蒸汽知识与资源

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8.4冷凝水积存的危害
发布时间:2016-11-10 16:33:52

一、冷凝水积存的原因:

1、疏水阀排量选小了,来不及排放,导致冷凝水积存;

2、疏水阀被堵住了;

3、高速流动的蒸汽管道内未能排除冷凝水。

4、有温度控制的应用中,冷凝水被提升至回收管,或是回收至有压力的系统中。

5、由于公共回收管口径偏小造成满溢或是节流及闪蒸蒸汽作用,冷凝水无法进入或无法在回收管道内运动。

6、设备停机后,系统没有进行排水,导致大量冷凝水积存。

二、冷凝水积存的危害

冷凝水主要积存于疏水阀前的管道和设备底部,但系统停机后,所有管线均有可能积水。

1、若疏水阀排量不够或部分堵水,导致物料升温缓慢,无法达到工艺要求的温度,影响制品的质量。

2、因积存的冷凝水在盘管外形成一层水膜,阻止蒸汽加热,导致换热效率降低;

若冷凝水积存过多,占据了设备内的越多空间,蒸汽就越是不能进入盘管内进行换热,这样效率几乎为零,完全无法进行生产。


材质

导热系数(W / (m·℃)

空气

0.025

冷凝水

0.4

污垢

0.1-1

0.6

50

400

3、高温冷凝水积存于管道和设备底部,导致设备内表面上产生拉应力,使设备底部出现令人担忧的应力裂缝腐蚀,造成设备的迅速损坏,甚至发生灾难性的后果一设备可能爆裂。

4、因冷凝水的高温腐蚀性,导致设备和管道很容易被腐蚀,使用寿命缩短;

5、冷凝水积存,可能产生水锤,从而导致加热器管道穿孔,排水管道也可能穿孔,寿命大大缩短,同时还会因其严重的振动。

   水锤发生时,高速流动的冷凝水碰撞管道安装件、阀门或设备,压力可能为正常压力的好多倍,使管壁材料承受很大应力;压力的反复变化,会引起管道和设备的振动和巨大噪音,严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏,并伴以几乎爆炸的效果。当压强过高时,将引起管子的破裂,反之,压强过低又会导致管子的瘪塌,还会损坏阀门和固定件。

三、冷凝水积存的能耗分析(水和空气带来的问题:阻碍热传递)

1、冷凝水积存于设备管道内的能耗分析(疏水阀)

1kg的蒸汽完全冷凝后,就会在同样的温度和压力下产生1kg的冷凝水,高效的蒸汽系统将会重新利用这些冷凝水,如果不回收再利用这些冷凝水,即不能节约成本,同时也影响环境,整个系统缺乏技术含量。

饱和蒸汽用于加热后,释放出潜热(蒸发焓),这是蒸汽中所蕴含的绝大部分能量。而剩余在冷凝水中的一部分热量称作显热(水焓)


举例:计算4barg压力时,设备所需的蒸汽量为1000kg/h,也就是说冷凝水排量为1000kg/h,若疏水阀出现堵水,即冷凝水积存,则会损失多少热量?

查下面蒸汽表得知,4 barg的蒸汽对应温度为151.84 总热量为2748.11kJ/kg,其中能被物料吸收的有效潜热为2107.92 kJ/kg,剩余冷凝水含有640.19kJ/kg的热量(显热),若是疏水阀在正常工作,则2107.92 kJ/kg的潜热全部被物料吸收,剩下的冷凝水通过疏水阀及时排放,冷凝水中携带的热量通过回收系统送到锅炉水箱再行循环利用。但是如果疏水阀堵水,冷凝水积存在设备管道内,则物料此时仅仅能吸收这部分冷凝水的热量640.19kJ/kg,热效率仅仅为蒸汽加热的30%! 也就是说如果需要把物料加热到规定的温度,则需要的蒸汽量=1000*2107.92/640.19=3037 kg/h,是正常蒸汽加热的3倍!这样才能满足工艺要求。

总结:因为冷凝水积存,导致额外损失的蒸汽=3037-1000=2037kg/h。因此选择一款设计合理、能够及时连续排放冷凝水的高品质自由浮球疏水阀非常重要,推荐使用way’s维远品牌的自由浮球疏水阀。

绝对压力

温度

比容

密度

比焓

Pressure

Temp

Specific Volume

Density

Specific Enthalpy

MPa

m3·kg-1

kg·m-3

kJ·kg-1

p

t

v’

v”

p,,

hf

hg

hfg

0.1

99.606

0.00104315

1.69402

0.590311

417.44

2674.95

2257.51

0.3

133.53

0.00107318

0.605785

1.65075

561.46

2724.89

2163.44

0.35

138.86

0.00107858

0.524196

1.90768

584.31

2731.97

2147.65

0.4

143.61

0.00108356

0.462392

2.16287

604.72

2738.06

2133.33

0.45

147.91

0.00108820

0.413900

2.41604

623.22

2743.39

2120.16

0.5

151.84

0.00109256

0.374804

2.66806

640.19

2748.11

2107.92

0.6

158.83

0.00110061

0.315575

3.16882

670.50

2756.14

2085.64

0.70

164.95

0.00110797

0.272764

3.66617

697.14

2762.75

2065.61

0.80

170.41

0.00111479

0.240328

4.16099

721.02

2768.30

2047.28

0.90

175.36

0.00112118

0.214874

4.65390

742.72

2773.04

2030.31

1.00

179.89

0.00112723

0.194349

5.14539

762.68

2777.12

2014.44

1.10

184.07

0.00113299

0.177436

5.63584

781.20

2780.67

1999.47

1.20

187.96

0.00113850

0.163250

6.12558

798.50

2783.77

1985.27

2、 冷凝水积存于主蒸汽管中的能耗分析

如果主蒸汽管中夹带有冷凝水,这会随着蒸汽进入到设备加热管内。

如考虑一个汽水换热器蒸汽侧空气膜、冷凝水膜、污垢层为0.2 mm厚,在水侧水膜和污垢层分别为0.05mm和0.1 mm。换热面钢板的厚度为6 mm。 

首先,若蒸汽中含水10%,则热效率就只有90%了,若分离掉这水分,效率就可提高10%。

另外水膜附着在换热表面后,还会阻止蒸汽传热,其热阻计算如下:

热阻R=厚度/导热系数=x/k,所以

空气膜的热阻R1=空气膜厚度/空气的导热系数=0.0002/0.025=0.008

冷凝水膜的热阻R2=冷凝水膜厚度/冷凝水的导热系数=0.0002/0.4=0.0005

蒸汽侧污垢层的热阻R3=蒸汽侧污垢层厚度/污垢的导热系数= 0.0002/0.5=0.0004

钢管的热阻R4=钢管厚度/钢管的导热系数=0.006/50=0.00012

水侧水膜的热阻R5=水侧水膜厚度/水膜的导热系数=0.00005/0.6=0.00008,

水侧污垢层的热阻R6=水侧污垢层厚度/污垢的导热系数=0.0001/0.5=0.0002

计算总传热系数的值U1

U1=1/(R1+R2+R3+R4+R5+R6)=1/(0.008+0.0005+0.0004+0.00012+0.00008+0.0002)=108W/(m2·℃)

2. 排除供给蒸汽中的冷凝水和空气

对于同一个换热器,现在考虑使用汽水分离器将空气和冷凝水排除。

计算 U2=1/(R3+R4+R5+R6)=1/(0.0004+0.00012+0.00008+0.0002)=1250W/(m2·℃)

根据U2 可以看出,在安装了汽水分离器将蒸汽中的空气和冷凝水排除后传导系数比原始的增加了11倍多。反过来若不使用汽水分离器,则效率降低[(1250-108)/1250]*100%=91%

3. 消除蒸汽和水侧的污垢层

现在考虑在蒸汽侧安装过滤器,减少蒸汽侧的污垢层,并降低蒸汽压力减少水侧的结垢,仅仅剩下钢管和水侧水膜。

计算 U3=1/(R4+R5)=1/(0.00012+0.00008)= 5000W/(m2·℃)

通过消除污垢层,传热系数又增加了4倍。


四、解决方法

1、为了避免冷凝水造成危害,达到最佳节能状态,保证换热器高效工作,尤其为了防止设备的损坏和事故发生,在设备运行的任何时刻,都应当立即排出所有的冷凝水,建议使用设计合理、能够及时连续排放冷凝水的高品质自由浮球疏水阀。(如下图)

2、对于蒸汽主管应每隔30~50m设一个疏水点,并配以尺寸合适的集水槽。所有上升管的底部都必须疏水。

3、主管线安装高效的汽水分离器。(如上图)

4、每次停机后必须人工排放冷凝水。

5、正确设计和安装管道和阀门,这是至关重要的,将有助于系统在使用寿命内安全运行,并发挥出最佳的热力性能。


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