蒸汽管道水擊問題的危害和解決

摘 要:熱電聯產、集中供熱是國家鼓勵發展的能源項目，而蒸汽是集中供熱中最常見的熱能載體，是工業、民用熱量的主要傳遞方式。

關鍵詞:蒸汽管道水擊危害問題

中圖分類號:TU995文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(a)-0139-01

1 水擊的形成

隨著城市化進程的加快，以前位于市區范圍內的老電廠、區域鍋爐房等熱源單位逐漸搬遷至郊區、工業集中區等距離市區較遠的地區。而老城區內依然存在著較大的用熱需求，不僅有原有的用熱單位，而且有新發展的高檔辦公樓、商場、小區等更需要有充分的熱能資源供應。如果距離城區較遠的熱源點向主城區進行供熱，就存在著管網過長、用熱單位時間性較強(如大部分非工業用汽都集中在白天)等特性，就會造成蒸汽管網冷凝水過多，形成水擊現象。

在正常運行的蒸汽管道中，因管壁散熱等原因會形成一定數量的冷凝水。下面以工作管DN200，保溫厚度100mm，外保護管DN500為例計算冷凝水的形成量:

管段內飽和蒸汽的凝結水量公式Gc=3.6qL/r

式中 Gc為形成凝結水量，kg/h

q為管道單位長度熱損失，W/m

r為汽化潛熱，查表得1.2MPa下數值為985.7kj/kg

J為管線長度，取5000m。

其中q=K*S*△k(K為保溫材料導熱系數，取工程中常用的超細玻璃棉導熱系數K=0.056W/m*k，S為散熱面積，△k為溫度差，取250開爾文)，經計算，q=18.4W/m。所以，Gc=336kg/h。

根據上述計算，該例中5000米長的蒸汽管道每小時產生336kg的冷凝水，如果不及時排出，被汽流推送到某低洼處集中，很容易形成水擊。

2水擊的危害

水擊是在排水系統中，由于各種原因(壓力突然變化等)水流速度或流量突然變化，造成管道中壓力(壓強)瞬間急劇上升，產生巨大破壞力的現象。

水擊形成后，以壓力波的形式在管道內傳播，因蒸汽管道內是蒸汽與冷凝水的混合物，且水擊流是相當不穩定的，不能以理想狀態的單一流體來計算水擊的最大破壞壓力。在蒸汽管網運行實踐中，對水擊破壞的盲板進行分析計算后，發現蒸汽管網水擊的瞬時壓強最大可達正常運行壓力的10倍左右。如此強大的壓力作用在管道及管道附件上時，就會造成管道及管道附件的損壞。容易損壞的管道附件有:

2.1 補償器

補償器是為了補償蒸汽管道熱伸長量而設置的柔性裝置。因市區道路旁管線空間狹小，目前市區直埋管道基本使用的都是波紋管補償器。波紋管補償器的優點是占地小，安裝方便;而其缺點是使用壽命短(一般的伸縮次數為1000次，其后會金屬疲勞)，不銹鋼波紋管厚度小，承受壓力低，容易被水擊破壞。

2.2 控制閥等法蘭連接處

因控制閥與管道連接大多數為法蘭連接，而且控制閥本身也有法蘭連接的部位，所以在發生水擊時，法蘭連接處就成為薄弱環節，水擊極度容易就可以將密封墊片破壞。

2.3 流量計

不管是孔板流量計或者渦街式流量計，其中的取壓空或震動傳感器都容易被水擊強大的壓力破壞，導致流量計損壞或失準。

2.4 彎頭

水擊作用在彎頭處的力量相當強大，如果彎頭焊接時的強度稍弱，其焊口容易被破壞。

2.5 盲板

管道三通處或末端設置盲板的，如果盲板的厚度稍薄或盲板未焊接加強筋，盲板鋼板狠容易被水擊破壞。

3 水擊的解決辦法

3.1 管網規劃時要合理

盡量在管道末端設置連續用熱單位，并將非連續用熱單位與連續用熱單位搭配設置在同一條管線上，盡量避免將非連續用熱單位全部設置在一條管線上

3.2 管網施工時合理設計、嚴格按圖施工、因地制宜

管網設計時，應該盡量避免采用直埋的敷設方式，盡量采取沿背街背巷、河邊、綠化等處低架或高架敷設。在架空管道中，應按規范設置管道的坡度，在最低點設置疏水裝置，如管網較長，應至少每隔500米左右設置疏水裝置。

如不可避免采用直埋的方式敷設，應盡量根據地形地貌采用自然補償的方式或者采用方形補償器，在不得已使用波紋管或套筒補償器時，應在補償器的位置按規范設置檢查井。直埋管道施工時，土建溝槽坡度要達到設計和規范要求，在最低點必須設置積水裝置和疏水裝置。所以就要求在管道設計時就精確測量管線并詳細調查地形地貌，把最低點設置在有位置安裝疏水裝置的地點。

3.3 管網運行時要根據實際用戶性質和管網現狀制定操作規范并嚴格執行

比如在管網停汽后送汽時，要先充分暖管，排放冷凝水，然后慢慢提壓。可以在規范制定過程中，詳細到每個步驟需要多少時間，每個時間需要操作哪些閥門，每個節點有哪些專人負責。在正常運行過程中，要日常巡查每個疏水點是否正常疏水，一旦發現疏水閥損壞，必須及時更換。

3.4 在管網日常運營中做好巡查、改造工作

在管網運行時及每次停、送汽時，都要做好巡查和記錄工作，在哪段冷凝水較多，哪段水擊容易發生，都要做好記錄和分析工作。冷凝水較多的管段，一般來說是因為保溫問題，可以在管道檢修時進行完善。在容易發生水擊的管段，一般是因為坡度設置錯誤或者疏水閥未排水，如果坡度設置錯誤，就因該在管道實際最低處加裝疏水裝置，如果疏水閥未排水或排水量小，則需要更換疏水閥。

3.5 水擊發生時如何處理

如果在送汽、開汽過程中，管網發生水擊現象，架空管道表現為抖動，有撞擊聲，直埋管道表現為地面震動，有撞擊聲。水擊抖動、震動的幅度和頻率以及聲音根據水擊壓力的大小而異，水擊壓力越大，則表現越明顯。如果在操作過程中遇到水擊，大體可按以下過程處理:第一，立即通知上游閥門，關閉蒸汽或減小來汽壓力。(上游閥門關閉時，閥門前疏水應保持疏水)第二，保持引起水擊的閥門前疏水的正常疏水。第三，對操作引起水擊的閥門的處理。根據經驗，如果水擊的程度較小，可以極緩慢的減小此閥門的開度，降低閥前管段流體的流動速度，直至關閉閥門，消除水擊。減小此閥門開度的速度需根據水擊的強度、撞擊的頻率來判斷。根據經驗，一般來說，對輕微水擊，可每10分鐘降低開度五分之一圈，直至關閉。

根據操作經驗，如果水擊強度較大，應在進行(1)、(2)過程的基礎上盡量穩定造成水擊閥門的開度，以免盲目關閉此閥門造成水擊的反彈。在水擊減弱后緩慢降低此閥門的開度。

對閥門進行操作時盡量使用較長的操作工具，操作人員做好勞動保護并距離閥門一定距離。如果是架空管道，可自制較長的F型扳手，如果是直埋管道井內的閥門，可自制較長操作叉進行操作。

如果水擊已經造成了蒸汽的泄露，要在關閉上游閥門及疏水、排汽的同時，做好安全警示工作，特別是在市區道路人員較多處，要保持足夠的安全距離。

以上是在蒸汽管網運行時水擊方面問題的分析，再根據實際生產中總結的經驗得出的針對性的解決辦法，以期能對城市蒸汽管網的安全運行有相應的作用。