冷凝水回水管线布局

关于冷凝水回水管路设计和布局的注意事项，包括疏水阀排放管、疏水阀排放管线、公共回水管线和泵送回水管线。涵盖所用疏水阀类型的影响、不同压力的影响以及将冷凝水排放到满水管线中。

冷凝水回水管线布局

没有一套通用的建议可以涵盖冷凝水管路的布局。这在很大程度上取决于应用压力、蒸汽疏水阀特性、冷凝水回水总管相对于设备的位置以及冷凝水回水总管中的压力。因此，最好从考虑需要实现什么目标开始，设计一个确保基本良好实践得到满足的布局。 主要目标是：

• 不允许冷凝水在设备中积聚，除非蒸汽使用设备专门设计为以此方式运行。通常设备设计为非满水运行，在这种情况下，积聚的冷凝水将抑制性能，并促进管道、配件和设备的腐蚀。
• 不允许冷凝水在蒸汽总管中积聚。在这里它会被高速蒸汽夹带，导致管道中的冲蚀和水锤。 冷凝水管路的主题自然分为四种基本类型，每种类型的需求和考虑因素各不相同。这四种基本类型的定义和说明见图14.2.1。

通往疏水阀的排放管

在排放管中，冷凝水和任何不凝性气体必须从设备的排放口流向蒸汽疏水阀。 在正确尺寸的排放管中，被排放的设备和蒸汽疏水阀阀体几乎处于相同压力，因此冷凝水不会在该管路中闪蒸。重力是驱动力，依靠它来诱导沿管道的流动。因此，将疏水阀安装在被排放设备出口下方，且疏水阀排放管终止在疏水阀下方是合理的。（储罐加热盘管是例外情况，详见模块2.10）。 所用蒸汽疏水阀的类型（恒温型、热动力型或机械型）会影响管路布局。 恒温型蒸汽疏水阀 恒温疏水阀会在排放前将冷凝水冷却到饱和温度以下。这有效地使排放管满水，通常导致冷凝水回流并淹没设备。 在某些应用中，冷凝水过冷具有显著优势并被鼓励。疏水阀排放管中产生的闪蒸蒸汽较少，冷凝水进入冷凝水总管的过程更平缓。 恒温疏水阀通过开放式管道排放时，比机械式疏水阀浪费更少的能量，因为满水冷凝水中的更多显热将其热量传递给工艺过程；蒸汽伴热管线就是一个典型例子。 恒温疏水阀不应用于排放蒸汽总管或换热器，除非充分考虑使用更长和/或更大的排放管作为储热器并向大气散热。做到这一点所需的额外长度（或更大直径）的排放管通常是不切实际的，如示例14.2.1所示。 示例14.2.1 一台30 kW空气加热器将安装DN15恒温蒸汽疏水阀，在低于饱和温度13°C时排放冷凝水。正常工作压力为3 bar g，环境温度为15°C，排放管向环境的热损失估计为20 W/m²°C。 确定通往恒温疏水阀的最小所需15 mm排放管长度。 从蒸汽表中查得，3 bar g下：

由于疏水阀在131°C排放，排放管必须散发足够的热量，使加热器出口处的冷凝水处于饱和温度，且冷凝水不会回流到加热器中。排放管所需热损失可由公式2.6.5计算。

该热损失将从排放管沿线冷凝水平均温度实现。排放管中冷凝水平均温度。

提供所需热损失的排放管表面积可使用公式2.5.3计算。

注：如果ΔT是平均温差（ΔTLM或ΔTAM），则为平均传热速率（Q̇M）

公式2.5.3中的ΔT是冷凝水平均温度与环境温度之差 = 137.5°C - 15°C = 122.5°C Q = 0.768 kW U = 20 W/m²°C 由公式2.5.3 0.768 x 10³瓦 = 20瓦/m²°C x A x 122.5°C 因此，A = 0.313 m² 提供该表面积所需管道长度可使用表2.10.3中的信息计算。

这段管道长度（4.7 m）在现场可能不切实际。剩下两种选择。一种是增大排放管直径，这通常仍然不切实际；另一种更简单，就是为这种类型的应用安装正确的疏水阀；浮球恒温疏水阀在蒸汽温度下排放冷凝水，因此不需要冷却段。 如果认为恒温疏水阀必不可少，且安装在距加热器出口不超过2米处，则需要计算排放管的所需直径。管道所需的热损失保持不变，管道的总表面积也保持不变，但每米长度的表面积必须增加。

每米长度所需表面积 = 0.157 m²/m

从表2.10.3中可以看出，提供此每米面积的最小管道尺寸是50 mm管，这可能又被认为不切实际且制造成本高。 由此得出的教训是，为工作选择正确的疏水阀通常比使用错误类型的疏水阀并在其周围构建解决方案更容易、更便宜。 热动力型蒸汽疏水阀 间歇排放的疏水阀，如热动力疏水阀，会在排放间歇期积聚冷凝水。然而，它们极其坚固，能够承受冰冻环境温度，且外表面面积相对较小，这意味着向环境的热损失最小。它们不适合将冷凝水排放到满水回水管线中，本单元后面将对此进行说明。 机械型蒸汽疏水阀 具有连续排放特性的机械蒸汽疏水阀，例如浮球恒温疏水阀，通常被证明是最佳选择，并且具有能够排放空气的额外优势。 大多数浮球疏水阀有两种基本流动配置：水平流或垂直流通过疏水阀。一些倒吊桶疏水阀具有下进上出的连接方式。显然，疏水阀连接方式会影响连接管路的走向。 排放管应保持最短长度，理想情况下不超过2米。从设备到蒸汽疏水阀的长排放管可能充满蒸汽并阻止冷凝水到达疏水阀。这种效应称为蒸汽锁。为最大限度地降低此风险，排放管应保持较短（见图14.2.2）。在无法避免长排放管的情况下，可以使用带蒸汽锁释放装置的浮球疏水阀来克服蒸汽锁问题。如果可能，蒸汽锁问题应通过在第一时间安装正确长度的管道来解决。

蒸汽使用设备和蒸汽总管排水的详细布置是不同的，如下文所述。 对于蒸汽使用设备，从冷凝水连接口出来的管道应垂直下降约10个管道直径到达蒸汽疏水阀。假设安装了正确尺寸的浮球疏水阀，这将确保冷凝水浪涌不会在设备底部积聚，避免由此带来的腐蚀和水锤风险。它还将提供少量静压头，以在启动期间蒸汽压力可能非常低时帮助排出冷凝水。然后管道应水平运行，沿流向有坡度以确保冷凝水自由流动（见图14.2.3）。

对于蒸汽总管排水，如果按照模块10.3的建议安装了排放袋，则排放袋和蒸汽疏水阀之间的排放管可以是水平的。如果排放袋深度未达到建议值，则蒸汽疏水阀应安装在其下方等效距离处（见图14.2.4）。

疏水阀排放管线

这些管道将冷凝水、不凝性气体和闪蒸蒸汽从疏水阀输送到冷凝水回收系统（图14.2.5）。当冷凝水从蒸汽疏水阀前的高压空间排放到冷凝水回收系统的较低压力空间时，会形成闪蒸蒸汽。（闪蒸蒸汽在模块14.1中简要讨论，在模块2.2中有更详细的讨论）。 这些管线也应沿流向有坡度，以保持冷凝水的自由流动。在较短的管线上，坡度应目测可见。在较长的管线上，坡度应约为1:70，即每7米下降100 mm。

排放到满水回水管线

不建议将疏水阀排放到满水回水管线中，尤其是使用爆破式动作疏水阀（热动力型或倒吊桶型）时，它们在饱和温度下排放冷凝水。 满水冷凝水总管的典型例子是泵送回水管线和上升冷凝水管线。它们通常与蒸汽管线走同一路径，人们很容易直接将总管排水蒸汽疏水阀的排放管连接到这些管线上。然而，释放到长满水管线中的大量闪蒸蒸汽将猛烈推动管道中的水，导致水锤、噪声，最终导致管道的机械故障。

公共回水管线

当来自多个疏水阀的冷凝水流向同一收集点（如通气集水罐）时，通常使用一条公共管线，各疏水阀排放管连接到该公共管线上。 只要遵守图14.2.6/7/8和10所示的布置，并且管道按照模块14.3的说明进行适当选型，这就不是问题。

爆破式排放疏水阀

如果使用爆破式排放疏水阀（热动力型或倒吊桶型），反作用力和流速可能很高。弯头三通将有助于减少排放管连接到公共回水管处的机械应力和冲蚀（见图14.2.6）。

连续排放疏水阀

如果由于某种原因无法使用弯头三通，具有连续排放动作的浮球恒温疏水阀是更好的选择（图14.2.7）。满水管线将更容易吸收来自浮球恒温疏水阀（相对较小的）连续流的消散能量。 如果蒸汽和冷凝水总管之间的压力差非常高，扩散器将有助于缓冲排放，减少冲蚀和噪声。

另一种选择是使用恒温疏水阀，它会保留冷凝水直到其冷却到蒸汽饱和温度以下；这减少了形成的闪蒸蒸汽量（图14.2.8）。 为避免蒸汽总管满水，在总管上使用较大的收集袋以及到疏水阀2至3米不保温管道的冷却段是必不可少的。冷却段在冷凝水冷却到排放温度期间储存冷凝水。 如果有任何蒸汽总管满水的危险，不应使用恒温疏水阀。

带有蒸汽疏水阀排放到满水管线的温控设备

使用温度控制的过程提供了一个示例，其中供蒸汽压力通过控制阀节流。其效果是降低蒸汽疏水阀的排水能力，直至冷凝水流完全停止，系统称为失速。失速的主题在第13单元中有更深入的讨论。 失速是由于蒸汽压力不足以排净蒸汽设备中的冷凝水而发生的，当设备从满负荷到部分负荷的调节比很高时更容易发生。 并非所有温控系统都会失速，但冷凝水系统产生的背压可能对疏水阀的性能产生不利影响。这反过来可能损害工艺的传热能力（图14.2.9）。 因此，冷凝水排放管的配置应使冷凝水不能淹没其排放到的总管，如图14.2.10所示。

不同压力的排放管线

来自多个温控工艺的冷凝水可以汇入公共管线，只要该管线：

• 设计为沿流向有坡度，通向收集点。
• 尺寸能够应对满负荷时各支管闪蒸蒸汽的累积效应。 连接不同压力疏水阀排放的概念有时会被误解。 如果支管和公共管线尺寸正确，各疏水阀下游的压力将几乎相同。然而，如果这些管线尺寸不足，冷凝水和闪蒸蒸汽的流动将受到限制，这是由于管道内流动阻力增加导致背压积聚所致。来自排放较低压力系统的疏水阀的冷凝水往往受到更大限制。 排放管路系统的每个部分都应按能够以可接受的蒸汽速度输送存在的闪蒸蒸汽来确定尺寸。如果排放管线和公共管线尺寸正确且沿流向有坡度，高压疏水阀的排放不会干扰低压疏水阀的排放。模块14.3”冷凝水回水管线选型”提供进一步的详细信息。

泵送回水管线

闪蒸蒸汽可以在某个点从冷凝水中分离出来并在回收系统中使用，或从合适的集水罐直接排放到大气中（图14.2.11）。后者的残余高温冷凝水可以泵送到合适的收集罐，如锅炉给水箱。当泵由通气集水罐供给时，泵送回水管线将完全充满低于100°C的冷凝水，这意味着管线中不太可能出现闪蒸蒸汽。

泵送回水管线中的流动是间歇性的，因为泵根据需要启停。泵的排放速率将高于冷凝水进入泵的速率。因此，泵排放管的尺寸由泵的排放速率决定，而不是冷凝水进入泵的速率。 冷凝水的泵送在模块14.4”从通气集水罐泵送冷凝水”中有更详细的讨论。