主蒸汽管路系統(tǒng)的改進(jìn)

陳文明 張賢

摘 要：為提高蒸汽品質(zhì)、降低能耗、解決主蒸汽管路系統(tǒng)的水擊問題，本研究對主蒸汽管路系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。一是在蒸汽輸送管路上每隔50 m設(shè)計(jì)并增加了一個(gè)疏水點(diǎn);二是在分汽缸出來的電動(dòng)閥門上安裝了緩啟動(dòng)控制裝置;三是在管道末端設(shè)計(jì)并安裝了排空氣性能更佳的熱靜力式疏水閥。應(yīng)用效果表明，改進(jìn)后的主蒸汽管路中的蒸汽品質(zhì)大大提高，不僅有效保證了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗，消除了水擊，而且提高了主蒸汽管路系統(tǒng)的安全性能。

關(guān)鍵詞：主蒸汽管路;水擊;冷凝水;疏水閥

中圖分類號：TM311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）35-0043-03

Abstract： In order to improve steam quality， reduce energy consumption， and solve the water hammer problem of the main steam piping system， this research made improvements to the main steam piping system. One was to design and add a drain point every 50 m on the steam delivery pipeline; the other was to install a slow start control device on the electric valve from the sub-cylinder; the third was to design and install a thermostatic trap with better air exhaust performance at the end of the pipeline. The application effect showed that the steam quality in the improved main steam pipeline was greatly improved， which not only effectively guaranteed production efficiency and product quality， reduced energy consumption， eliminated water hammer， but aiso improved the safety performance of the main steam pipeline system.

Keywords： main steam pipeline;water hammer;condensate;trap

在卷煙企業(yè)的生產(chǎn)過程中，蒸汽是保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要因素，尤其是制絲線，主蒸汽輸送管路在系統(tǒng)啟動(dòng)或運(yùn)行時(shí)由于暖管及散熱的原因產(chǎn)生冷凝水。在一定外界因素的影響下，如流動(dòng)突然停止、水中氣泡冷凝等，流體（冷凝水）的流速急劇變化，由于流體的慣性，管線內(nèi)液體壓力顯著、反復(fù)、迅速變化，產(chǎn)生水流沖擊波，沖擊管壁使其產(chǎn)生振動(dòng)，并伴有似鐵錘敲擊的聲音[1]。這種水擊現(xiàn)象不僅影響蒸汽的品質(zhì)，大大降低管道附件的壽命，嚴(yán)重情況下還會造成管道附件損壞，甚至管道破損。部分蒸汽管道的滑動(dòng)支撐在管道過快膨脹過程中也會發(fā)生大幅偏移甚至脫落，存在安全隱患。因此，有必要對主蒸汽管路系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，以提高蒸汽品質(zhì)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除安全隱患。

1 存在問題

1.1 主蒸汽管路中間缺乏疏水點(diǎn)，冷凝水和空氣不能及時(shí)排出

生產(chǎn)車間主蒸汽管路有150 m長，中間沒有一個(gè)疏水點(diǎn)，管路中的冷凝水和空氣不能及時(shí)排出。蒸汽管道停機(jī)后，管道內(nèi)的蒸汽會迅速冷凝，在蒸汽管道的低點(diǎn)集聚，如果該處未布置低溫冷凝水排放裝置，冷凝水會一直積存在該處。而蒸汽管道恢復(fù)供汽時(shí)，管道暖管過程中，冷凝水會與蒸汽一起流動(dòng)，如圖1所示，流動(dòng)過程中，沿著蒸汽管道流動(dòng)的冷凝水滴不斷積累，最終會形成水彈，水彈以蒸汽的流速在管道中運(yùn)動(dòng)。

這種水彈密度高、不可壓縮，當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)具有相當(dāng)大的動(dòng)量。當(dāng)遇到阻礙時(shí)，如管道的彎頭或三通，水的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能，壓力波將作用在障礙物上，冷凝水彈沖擊下游的閥門和管道附件，同時(shí)也會沖擊并損壞下游的管道支撐或管架。這種水擊會大大降低管道附件的壽命，嚴(yán)重情況下會造成管道附件損壞，甚至導(dǎo)致管道破損。部分蒸汽管道的滑動(dòng)支撐在管道過快膨脹過程中也會發(fā)生大幅偏移，甚至脫落，存在安全隱患[2]。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，只有通過降低管道內(nèi)的汽水兩相混合流動(dòng)的動(dòng)力，緩慢排放管道內(nèi)凝結(jié)水，消除管道內(nèi)水堵，蒸汽管道水擊才能停止。管道內(nèi)剩余的少量的不能形成水堵的凝結(jié)水，或者被排出，或者隨著用汽量的增加和蒸汽溫度的上升，出現(xiàn)二次蒸發(fā)現(xiàn)象[3]。

1.2 主蒸汽閥門采用手動(dòng)模式開啟和關(guān)閉，難以精準(zhǔn)控制和管理

在生產(chǎn)間隔時(shí)間較長而重新送汽時(shí)，蒸汽管道由冷態(tài)投入運(yùn)行，從分汽缸出來的主蒸汽閥門采用手動(dòng)模式開啟和關(guān)閉，開啟和關(guān)閉快慢，靠人進(jìn)行手動(dòng)控制，不僅難以精準(zhǔn)控制，而且難以管理。若閥門開啟過快或過大，致使管道曖管不足，會產(chǎn)生大量的冷凝水，管道比較容易發(fā)生水擊;若閥門開啟過慢或過小，暖管的時(shí)間過慢，進(jìn)入管道的蒸汽流量小于管道內(nèi)的冷凝負(fù)荷，就會在管道內(nèi)部形成真空，造成冷凝水反向流動(dòng)撞擊管道和閥門，同樣也容易造成水擊。水擊尤其容易發(fā)生在系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)或負(fù)荷由低到高轉(zhuǎn)變的階段。因此，當(dāng)主蒸汽管路剛剛啟動(dòng)及負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)時(shí)，要特別關(guān)注主蒸汽閥門的開啟。

1.3 主蒸汽管路末端無有效排水排氣裝置

蒸汽中空氣的來源有二。一是設(shè)備啟動(dòng)前存留在蒸汽空間的空氣，用汽設(shè)備在生產(chǎn)完畢關(guān)掉蒸汽后，殘余蒸汽凝結(jié)后產(chǎn)生部分真空，空氣就趁機(jī)從管道附件如縮節(jié)、彎頭、閥門接口等不夠嚴(yán)密處漏入。二是如鍋爐給水未經(jīng)除氧，鍋爐給水中就溶解有氧及其他不凝性氣體，蒸汽就帶著空氣及其他不凝性氣體一起從鍋爐中輸出。如用汽設(shè)備所裝的疏水閥不能將空氣與凝結(jié)水一起排出，則時(shí)間一久，設(shè)備中就積累可觀的空氣，影響生產(chǎn)所需要的溫度。這些空氣還會影響某些類型蒸汽疏水閥的工作，引起用汽設(shè)備積水，影響生產(chǎn)。用汽設(shè)備的蒸汽空間愈大，啟動(dòng)時(shí)要排的空氣也愈多，空氣對生產(chǎn)設(shè)備的初始影響就顯得更加突出。要達(dá)到生產(chǎn)時(shí)所需要的溫度，這時(shí)的蒸汽壓力一定比蒸汽不含空氣時(shí)的壓力要高，造成能源浪費(fèi)。

由上可見，主蒸汽管路中的冷凝水和空氣對用汽設(shè)備的用熱有很大影響。一是阻礙熱傳遞，影響生產(chǎn);二是降低蒸汽溫度，浪費(fèi)能源;三是引起溫度不勻，使蒸汽品質(zhì)下降，影響產(chǎn)品質(zhì)量;四是形成水擊，使管道劇烈振動(dòng)，大大降低管道附件的壽命，嚴(yán)重情況下會造成管道附件損壞，甚至導(dǎo)致管道破損。在管道過快膨脹過程中，部分蒸汽管道的滑動(dòng)支撐發(fā)生大幅偏移，甚至脫落，存在嚴(yán)重的安全隱患。

2 改進(jìn)方法

2.1 主蒸汽管路上的改進(jìn)

為提高主蒸汽管路的疏水能力，減少主蒸汽管路中的冷凝水，對于經(jīng)常啟停的飽和蒸汽管線，一般每隔30～50 m就需要布置疏水點(diǎn)，因此在生產(chǎn)線主蒸汽管路上，每隔50 m增加了一個(gè)疏水點(diǎn)，具體設(shè)計(jì)如圖2和表1所示[2]。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，最后確定的管路安裝尺寸如表2所示，冷凝水流向與蒸汽流向相反，保障設(shè)備在啟動(dòng)、正常運(yùn)行以及負(fù)荷突然變化時(shí)蒸汽管路中的冷凝水能夠及時(shí)排放，有效減少蒸汽管道內(nèi)的冷凝水積聚所產(chǎn)生的危害。

2.2 主管路蒸汽電動(dòng)閥門控制方式的改進(jìn)

為精準(zhǔn)控制主管路蒸汽電動(dòng)閥門開啟和關(guān)閉時(shí)間，人們針對分汽缸出來、進(jìn)入主蒸汽管路的電動(dòng)閥門安裝了緩啟動(dòng)控制裝置，通過PLC進(jìn)行控制，如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)有蒸汽系統(tǒng)的使用情況，由車間專人負(fù)責(zé)該閥門的開啟和關(guān)閉。通過生產(chǎn)調(diào)試，最后設(shè)定電動(dòng)閥門開啟時(shí)間為10 min，一鍵操作后自動(dòng)緩啟，不僅避免了手動(dòng)操作的過快過慢問題，減少了人力，也實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制。

2.3 主蒸汽管路末端的改進(jìn)

為進(jìn)一步排出蒸汽中的空氣和冷凝水，主蒸汽管路末端設(shè)計(jì)并安裝了一組排空氣、排低溫冷凝水的熱靜力式疏水閥，而且并聯(lián)安裝了一組浮球式疏水閥，管路上的截止閥、過濾器和疏水閥的規(guī)格均為DN25 mm，如圖4所示，提高了主蒸汽管路的排冷凝水和排空氣性能。

3 使用效果

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備和主蒸汽管路的布置，一是通過主蒸汽管路上的改進(jìn)，增加了疏水點(diǎn)，及時(shí)有效地排出蒸汽輸送管線中的冷凝水;二是通過主管路蒸汽電動(dòng)閥門啟動(dòng)方式的改進(jìn)，精準(zhǔn)控制了在生產(chǎn)間隔時(shí)間較長而重新送汽時(shí)的管路升溫時(shí)間，減少了冷凝水的產(chǎn)生;三是通過主蒸汽管路末端的改進(jìn)，防止了氣阻，使蒸汽中的空氣和冷凝水得到及時(shí)排放。

主蒸汽管路系統(tǒng)的改進(jìn)不僅提高了蒸汽的品質(zhì)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了能耗，而且消除了水擊現(xiàn)象，提高了管道附件的壽命，避免部分蒸汽管道的滑動(dòng)支撐在管道過快膨脹過程中發(fā)生大幅偏移甚至脫落現(xiàn)象，消除了管道劇烈振動(dòng)所產(chǎn)生的危害，排除了安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

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[3]金永秀.蒸汽管道產(chǎn)生水擊的機(jī)理與防治[J].化工設(shè)備與管道，2013（6）：75-78.