蒸汽管網水擊的分析與改造

張寶龍

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

蒸汽管網水擊的分析與改造

張寶龍

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

針對陽煤集團太原化工新材料有限公司蒸汽凝水管網水擊現象進行分析，找到了蒸汽管網水擊的原因，最后結合管網的實際情況，提出了合理的改造方案，此方案實施后消除了管網的水擊現象。對消除蒸汽管網水擊有一定的參考價值。

蒸汽管網;水擊;方案;消除

引言

水擊作為一種管道內瞬變流動的壓力波，當管道內某一截面流體的流速發生改變時就會引起水擊。蒸汽冷凝水管網作為一種高速流動的壓力波載體，當遇到事故等異常現象時可能引起水擊。陽煤集團太原化工新材料有限公司作為一家以煤、苯為原料的化工企業，蒸汽作為熱源時，蒸汽凝結水管網也會出現水擊現象，甚至部分管道的水錘現象非常嚴重。特別是當蒸汽管網溫度較高時，管道內空泡的形成和潰滅時常發生，這樣伴隨的水擊現象通常不可避免，輕則管道震動或破裂，閥門等被損壞而大量漏水，造成部分裝置聯鎖停車；重則釀成設備損壞，人員傷亡、全公司聯鎖停車。因此，基于蒸汽冷凝水管網水擊原因的分析并尋找改造方案至關重要。

1 管網水擊原因分析

1.1 蒸汽凝水管網的概況

冷凝水主管網如圖1所示，管網采用冷凝水本身的重力作用回收冷凝液。1#罐和2#罐是0.5 MPa蒸汽冷凝液儲罐，伴熱管線中為0.6 MPa蒸汽冷凝液，北部管線為0.6 MPa蒸汽冷凝液和少量0.5 MPa蒸汽冷凝液混合流體，其余管線多為0.6 MPa蒸汽冷凝液。各部分的蒸汽冷凝液通過同一條總管回收送往3#罐。根據現場觀察，管網中震動較為嚴重的管線分別是管a、管b、管c和管d處，在圖中用▲標注。

圖1 蒸汽管網中水擊嚴重的管網簡圖

1.2 管網水擊的原因

1) 在實際生產中可以清楚看到在管a、b末端會產生嚴重的水擊，通過對管a、b末端壓力檢測，我們發現氣壓力變為0.45 MPa、0.42 MPa，低于飽和蒸汽(0.5 MPa)的壓力。因此，在管a、b末端，管內可能有少量凝液發生二次汽化，氣體聚集形成氣穴，在受壓的情況下，凝液在管道內以較大的流速通過。當氣穴潰滅時，凝液重新組合便會產生水擊。

2) c管中水錘的存在是由于凝結水進入主回水管道。隨著壓力的降低，空化現象變得越來越嚴重，管道中的流體變成氣液兩相流。起初，由于氣相較小，流速較低，二者處于相對層流狀態。隨著氣體體積的增大，氣體流量增大，凝結水進入湍流狀態，易于形成較大氣穴造成液柱分離，液柱重新組合時便會產生水擊。

3) 在主回水管與伴熱管之間，有時會發生水擊現象，主要是由于主回水管與伴熱管間壓力不同造成的。主回水管中蒸汽冷凝液操作壓力為0.5 MPa，而伴熱管線中蒸汽冷凝液操作壓力為0.6 MPa。理論上不同壓力的蒸汽凝液應分別與不同的凝液回水總管連接，然而，本管網在設計時將兩種不同壓力蒸汽冷凝液使用了同一條回收總管。首先，0.6 MPa飽和冷凝液加入回收主管后會加劇管網汽化，汽化量的加大，流體流速增加，使得管網更容易產生液柱分離。其次，0.6 MPa冷凝液加入主管后，會引起主管流量、流速變化，而流速增加或流向的改變均會引起管道內壓力的變化，由于管道內本身就存在汽化現象，壓力的迅速變化會引起汽化后空泡的潰滅，從而產生水擊。

2 蒸汽管網水擊的改造方案

1) 如圖2所示，新增一條回水管線，將1#和2#罐的蒸汽冷凝液通過新增管道送往3#罐；而伴熱管線中的冷凝水則通過先前的回水管線送往3#罐，這樣既能實現不同壓力的蒸汽冷凝液經不同的管道分別送入3#罐，避免兩種不同壓力蒸汽冷凝液混合引發水擊，同時還能降低主回水管壓降防止汽化發生。

圖2 方案示意圖

2) 提高1#罐和2#罐液面的控制高度，增加管內凝液的壓力。

3) 將新增管線的閥門設置在距離3#罐較近的位置，使1#罐和2#罐處閥門全開。這樣做既可提高閥門前壓力，防止閥前壓力突變引起水擊現象；也可使調節閥門減壓后的凝液二次氣化蒸汽迅速進入

3#罐，避免氣體氣穴的產生和潰滅現象發生，從而消除水擊現象。

3 方案實施效果

改造方案實施前，管網中有幾處發生震動，震動較為嚴重的分別是a處、b處和c處，另外在不同壓力的冷凝水凝結出也有震動產生。而在改造方案實施以來，這幾處均無異常響動產生，管網運行正常，再沒有因為水擊造成裝置的停車。另外，此方案實現了0.5 MPa和0.6 MPa兩種不同壓力凝結水分別匯入回水總管。先前水擊現象最嚴重兩處(a和b管處)冷凝水通過新增管線直接送入3#罐，提高整個管網內的壓力，防止了冷凝水在閥前的汽化，消除了管網的水擊現象。

4 結語

通過對蒸汽冷凝水管網發生水擊原因的分析，并結合管網實際情況，提出了合理的改造方案，方案實施后消除了管網的水擊現象，實現了不同壓力等級的冷凝水分別匯入回水總管，提高了整個管網內的壓力，防止了冷凝水在管道內的汽化，消除了水擊對蒸汽管網的沖擊，同時對其他企業改造蒸汽管網，消除水擊現象有一定的參考價值。

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Analysis and reform on water hammer in steam pipe system

ZHANG Baolong

(Yangquan Coal Industry Group Taiyuan New Chemical Materials Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030000, China)

This paper mainly discusses the water hammer in Yangquan Coal Group Taiyuan Chemical Industry and New Materials Company. The reasons for the water hammer in steam pipe network are found. Finally, a reasonable solution is proposed in conjunction with the pipe network. After the implementation of scheme, the water hammer phenomenon is eliminated in pipe network, providing some reference value in eliminating water hammer in steam pipe network.

steam pipe network; water hammer; solution; elimination

2017-05-16

張寶龍，男，1987年出生，2014年畢業于太原理工大學，碩士學位，工藝技術員。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.34

TQ053.6

A

1004-7050(2017)04-0098-02

生產與應用