明了冷凝水回收的大致计算程序，最后转变成货币价值。公式14.1.1可用于计算每年节省的燃料费用XABCD燃料节省/年=E106公式14.1.1式中：X=回收的冷凝水的百分比（1-100）；A=1GJ的燃料费用；如果是天然气则￡0.01/kWh(1kWh=3.6MJ)￡0.011GJ热量的成本=×1000=￡2.773.6MJ同样,油的燃烧热值为42MJ/l,费用￡0.15/l￡0.151GJ热量的成本=×1000=￡3.5742MJB=每千克的锅炉给水加热到冷凝水温度后所需要的热量(kJ/kg)，(由公式2.1.4确定(Q=mcp∆T))；C=平均蒸发量(kg/h)；D=每年运行的小时数(h/a)；E=锅炉效率(%)。14.1.6蒸汽和冷凝水系统手册964第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1节约的水费由公式14.1.2确定：XCD节约的水费/年=×水费/m3公式14.1.2（105节约的排放费用由公式14.1.3确定:XCD节约的排放费用/年=×处理排放的费用/m3公式14.1.3（105X=回收的冷凝水的百分量比（1-100）；C=平均蒸发量(kg/h)；D=每年运行的小时数(h/a)。例14.1.4一个耗资￡70000的冷凝水管理项目，希望回收35%的冷凝水，锅炉的平均蒸发量为15000kg/h，设备每年工作8000h，燃料为天然气，费用为￡0.011/kWh，锅炉效率约为80%，锅炉补给水为10℃，冷凝水回收管道保温良好，保证到达锅炉房后冷凝水温度为95℃。水费为为￡0.70/m3，总的排放费用为￡0.45/m3。请确定投资回收期？第1部分-确定节省的燃料费用利用公式14.1.1XABCD燃料节省/年=E106公式14.1.1式中:X=期望得到的冷凝水回收率=35%；￡0.011X=1GJ热量的成本=×1000=￡3.055；3.6MJB=每千克的锅炉给水加热到冷凝水温度后所需要的热量(kJ/kg)；由公式2.1.4确定(Q=mcp∆T)Q=mxcpxDTQ=1x4.19x(95℃-10℃)Q=356.15kJ/kgB=2.1.4中的Q=356.15kJ/kg；C=平均蒸发量=15000kg/h；D=每年工作的小时数=8000h；E=锅炉效率=80%。将数值用到公式14.1.135×3.055×356.15×15000×8000节约的燃料费用/年=￡80×106节约的燃料费用/年=￡57122第2部分-确定水费和排放费用利用公式14.1.2计算每年节约的水费XCD节约的水费/年=×水费/m3公式14.1.2（105蒸汽和冷凝水系统手册14.1.7965第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1代入数值35×15000×8000节约的水费/年=×￡0.70/m3（105节约的水费/年=￡29400XCD节约的排放费用/年=×处理排放的费用/m3等式14.1.3（105利用公式14.1.2计算每年节省的排放费用：35×15000×8000节约的排放费用/年=×￡0.45/m3（105节约的排放费用/年=￡18900代入数值:节约的水费和排放费用/年=￡29400+￡18900节约的水费和排放费用/年=￡48300第3部分-确定投资回收期总节约=燃料费用＋水费和排放费总节约=￡57122+￡48300总节约=￡105422/年项目费用投资回收期（年）=年节约费用￡70000投资回收期（年）=￡105442投资回收期（年）=0.66年（35周）14.1.8蒸汽和冷凝水系统手册966第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.1Questions1.When10kgofsteamcondensesat0barg,howmuchcondensateisproduced?a|10kgb|1.5kgc|10%ofthemassofthesteamd|10%ofthevolumeofthesteam2.10kgofsteamcondensesat14barg.Whatproportionofthetotalheatinthesteamisheldinthecondensate?a|5%b|10%c|20%d|30%3.Aboilerproduces1000kg/hofsteamat7barg,butnoneofthecondensateisrecovered.Approximatelyatwhatrateisenergybeingwasted?(Steamtablesarerequired).a|20kWb|40kWc|200kWd|1000kW4.If,inQuestion3,itisproposedthat50%ofthewastedcondensateistobereturnedtotheboilerfeedtankat90°C,andthefuelcostis£3/GJ,thecoldwatermake-uptemperatureis15°C,thewatermake-uptemperatureis15°C,andthewater/effluentcostsare£0.8/m³,whatarethepotentialtotalannualcondensatesavingsiftheboilersteamsat85%efficiencyfor4000hoursperyear?a|£1500b|£2218c|£10100d|£5005.IfinQuestion4,thecostofthisprojectwere£2000,whatwouldbethesimplepaybackterm?a|3weeksb|33weeksc|18monthsd|47weeksa,2:d,3:c,4:b,5:d5:b,4:c,3:d,2:a,Answers1:蒸汽和冷凝水系统手册14.1.9第14章冷凝水回收冷凝水回收简介章节14.114.1.10蒸汽和冷凝水系统手册第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.214.2冷凝水回收管道的布置蒸汽和冷凝水系统手册14.2.1967第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2冷凝水回收管道的布置冷凝水回收管道没有固定的模式，主要取决于工作压力、疏水阀的特性、冷凝水回收主管和设备的相对位置、冷凝水回收管的压力，所以最好首先考虑好需要达到什么目的，然后再设计满足实际要求的最佳布置方式。主要目标是:设备中不能积聚冷凝水，除非设备设计上允许这样，一般情况下设备设计是不允许积水的，如果积水就会降低性能，腐蚀管道、配件和设备。蒸汽主管中更不能允许积水，因为冷凝水在高速流动的蒸汽携带下会导致管道水锤现象。根据其自然特性，冷凝水管道系统主要分成4种，这4种管道系统可见图14.2.1。蒸汽主管蒸汽流向至疏水阀的疏水阀排放管排水管公共回收管冷凝水流向冷凝水管道类型冷凝水管道依据以下介质确定口径至疏水阀的排水管冷凝水疏水阀排放管闪蒸蒸汽公共回收管闪蒸蒸汽泵后回收管冷凝水图14.2.1蒸汽主管的疏水进入公共回收管至疏水阀的排水管在这类管道中，冷凝水和不凝结性气体从用汽设备的出口排向疏水阀。如果排水管口径正确，设备的压力和疏水阀内的压力相同，冷凝水不会闪蒸成蒸汽。冷凝水在重力作用下沿管道流动，所以疏水阀应安装在设备出口的下端，疏水阀的排放管应在疏水阀的下端（2.10节中油罐加热盘管除外）。疏水阀的形式（热动力、热静力和机械式）可能会影响管道的布置。热静力式疏水阀热静力式疏水阀排放的冷凝水温度低于饱和温度，这会使疏水阀前冷凝水管积水，甚至经常会使前端设备积水。在有些应用中低于饱和温度排水有很大的优势，这样疏水阀后的排放管中就会产生更少的闪蒸蒸汽。冷凝水回收主管水流也比较平和。如果冷凝水直排大气，使用热静力式疏水阀可以比机械式疏水阀少浪费热量，因为这样可以利用水中的部分显热，例如蒸汽管线伴热的应用。除非有很长或足够大的冷却段，否则热静力式疏水阀不能用于蒸汽主管疏水或换热器疏水。而实际上增加冷却段往往是不切实际的，如例14.2.1所示。14.2.2蒸汽和冷凝水系统手册968第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2例14.2.1一个30kW的空气加热器装有DN15的热静力式疏水阀，低于饱和温度13℃排放冷凝水，工作压力为3barg，环境温度为15℃，阀前排水管的热量损失为20W/(m2·℃)。请确定疏水阀前15mm冷凝水排放管的长度。查水蒸汽表3barg:饱和温度=144℃疏水阀的排放温度=144-13℃=131℃蒸发焓(hfg)=2133.24kJ/kg可以根据公式2.8.1热负荷计算蒸汽的流量：负荷kW×3600蒸汽流量(kg/h)=运行负荷下的hfg公式2.8.1热负荷kW×3600(s/h)蒸汽流量(kg/h)=运行负荷下的hfg(kJ/kg)30×3600蒸汽流量(kg/h)=2133.24蒸汽流量(kg/h)=50.6kg/h(=0.0141kg/s)由于疏水阀在131℃下排水，而换热器的出口为饱和水，需通过排放管向环境散发热量降温，这样才不会使换热器积水，可通过下式2.6.5计算需要散失的热量。Q=mcpT公式2.6.5式中:Q=平均换热量(kW)；m=平均二次侧流量(kg/s)；cp=二次侧流体的比热容(kJ/(kg·K))或(kJ/(kg·℃))水为4.19；∆T=二次侧流体的温升(K或℃)。∆T为13℃。Q=0.0141kg/s×4.19kJ/kg℃×13℃Q=0.768kW这些热量在阀前冷凝水排放管中散失。144+131排水管中冷凝水的平均温度==137.5℃2管道表面的热量散失量可用公式2.5.3计算公式2.5.3Q=UA∆T式中:Q=单位时间内换热量（W(J/s)）；U=换热系数（W/(m2·K)至W/(m2·℃)）；A=换热面积（m2）；∆T=两种介质温差（K或℃）。注:如果∆T为平均温差(∆TLM或∆TAM)，则Q为平均换热量传递量(QM)公式2.5.3中∆T是冷凝水温度和环境温度的差值=137.5℃-15℃=122.5℃蒸汽和冷凝水系统手册14.2.3969第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2Q=0.768kWU=20W/(m2·℃)根据公式2.5.3:0.768x103W=20W/m2℃xAx122.5℃所以,A=0.313m2所需管道的每米的表面积可由表2.10.3查出。表2.10.3每米长度管道的公称表面积公称公径(mm)1520253240506580100表面积(m2/m)0.0670.0850.1060.1340.1520.1890.2390.2790.35815mm管的表面积=0.067m2/m2因此，排水管长度为=0.313m0.067m2/m例14.2.1排水管的最小长度为=4.7m这样的管道长度(4.7m)在现场应用中是不切实际的，有两种选择，一种就是增加管道直径，这是不切实际；另一种就是安装合适的疏水阀，如浮球-热静力式疏水阀，它能在饱和温度排水，无需冷却段。如果需要使用热静力式疏水阀，从加热器出口到热静力式疏水阀的管道一般不超过2m，因此需要计算管道口径。管道上的散热损失不变，总散热面积也不变，但随管道口径增加每米长度的表面积可以增加。0.313m2需要的表面积/长度=2m需要的表面积/长度=0.157m2/m根据2.10.3可以得出管道的最小口径为50mm，同样这也不切合实际。简单而又便宜的方法就是选择正确的疏水阀，比起选择了错误的疏水阀，然后又采用了得不偿失的补救措施要明智得多。热动力式疏水阀这种疏水阀是间歇性排放，关闭时积聚冷凝水。但这种疏水阀结构非常坚固结实，抗冰冻，热损失小。这种疏水阀不适合排放冷凝水至满溢管内，在本章后面内容将会介绍。机械式疏水阀机械式疏水阀可连续排水，例如浮球-热静力式疏水阀，而且还可以排除空气，一般是最好的选择。大多数浮球式疏水阀有两种基本流向布置，冷凝水经疏水阀水平或垂直流动。部分倒吊桶式疏水阀的进口位于阀底部，而出口位于阀顶部。很明显，疏水阀的连接形式将会影响冷凝水管道的布置。排水管道应尽可能短，不应长于2m。如果从设备到疏水阀的排水管道较长，将会充满蒸汽阻止冷凝水到达疏水阀，这称为蒸汽汽锁。为避免出现这种情况，排水管越短越好（见图14.2.2），但是在有些场合会不可避免的使用长的排水管，这时可以使用带破蒸汽汽锁装置的浮球式疏水阀。如果可能还是要尽量选择合适的管道长度，避免汽锁发生。图14.2.2排水管要尽可能短14.2.4蒸汽和冷凝水系统手册970第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2用汽设备和蒸汽主管的疏水管道布置不同，下面将详细说明。用汽设备的出口至疏水阀的垂直管道长度一般为10倍的管道直径，如果疏水阀选型且安装正确，可避免设备底部积水引发的腐蚀和水锤现象。同时也可以提供一个较小的静压头，在启动阶段蒸汽压力较低时帮助排出冷凝水，水平排水管道应稍向下倾斜（见图14.2.3）。蒸汽主管蒸汽空气加热器组沿流动方向具有一定的坡度10DD冷凝水图14.2.3蒸汽设备疏水的理想布置如果是蒸汽主管疏水，要像10.3节推荐的那样在管道疏水点处布置一个小的集水槽，在集水槽和疏水阀之间的排水管，可以水平布置，如果集水槽不够深，疏水阀应安装在集水槽下端一定距离处（见图14.2.4）。D蒸汽主管蒸汽dd2集水槽浮球疏水阀止回阀过滤器双视镜冷凝水蒸汽主管直径D集水槽直径d1集水槽深度d2100mm以内d1=D最小d2=100mm125mm~200mmd1=100mm最小d2=150mm250mm以上d1=D/2最小d2=D图14.2.4蒸汽主管疏水的理想布置疏水阀排放管这些管道将输送冷凝水、不凝性气体和闪蒸蒸汽至冷凝水回收系统（见图14.2.5），当冷凝水由疏水阀前的高压排至低压时，部分会闪蒸成闪蒸蒸汽（闪蒸蒸汽已在14.1节中简单讨论过，2.2节中也有叙述）。蒸汽和冷凝水系统手册14.2.5971第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2疏水阀排放管也应该略向下倾斜，如果是短管，肉眼要能看出倾斜，如果是长管倾斜度约为1:70，即每7m下降100mm。冷凝水冷凝水和二次高压排水管截止阀低压排放管止回阀蒸汽浮球式疏水阀图14.2.5疏水阀后排放管道要输送冷凝水、闪蒸蒸汽和其他不凝性气体排放至满溢回收管我们不建议把疏水阀连接至满溢回收管，尤其是在饱和温度附近喷排的疏水阀（热动力或倒吊桶式疏水阀）。满溢的冷凝水回收管，例如泵后的冷凝水管或有向上提升的冷凝水管，这些管道通常和蒸汽主管线平行布置，因此很多时候错误地把主管疏水简单地接入这些管道。体积很大的闪蒸蒸汽进入到满溢管后，会携带冷凝水沿管道快速前进，引发水锤现象和噪声，并导致管道机械故障。公共回收管当各路的疏水汇集到收集点时，比如开式集水槽，需要使用一根连接各疏水阀的公共管道，参见图14.2.6/7/8/10，管道口径完全按14.3节所述确定。喷排式疏水阀如果使用喷排式疏水阀，（热动力或倒吊桶式疏水阀）则产生的反作用力和速度都会很高，疏水阀之后的管道和公共管以斜“T”形连接可减少该点的机械力和冲蚀(见图14.2.6)。蒸汽蒸汽主管斜T公共回收管冷凝水图14.2.6斜“T”形连接连续排放的疏水阀如果由于某种原因，不能采用斜“T”形连接，可使用连续排放的浮球-热静力式疏水阀(见图14.2.7)，这样满溢管可以更容易吸收来自疏水阀的连续能量。如果蒸汽和冷凝水主管之间的压差较大，可使用消音器以缓冲流动的冲击，减少冲蚀和噪声。另一个选择就是使用热静力式疏水阀，在低于饱和温度下排放冷凝水，这样可减少闪蒸蒸气(见图14.2.8)。为避免蒸汽主管积水，需在主管下部安装集水槽，外加2~3m的冷却段将冷凝水冷却到排放温度。如果蒸汽主管有积水的危险则不应该使用热静力式疏水阀。14.2.6蒸汽和冷凝水系统手册972第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2消音器冷凝水冷凝水满溢管冷凝水蒸汽蒸汽主管浮球-热静力型疏水阀图14.2.7疏水阀后的冷凝水通过消音器排放至满溢的冷凝水管道消音器冷凝水冷凝水满溢管冷凝水蒸汽蒸汽主管压力平衡式—热静力式疏水阀带冷却段的热静力疏水阀图14.2.8压力平衡式疏水阀前面要有冷却段温控设备的疏水—通过疏水阀排至满溢管温度控制的制程由于采用温度控制阀会对蒸汽产生节流作用，这样就有可能出现系统失流，冷凝水停止流动，疏水阀无法进行疏水的现象，失流问题已在13章中详细解释过了。当换热器内的蒸汽压力不足以推动冷凝水时就发生了失流。当设备的负荷变化很大时很容易出现失流工况。并不是所有的温控系统都会发生失流，但是冷凝水管道背压会影响疏水阀的疏水，反过来就会影响制程的热量传递（见图14.2.9）。所以冷凝水排放管应该像图14.2.10那样布置，这样冷凝水就不会充满整个管道。提升导致公共回收管成为满溢管并具有一定背压蒸汽换热器其它设备排放的冷凝水换热器的温度控制可能导致排水管内的压力降低蒸汽疏水阀满溢公共回收管图14.2.9温控设备的疏水排放至满溢管蒸汽和冷凝水系统手册14.2.7973第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2破真空器蒸汽换热器换热器的温度控制可其它设备排放的冷凝水Slope1:70能导致排水管内压力降低蒸汽疏水阀向下排放的公共回非满溢公共回收管收管可使冷凝自由冷凝水向下排入开式水箱排放图14.2.10采用下降的公共管冷凝水可自由排放不同压力下的冷凝水排放管只要满足如下条件，来自多个温控设备的冷凝水可以接到同一根公共回收管道上。设计上沿流动方向向收集点有一定的倾斜度；口径选择合适，可满足满负荷时闪蒸蒸汽的需要。连接来自不同压力下的疏水阀排放管到公共管上的理念有时会引起误解。如果连接支管和公共管口径选择正确，每个疏水阀的下游压力实际上是一样的，但如果选型偏小，冷凝水和闪蒸蒸汽的流动将会受到限制，增加的流动阻力形成额外的背压，进而疏水阀的疏水就会受到限制。冷凝水管道系统的每一部分在确定口径时，都要考虑出现有一定流速的闪蒸蒸汽，高压疏水阀凝水回收管道的口径确定将进一步详述。的疏水不应该影响到低压疏水阀的疏水，所以管道口径要正确，沿流动方向有一定倾斜度，14.3节中冷泵后回收管冷凝水回收系统中，闪蒸蒸汽可以通过集水槽排至大气（见图14.2.11），剩下热的冷凝水可以泵送到合适的集水箱，如锅炉给水箱。水泵后面的冷凝水回收管道充满100℃以下的冷凝水，所以不会生成闪蒸蒸汽。排空冷凝水泵向锅炉房高位冷凝蒸汽蒸汽蒸汽水管道冷凝水MFP图14.2.11从开式集水箱回收冷凝水因为机械泵根据需要开关，泵后的回收管道水流是间歇性的，泵的排放速度比冷凝水进入泵的速度要高。因此泵的排放速度而非冷凝水进入泵的速度将决定泵后管道的尺寸。关于如何泵送冷凝水将在14.4节从开式集水箱泵送冷凝水中作详细讨论。14.2.8蒸汽和冷凝水系统手册974第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.2Questions1.Howmanydifferentbasictypesofcondensatelinesarethere?a|Oneb|Twoc|Threed|Four2.Whyarethermostatictrapsnotrecommendedfordrainingsteammains?a|Theytendtowaterlogthedrainlineb|Theytendtowaterlogtheprocessc|Longdrainlinesarenecessarytocoolthecondensated|Alloftheabove3.Whenmightathermostatictrapbeusedtodrainasteammain?a|Whenitisfittedtoacorrectlysizeddrainpocketb|Whenthedifferenceinpressurebetweenthesteamandcondensateishighc|Whenitisfittedwithacoolingleganddrainingintoafloodedmaind|Never4.Whenarethermodynamictrapsnotrecommendedfordrainingsteammains?a|Theyarenotintendedtodrainsteammainsb|Whendrainingintofloodedcondensatelinesc|Whenfittedoutsideandthereisadangeroffreezingd|Whenfittedtolargedrainpockets5.Whatwillatrapdischargelinenormallycarrythatadrainlinedoesnot?a|Theweightofthetrapb|Livesteamc|Amixtureoflivesteamandcondensated|Amixtureofflashsteamandcondensate6.Uponwhichcriterionisapumpdischargelinesized?a|Thecondensatedischargeratefromthepumpb|Thepumpfillingratec|Thesizeofthepumpoutletd|Theheightoftheprocessabovethetopofthepumpd,2:d,3:c,4:b,5:d,6:a6:d,5:b,4:c,3:d,2:d,Answers1:蒸汽和冷凝水系统手册14.2.9第14章冷凝水回收冷凝水回收管道的布置章节14.214.2.10蒸汽和冷凝水系统手册第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.314.3冷凝水回收管道口径的确定蒸汽和冷凝水系统手册14.3.1975第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3冷凝水回收管道口径的确定关于4种主要冷凝水管道在14.2节中已提到了，见表14.3.1：表14.3.1冷凝水管道类型冷凝水管道口径按照如下介质确定口径疏水阀前排水管冷凝水疏水阀后排放管闪蒸蒸汽公共回收管闪蒸蒸汽泵后回收管冷凝水确定冷凝水的管道口径要考虑到:压力-所连接管道的压差可能会加速流动，或导致部分冷凝水闪蒸成蒸汽。冷凝水量-需要处理的冷凝水量。工况-冷凝水和闪蒸蒸汽的相对数量，哪个占主导？除了泵后冷凝水回收管将在14.4节中讨论后，本节将介绍前三种冷凝水回收管道及其口径的确定。确定设备到疏水阀的冷凝水管道口径该冷凝水管道口径不应按照设备出口连接口径确定，设备可在不同的压力和流量下工作，尤其是温控设备，但是一旦疏水阀选型正确的话，应按疏水阀的口径来确定管道口径(见图14.3.1)。设备DN20出口设备DN20出口DN25疏水阀20mm管道25mm管道图14.3.1疏水阀前的排水管道口径不能按照设备连接口确定由于这段管道前后没有压降所以没有闪蒸蒸汽产生，仅按输送冷凝水来选择管道即可，当确定管道口径时，需考虑如下问题：全负荷时设备的冷凝水量。设备启动时的冷凝水负荷。设备启动时，冷凝水量可能会达到运行负荷的3倍之多，这是由蒸汽和设备及产品的较大温差引起的。这时排水管、疏水阀和阀后排放管内都可能会有空气进入。疏水阀的口径确定一般需考虑以上两个变量，但一般的原则是：对于蒸汽主管，按主管输送蒸汽量的1%来确定每一只疏水阀的口径，每隔50m布置一个疏水点，并做好保温。对于大多数管道疏水阀，在额定工作压差下按照运行负荷冷凝水量的2倍确定其口径，这样疏水阀就可以排除起机时的冷凝水。蒸汽压力不变的制程上，例如压制机、烫衣机、空气加热器、辐射加热板和沸腾锅，疏水阀按照运行负荷冷凝水量的2倍确定其口径。在温度控制的应用中，蒸汽压力、设备的停机、设定的温度和疏水阀的安装位置都要认真考虑，疏水阀口径都要满足全负荷和最低负荷的工况条件，如果这些工况条件不知道，就要按照运行压差和运行负荷冷凝水量的3倍来确定疏水阀的口径，既可以在起机时又可以在最低负荷时排除冷凝水。疏水阀口径选好后，其前面的排水管口径按该口径选择。在实际应用中，如果疏水阀前的排水管短于10m，其口径可以和疏水阀的口径相同，短于10m的排水管可以通过附录14.3.1进行核对，所选择的管道在最大流量时，其压损不超过200Pa/m,流速不超过1.5m/s，表14.3.2是附录14.3.1的一部分。对于较长的排水管（大于10m），最大流量时的压损不超过100pa/m，流速不超过1m/s。14.3.2蒸汽和冷凝水系统手册976第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3表14.3.2钢管内水流量流量流量kg/h管道口径φ15mm20mm25mm32mm40mm50mm65mm80mm100mmPa/mmbar/m<0.15m/s0.15m/s0.3m/s90.00.9001734037451627248847169612149403024092.50.9251764077561652252447889756151563067295.00.9501764147671678256048609900153723110497.50.9751804217781699259649321004415552315001.0m/s100.01.000184425788172426325004101521576831932120.01.200202472871189728985508111961735235100140.01.400220511943205931435976121321879238160160.01.6002345471015221033736408129962016040680180.01.8002525831080235435896804138242142043200200.02.0002666191141248837807200145802264445720220.02.2002816521202261739967560153362376047880240.02.40028868012562740417679201605624876504001.5m/s260.02.6003067131310285543568244167402592052200280.02.8003177421364297045368568173882692854360300.03.0003317671415307846808892180002790056160例14.3.1某用汽设备，蒸汽压力恒定，满负荷时冷凝水为470kg/h，设备到疏水阀之间的管道长度为2m。请确定管道口径。按运行负荷的2倍确定启动负荷=470kg/hx2=940kg/h。由于管道长度短于10m，最大允许压降为200Pa/m。使用表14.3.2，由200Pa/m可以查得口径25mm的管道的流量为1141kg/h，能满足启动负荷940kg/s。由管径25mm查得流量为940kg/h时的压损为140Pa/m。确定疏水阀后排放管道的口径疏水阀后的下游管道输送的是相同的压力和温度下为冷凝水和闪蒸蒸汽，这就要提到两相流，水和蒸汽的混合物的特性与形成混合物的两者的比例有关，来看下面的例子：例14.3.2某设备使用蒸汽的压力恒定为4barg，安装机械式疏水阀，冷凝水在饱和温度下排放，冷凝水背压为0.5barg，请确定冷凝水排放管内闪蒸蒸汽和水的质量比、体积比。第1部分-确定水和蒸汽的质量比4.0barg时=640.7kJ/kg0.5barg时=464.1kJ/kghfg=2225.6kJ/kg公式2.2.5可确定闪蒸蒸汽的比例：P压力下的h-P压力下的h闪蒸蒸汽的比例=1f2fP2压力下的hfg公式2.2.5式中:P1=初始压力；P2=最终压力；hf=液体比焓(kJ/kg)；hfg=蒸发比焓(kJ/kg)。蒸汽和冷凝水系统手册14.3.3977第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3(640.7-464.1)100闪蒸蒸汽比例=x=7.9%2225.61很明显，如果7.9%的冷凝水闪蒸成蒸汽，则剩下100-7.9=92.1%的冷凝水。第2部分-确定水和蒸汽的体积假设4barg下，饱和温度的冷凝水为1kg，闪蒸蒸汽为0.079kg，剩下的冷凝水质量为0.921kg水:0.5barg下饱和水的密度为950kg/m30.9210.921kg水所占有的体积==0.001m3蒸汽:950由蒸汽表,0.5barg下蒸汽的比容为=1.15m3/kg则蒸汽体积为0.079kgx1.15m3/kg=0.091m3蒸汽和冷凝水的混合体积为:0.001m3(水)+0.091m3(蒸汽)=0.092m体积比例(%):0.001100水的体积比例=x=1%0.09210.091100蒸汽体积比例=x=99%0.0921由此可见，疏水阀后的排放管内是汽水两相流，蒸汽比水占用的空间要大得多，需要按照合理的蒸汽流速来确定管径，而不是按照体积很小的冷凝水来确定，如果管径偏小的话就会增加闪蒸蒸汽的流速，背压增加，导致水锤现象，降低疏水阀的排量，使制程积水。蒸汽管道按照所允许的最大流速来确定口径，干的饱和蒸汽流速不应超过40m/s，湿蒸汽流速应更低一些（15到20m/s），否则湿蒸汽可能会冲蚀、损坏管道附件和阀门。疏水阀后的排放管为输送湿蒸汽的管道，应按较低的流速来确定管道口径。由于是汽液两相流，所以很难确定冷凝水排放管道的口径，在实际应用中，确定管道内流体的确切工况是不可能的，一般也没有这个必要。虽然闪蒸蒸汽的量（见图14.3.2）和经过疏水阀的前后压差有关，但也会受其它因素影响。闪蒸蒸汽压力��������������������������������������������������������������������疏水阀前压力(bar)��大气压��������������������������������kg闪蒸蒸汽/kg冷凝水图14.3.2单位质量冷凝水中闪蒸蒸汽比例14.3.4蒸汽和冷凝水系统手册978第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3影响管道内汽液两相流的因素如果疏水阀上游的冷凝水温度低于饱和温度（例如热静力式疏水阀），阀后闪蒸蒸汽的数量将会减少，这样所需要的管径将会减小。如果疏水阀后排放管有一定倾斜度将会影响到冷凝水的流动，但需要多大的倾斜度呢？又如何确定呢？较长的管道，由于热量损失部分闪蒸蒸汽可能会冷凝，从而减少蒸汽的体积和速度，可能需要的管径也会减小，但要减小多少呢？如果阀后排放管提升至架空的回收管道，提升管有时会充满冷的冷凝水，有时疏水阀来的闪蒸蒸汽会蒸发掉部分或全部的冷凝水，提升的这段排放管是按闪蒸蒸汽还是冷凝水的流速来确定呢？大多数制程为运行需要，一般都低于满负荷运行，相应的闪蒸蒸汽也会减少，所以就出现了这样的问题：需要按满负荷工况确定口径吗？设备是否一直在低负荷下运行？在温控设备上，经过疏水阀的前后压差取决于热负荷的变化，这将会影响到管道内产生的闪蒸蒸汽的量。关于疏水阀排放管的建议由于会涉及到多个变量，对于管道口径进行精确计算比较复杂，即使计算出来其结果也可能是不准确的。经验表明，疏水阀后的排放管按照闪蒸蒸汽的流速15~20m/s来确定口径就可以。下面是一些建议：1.如果疏水阀后的排放管沿流动方向倾斜，直接排放大气或排放到开式集水箱中，管道为非满溢管，闪蒸蒸汽不受冷凝水阻碍(见图14.3.3)。推荐最小倾斜度为1:70（每10m下降150mm），简单目测即可确认管道是否倾斜，倾斜度是否足够大。排室口二次蒸汽容易通过制程蒸汽被泵送的冷凝水容易通过冷凝水开式集水链1:70坡度=每10m长度落差为150mm冷凝水泵图14.3.3排放管道的倾斜度应为1:702.如果不能避免的话，非泵送的提升管管道(见图14.3.4)要尽可能短，并要安装止回阀防止冷凝水倒流至疏水阀，提升排放管必须和架空的冷凝水回收管顶部相连，防止回收管内的冷凝水倒流，便于排出闪蒸蒸汽。蒸汽和冷凝水系统手册14.3.5979第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3排放口其它设备排放的冷凝水1:70坡度=每10m长度落差为150mm疏水被泵送的冷凝水非泵送的提升管二次蒸汽必须开式制程集水罐穿越冷凝水蒸汽冷凝水泵图14.3.4提升管道要尽可能短、并要连接到回收管的顶部上升管道的口径应稍大些，这样闪蒸蒸汽的速度就会低些，减少了水锤现象的危险和蒸汽携带冷凝水进入上升管而引起的噪声。注意:只有保证制程的蒸汽压力高于疏水阀后的冷凝水背压时，冷凝水才能经上升管道排出，否则制程设备就会积水，除非使用疏水阀泵或泵阀组合才能克服背压，正常排水。3.公共回收管也应该有一定倾斜且为非满溢管（见图14.3.4，为避免较长的管道内存在闪蒸蒸汽，从疏水阀来的较热的冷凝水应排至开式集水箱中（或合适的闪蒸罐），然后通过温度较低的满溢管泵送至最终目的地。冷凝水泵将在14.4节中作详细讨论。冷凝水管道选型图冷凝水管道选型图(见图14.3.5)可以用来确定任何一种冷凝水管道的口径，包括：不含闪蒸蒸汽的冷凝水管道；包含汽水两相流的管道，根据疏水阀两侧的压力来确定。图14.3.5说明:根据管道口径和闪蒸蒸汽的比例，可接受的闪蒸蒸汽速度为15~20m/s。冷凝水温度可能会低于饱和蒸汽温度，例如使用热静力式疏水阀。一般按照满负荷来确定阀后冷凝水排放管的口径，无需考虑起动负荷或需排除不凝结性气体的因素。也可以用来估算泵后冷凝水（温度低于100℃）管道的口径。这在14.4节将会做进一步讨论。14.3.6蒸汽和冷凝水系统手册980第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3图14.3.5冷凝水管道选型图使用冷凝水管道选型图(附录14.2)先找到蒸汽压力点，作水平线和冷凝水背压线相交（图14.3.5下部）从该点引垂线和冷凝水流量线相交。如果疏水阀后排放管为下降管即非满溢管，则选择交点以下较小的口径；如果为提升管即满溢管则选择交点以上较大的口径。注意：所使用的疏水阀的口径可能和阀后的排放管口径不一样，这是很正常的现象，但是一旦疏水阀选型正确，不管疏水阀后的排放管道口径是多少，该疏水站的一些附件如截止阀、过滤器、疏水阀感应腔和止回阀等口径应和疏水阀一致。蒸汽和冷凝水系统手册14.3.7981第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3例14.3.3图14.3.5中(见图14.3.6)1疏水阀前的设备满负荷为1000kg/h,饱和蒸汽的工作压力为6barg，疏水阀后排放管为下降管，排放至1.7barg的闪蒸罐内。由于排放管道为非满溢管，选择交点以下较低的管道口径25mm（见图14.3.5）。6barg高压蒸汽管壳式换热器低压蒸汽浮球疏水阀组1.7barg选择合适的排放管道闪蒸罐利用图14.3.5确定排放管的口径25mm冷凝水图14.3.6疏水阀后排放管为非满溢管例14.3.4图14.3.5中(见图14.3.27)疏水阀前的设备满负荷为1000kg/h,饱和蒸汽的工作压力为18barg，疏水阀后排放管为5m的提升管，排放至3.5barg的冷凝水回收管道内。0.5barg的静压头和3.5barg的冷凝水背压相加为4barg，由于排放管道为满溢管所以选择交点以上较大的口径32mm（见图14.3.5）。18barg3.5barg高压蒸汽排空气阀5m(0.5barg静压)浮球式疏水阀选择合适的排放管道利用图14.3.5确定排放管的口径利用自作用温度控制为32mm排除启动状态下的空气和冷凝水图14.3.7疏水阀后排放管为满溢管14.3.8蒸汽和冷凝水系统手册982第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3例14.3.5图14.3.5中(见图14.3.8)3疏水阀前的设备满负荷为200kg/h,饱和蒸汽的工作压力为2barg，疏水阀后倾斜排放管排放至开式冷凝水集水槽中(0barg)。由于排放管为非满溢管，所以选择交点以下的较小的口径20mm（见图14.3.5）。2barg高质量蒸汽板式换热器选择合适的排放管道利用图14.3.5确定排放管的口径为20mm排空至高位冷凝水回收管图14.3.8疏水阀后排放管为满溢管图14.3.6图14.3.5中(图14.3.9)4疏水阀泵前的设备满负荷为200kg/h,饱和蒸汽的工作压力为4barg，疏水阀泵后排放管有5m的提升排放至非满溢的冷凝水回收管中。由于阀后有5m的提升所以总背压为0.5barg，选择交点以上较大的管道口径25mm(见图14.3.5)。选择合适的排放管道利用图14.3.5确定排放管的口径为25mm4barg高压蒸汽5m(0.5barg静压头)空气流图14.3.9疏水阀排放管为满溢管蒸汽和冷凝水系统手册14.3.9983第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3例14.3.7图14.3.5中(见图14.3.10)5假定冷凝水的负荷为200kg/h，排至集水槽中，并用机械泵泵送到回收管中，一般泵的出口瞬时流量为进口流量的6倍，所以认为泵后排放管道的瞬时流量为6x200=1200kg/h。由于冷凝水在集水槽内已把闪蒸蒸汽排放到大气中，所以在该例中，仅使用图14.3.5上部分的曲线，由于管道为上升管所以选择25mm。注意:如果管道长于100m，则需要选择更大一些的管道口径，该例中为32mm。这是有一个有用的小技巧，泵后的排放管道如果小于100m，一般和泵的口径相同，详细情况请参考14.4从开式集水箱中泵送冷凝水。排空倾斜的非满溢管冷凝水入口选择合适的排放管道(200kg/h)利用图14.3.5确定排放管的口径为25mm泵出的冷凝水量(1200kg/h)图14.3.10冷凝水泵后的排放管公共回收管—下降管有时，多个疏水阀的排放管连接到一根公共回收管上，如果考虑到下面几点就不会出现什么问题：公共回收管道为非满溢管，并沿流动方向向下倾斜，直排或排至开式集水槽中；如果条件允许也可排至闪蒸罐中。公共回收管的口径根据正确选型的接入支管口径沿流动方向逐渐增加。例14.3.8图14.3.11中，有三个换热器，各自独立控制和运行，冷凝水满负荷如图所示，蒸汽空间内的压力为3barg,公共回收管沿流动方向，逐步向下倾斜排至1.5barg的闪蒸罐内，闪蒸罐内的冷凝水通过浮球式疏水阀排出，然后直接泵回锅炉房。各疏水阀后排放管的口径，根据蒸汽压力3barg，背压为1.5barg，且为非满溢管以及各自的负荷，查图确定，然后按照上述方法确定公共回收管的口径。14.3.10蒸汽和冷凝水系统手册984第14章冷凝水回收冷凝水回收管道口径的确定章节14.3HE1HE2HE33barg3barg3barg满负荷满负荷满负荷二次750kg/h750kg/h375kg/h蒸汽11.5bargv”FT14HCØ20mm1”FT14HCØ20mm1”FT14Ø15mmØ20mmØ28mmØ32mm到集水罐图14.3.11公共回收管—下降管利用附录14.2,计算冷凝水管道口径:号管口径为20mm,号管口径为20mm,号管口径为15mm123连接两管道的公共排放管的口径可由此两管道口径平方和的平方根计算得出如下所示：和号管的公共排放管口径=√202+202=28mm：取DN25管（见注释）。12，和号管的公共排放管口径=√282+152=32mm：取DN32管。123号和号管的公共排放管理论计算值为28mm，但28mm不是一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的管道口径。管子的牌号不同，12管子内径的大小也不同。例如，DIN2448系列钢管，25mm管的内径为28.5mm，而40号管，25mm管内径为26.6mm。如果计算得到的管径并不比标准管道大多少，一般都会选择相近的小1号的管道。在此例中，我们选择为25mm的管。如果计算得到的管径与现有的管道系列相差较大，则以需要