主蒸汽管路系統的改進

陳文明 張賢

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

關鍵詞：主蒸汽管路;水擊;冷凝水;疏水閥

中圖分類號：TM311文獻標識碼：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

在卷煙企業的生產過程中，蒸汽是保證產品質量的一個重要因素，尤其是制絲線，主蒸汽輸送管路在系統啟動或運行時由于暖管及散熱的原因產生冷凝水。在一定外界因素的影響下，如流動突然停止、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，管線內液體壓力顯著、反復、迅速變化，產生水流沖擊波，沖擊管壁使其產生振動，并伴有似鐵錘敲擊的聲音[1]。這種水擊現象不僅影響蒸汽的品質，大大降低管道附件的壽命，嚴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支撐在管道過快膨脹過程中也會發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進行改進，以提高蒸汽品質，保證產品質量，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，冷凝水和空氣不能及時排出

生產車間主蒸汽管路有150 m長，中間沒有一個疏水點，管路中的冷凝水和空氣不能及時排出。蒸汽管道停機后，管道內的蒸汽會迅速冷凝，在蒸汽管道的低點集聚，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。而蒸汽管道恢復供汽時，管道暖管過程中，冷凝水會與蒸汽一起流動，如圖1所示，流動過程中，沿著蒸汽管道流動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動。

這種水彈密度高、不可壓縮，當高速運動時具有相當大的動量。當遇到阻礙時，如管道的彎頭或三通，水的動能轉換為壓力能，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，嚴重情況下會造成管道附件損壞，甚至導致管道破損。部分蒸汽管道的滑動支撐在管道過快膨脹過程中也會發生大幅偏移，甚至脫落，存在安全隱患[2]。

根據實際生產經驗，只有通過降低管道內的汽水兩相混合流動的動力，緩慢排放管道內凝結水，消除管道內水堵，蒸汽管道水擊才能停止。管道內剩余的少量的不能形成水堵的凝結水，或者被排出，或者隨著用汽量的增加和蒸汽溫度的上升，出現二次蒸發現象[3]。

1.2 主蒸汽閥門采用手動模式開啟和關閉，難以精準控制和管理

在生產間隔時間較長而重新送汽時，蒸汽管道由冷態投入運行，從分汽缸出來的主蒸汽閥門采用手動模式開啟和關閉，開啟和關閉快慢，靠人進行手動控制，不僅難以精準控制，而且難以管理。若閥門開啟過快或過大，致使管道曖管不足，會產生大量的冷凝水，管道比較容易發生水擊;若閥門開啟過慢或過小，暖管的時間過慢，進入管道的蒸汽流量小于管道內的冷凝負荷，就會在管道內部形成真空，造成冷凝水反向流動撞擊管道和閥門，同樣也容易造成水擊。水擊尤其容易發生在系統剛剛啟動或負荷由低到高轉變的階段。因此，當主蒸汽管路剛剛啟動及負荷發生變動時，要特別關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。一是設備啟動前存留在蒸汽空間的空氣，用汽設備在生產完畢關掉蒸汽后，殘余蒸汽凝結后產生部分真空，空氣就趁機從管道附件如縮節、彎頭、閥門接口等不夠嚴密處漏入。二是如鍋爐給水未經除氧，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。如用汽設備所裝的疏水閥不能將空氣與凝結水一起排出，則時間一久，設備中就積累可觀的空氣，影響生產所需要的溫度。這些空氣還會影響某些類型蒸汽疏水閥的工作，引起用汽設備積水，影響生產。用汽設備的蒸汽空間愈大，啟動時要排的空氣也愈多，空氣對生產設備的初始影響就顯得更加突出。要達到生產時所需要的溫度，這時的蒸汽壓力一定比蒸汽不含空氣時的壓力要高，造成能源浪費。

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

2 改進方法

2.1 主蒸汽管路上的改進

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，因此在生產線主蒸汽管路上，每隔50 m增加了一個疏水點，具體設計如圖2和表1所示[2]。

根據現場實際情況，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，保障設備在啟動、正常運行以及負荷突然變化時蒸汽管路中的冷凝水能夠及時排放，有效減少蒸汽管道內的冷凝水積聚所產生的危害。

2.2 主管路蒸汽電動閥門控制方式的改進

為精準控制主管路蒸汽電動閥門開啟和關閉時間，人們針對分汽缸出來、進入主蒸汽管路的電動閥門安裝了緩啟動控制裝置，通過PLC進行控制，如圖3所示。

根據現有蒸汽系統的使用情況，由車間專人負責該閥門的開啟和關閉。通過生產調試，最后設定電動閥門開啟時間為10 min，一鍵操作后自動緩啟，不僅避免了手動操作的過快過慢問題，減少了人力，也實現了精準控制。

2.3 主蒸汽管路末端的改進

為進一步排出蒸汽中的空氣和冷凝水，主蒸汽管路末端設計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

根據生產現場設備和主蒸汽管路的布置，一是通過主蒸汽管路上的改進，增加了疏水點，及時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閥門啟動方式的改進，精準控制了在生產間隔時間較長而重新送汽時的管路升溫時間，減少了冷凝水的產生;三是通過主蒸汽管路末端的改進，防止了氣阻，使蒸汽中的空氣和冷凝水得到及時排放。

主蒸汽管路系統的改進不僅提高了蒸汽的品質，保證了產品質量，降低了能耗，而且消除了水擊現象，提高了管道附件的壽命，避免部分蒸汽管道的滑動支撐在管道過快膨脹過程中發生大幅偏移甚至脫落現象，消除了管道劇烈振動所產生的危害，排除了安全隱患。

參考文獻：

[1]馬博.蒸汽輸送管道的水擊及其防范[J].化工設備與管道，2016（1）：78-83.

[2]斯派莎克工程（中國）有限公司.蒸汽與冷凝水系統手冊[M].上海：科學技術文獻出版社，2007：33-35.

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