主蒸汽管路系统的改进

陈文明 张贤

摘 要：为提高蒸汽品质、降低能耗、解决主蒸汽管路系统的水击问题，本研究对主蒸汽管路系统进行了改进。一是在蒸汽输送管路上每隔50 m设计并增加了一个疏水点;二是在分汽缸出来的电动阀门上安装了缓启动控制装置;三是在管道末端设计并安装了排空气性能更佳的热静力式疏水阀。应用效果表明，改进后的主蒸汽管路中的蒸汽品质大大提高，不仅有效保证了生产效率和产品质量，降低了能耗，消除了水击，而且提高了主蒸汽管路系统的安全性能。

关键词：主蒸汽管路;水击;冷凝水;疏水阀

中图分类号：TM311文献标识码：A文章编号：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

在卷烟企业的生产过程中，蒸汽是保证产品质量的一个重要因素，尤其是制丝线，主蒸汽输送管路在系统启动或运行时由于暖管及散热的原因产生冷凝水。在一定外界因素的影响下，如流动突然停止、水中气泡冷凝等，流体（冷凝水）的流速急剧变化，由于流体的惯性，管线内液体压力显著、反复、迅速变化，产生水流冲击波，冲击管壁使其产生振动，并伴有似铁锤敲击的声音[1]。这种水击现象不仅影响蒸汽的品质，大大降低管道附件的寿命，严重情况下还会造成管道附件损坏，甚至管道破损。部分蒸汽管道的滑动支撑在管道过快膨胀过程中也会发生大幅偏移甚至脱落，存在安全隐患。因此，有必要对主蒸汽管路系统进行改进，以提高蒸汽品质，保证产品质量，消除安全隐患。

1 存在问题

1.1 主蒸汽管路中间缺乏疏水点，冷凝水和空气不能及时排出

生产车间主蒸汽管路有150 m长，中间没有一个疏水点，管路中的冷凝水和空气不能及时排出。蒸汽管道停机后，管道内的蒸汽会迅速冷凝，在蒸汽管道的低点集聚，如果该处未布置低温冷凝水排放装置，冷凝水会一直积存在该处。而蒸汽管道恢复供汽时，管道暖管过程中，冷凝水会与蒸汽一起流动，如图1所示，流动过程中，沿着蒸汽管道流动的冷凝水滴不断积累，最终会形成水弹，水弹以蒸汽的流速在管道中运动。

这种水弹密度高、不可压缩，当高速运动时具有相当大的动量。当遇到阻碍时，如管道的弯头或三通，水的动能转换为压力能，压力波将作用在障碍物上，冷凝水弹冲击下游的阀门和管道附件，同时也会冲击并损坏下游的管道支撑或管架。这种水击会大大降低管道附件的寿命，严重情况下会造成管道附件损坏，甚至导致管道破损。部分蒸汽管道的滑动支撑在管道過快膨胀过程中也会发生大幅偏移，甚至脱落，存在安全隐患[2]。

根据实际生产经验，只有通过降低管道内的汽水两相混合流动的动力，缓慢排放管道内凝结水，消除管道内水堵，蒸汽管道水击才能停止。管道内剩余的少量的不能形成水堵的凝结水，或者被排出，或者随着用汽量的增加和蒸汽温度的上升，出现二次蒸发现象[3]。

1.2 主蒸汽阀门采用手动模式开启和关闭，难以精准控制和管理

在生产间隔时间较长而重新送汽时，蒸汽管道由冷态投入运行，从分汽缸出来的主蒸汽阀门采用手动模式开启和关闭，开启和关闭快慢，靠人进行手动控制，不仅难以精准控制，而且难以管理。若阀门开启过快或过大，致使管道暧管不足，会产生大量的冷凝水，管道比较容易发生水击;若阀门开启过慢或过小，暖管的时间过慢，进入管道的蒸汽流量小于管道内的冷凝负荷，就会在管道内部形成真空，造成冷凝水反向流动撞击管道和阀门，同样也容易造成水击。水击尤其容易发生在系统刚刚启动或负荷由低到高转变的阶段。因此，当主蒸汽管路刚刚启动及负荷发生变动时，要特别关注主蒸汽阀门的开启。

1.3 主蒸汽管路末端无有效排水排气装置

蒸汽中空气的来源有二。一是设备启动前存留在蒸汽空间的空气，用汽设备在生产完毕关掉蒸汽后，残余蒸汽凝结后产生部分真空，空气就趁机从管道附件如缩节、弯头、阀门接口等不够严密处漏入。二是如锅炉给水未经除氧，锅炉给水中就溶解有氧及其他不凝性气体，蒸汽就带着空气及其他不凝性气体一起从锅炉中输出。如用汽设备所装的疏水阀不能将空气与凝结水一起排出，则时间一久，设备中就积累可观的空气，影响生产所需要的温度。这些空气还会影响某些类型蒸汽疏水阀的工作，引起用汽设备积水，影响生产。用汽设备的蒸汽空间愈大，启动时要排的空气也愈多，空气对生产设备的初始影响就显得更加突出。要达到生产时所需要的温度，这时的蒸汽压力一定比蒸汽不含空气时的压力要高，造成能源浪费。

由上可见，主蒸汽管路中的冷凝水和空气对用汽设备的用热有很大影响。一是阻碍热传递，影响生产;二是降低蒸汽温度，浪费能源;三是引起温度不匀，使蒸汽品質下降，影响产品质量;四是形成水击，使管道剧烈振动，大大降低管道附件的寿命，严重情况下会造成管道附件损坏，甚至导致管道破损。在管道过快膨胀过程中，部分蒸汽管道的滑动支撑发生大幅偏移，甚至脱落，存在严重的安全隐患。

2 改进方法

2.1 主蒸汽管路上的改进

为提高主蒸汽管路的疏水能力，减少主蒸汽管路中的冷凝水，对于经常启停的饱和蒸汽管线，一般每隔30～50 m就需要布置疏水点，因此在生产线主蒸汽管路上，每隔50 m增加了一个疏水点，具体设计如图2和表1所示[2]。

根据现场实际情况，最后确定的管路安装尺寸如表2所示，冷凝水流向与蒸汽流向相反，保障设备在启动、正常运行以及负荷突然变化时蒸汽管路中的冷凝水能够及时排放，有效减少蒸汽管道内的冷凝水积聚所产生的危害。

2.2 主管路蒸汽电动阀门控制方式的改进

为精准控制主管路蒸汽电动阀门开启和关闭时间，人们针对分汽缸出来、进入主蒸汽管路的电动阀门安装了缓启动控制装置，通过PLC进行控制，如图3所示。

根据现有蒸汽系统的使用情况，由车间专人负责该阀门的开启和关闭。通过生产调试，最后设定电动阀门开启时间为10 min，一键操作后自动缓启，不仅避免了手动操作的过快过慢问题，减少了人力，也实现了精准控制。

2.3 主蒸汽管路末端的改进

为进一步排出蒸汽中的空气和冷凝水，主蒸汽管路末端设计并安装了一组排空气、排低温冷凝水的热静力式疏水阀，而且并联安装了一组浮球式疏水阀，管路上的截止阀、过滤器和疏水阀的规格均为DN25 mm，如图4所示，提高了主蒸汽管路的排冷凝水和排空气性能。

3 使用效果

根据生产现场设备和主蒸汽管路的布置，一是通过主蒸汽管路上的改进，增加了疏水点，及时有效地排出蒸汽输送管线中的冷凝水;二是通过主管路蒸汽电动阀门启动方式的改进，精准控制了在生产间隔时间较长而重新送汽时的管路升温时间，减少了冷凝水的产生;三是通过主蒸汽管路末端的改进，防止了气阻，使蒸汽中的空气和冷凝水得到及时排放。

主蒸汽管路系统的改进不仅提高了蒸汽的品质，保证了产品质量，降低了能耗，而且消除了水击现象，提高了管道附件的寿命，避免部分蒸汽管道的滑动支撑在管道过快膨胀过程中发生大幅偏移甚至脱落现象，消除了管道剧烈振动所产生的危害，排除了安全隐患。

参考文献：

[1]马博.蒸汽输送管道的水击及其防范[J].化工设备与管道，2016（1）：78-83.

[2]斯派莎克工程（中国）有限公司.蒸汽与冷凝水系统手册[M].上海：科学技术文献出版社，2007：33-35.

[3]金永秀.蒸汽管道产生水击的机理与防治[J].化工设备与管道，2013（6）：75-78.