冷凝水回水管线选型

蒸汽疏水阀前后冷凝水管线的选型指南，包括使用冷凝水管线选型图的示例和计算。

冷凝水回水管线选型

模块14.2中提到的四种主要冷凝水管线类型如表14.3.1所示：

表14.3.1 四种基本冷凝水管线类型

所有冷凝水管线的选型取决于：

• 压力——管道一端与另一端之间的压差。此压差可能促进流动，也可能导致部分冷凝水闪蒸为蒸汽。
• 数量——需要处理的冷凝水量。
• 条件——冷凝水主要是液体还是闪蒸蒸汽？ 除了将在模块14.4中讨论的泵送回水管线外，其他三种主要冷凝水管线类型及其选型将在本模块中介绍。

通往疏水阀的排放管选型

不应假设排放管（和疏水阀）应与设备出口连接尺寸相同。设备可能在多种不同的运行压力和流量下运行，特别是当它受到温度控制时。然而，一旦疏水阀正确选型，通常排放管将与疏水阀入口连接尺寸相同（见图14.3.1）。

关于排放管内部条件，由于设备和疏水阀之间没有显著的压力降，管道中不存在闪蒸蒸汽，其尺寸仅需按携带冷凝水确定。

在确定排放管尺寸时，需要考虑以下因素：

• 满负荷时被排放设备的冷凝率。
• 启动时被设备的冷凝率。 在设备启动时，冷凝率可高达运行负荷的三倍——此时蒸汽与较冷产品之间的温差最大。 排放管、疏水阀和排放管线还必须输送在此期间被进入蒸汽置换的空气。 蒸汽疏水阀的选型程序必须考虑这两个变量，但一般而言：
• 对于蒸汽总管排水，每个排放疏水阀的冷凝负荷通常基于50 m间隔的排放点和良好的保温条件下，为总管蒸汽容量的1%。 对于大多数排放点，按工作压力（减去任何背压）下运行负荷的两倍选型疏水阀，将使其能够应对启动负荷。
• 对于恒定蒸汽压力的工艺，如压机、熨烫机、单元加热器、辐射板和沸腾锅，按工作压力（减去任何背压）下运行负荷的约两倍选型疏水阀，将提供足够的能力来应对启动负荷。
• 对于温控应用，需要详细考虑蒸汽压力、设备调节比、设定温度和蒸汽疏水阀位置，并且疏水阀需要按满负荷和最小负荷两种工况选型。如果这些条件未知，建议按运行压差下运行负荷的3倍选型蒸汽疏水阀。这应能满足启动条件并在最小负荷下提供适当的排水。 当疏水阀以这种方式选型时，它也能应对启动负荷。因此，如果通往疏水阀的排放管按疏水阀尺寸选型，它永远不会尺寸不足。 从实用角度来看，当排放管小于10 m时，可以与为应用选择的蒸汽疏水阀使用相同的管道尺寸。小于10 m长的排放管也可以对照附录14.3.1进行检查，应选择在最大流量下每米长度压力损失不超过200 Pa且流速不大于1.5 m/s的管道尺寸。表14.3.2是附录14.3.1的摘录。 在较长的排放管（超过10 m）上，最大流量下的压力损失不应超过100 Pa/m，流速不大于1 m/s。

表14.3.2 厚壁钢管中的水流量

示例14.3.1 一台设备在恒定压力下使用蒸汽，满负荷时每小时冷凝470 kg蒸汽。设备与蒸汽疏水阀之间的管道等效长度为2 m。 确定要使用的管道尺寸。 考虑启动的修订负荷 = 470 kg/h x 2 = 940 kg/h。 由于管道长度小于10米，最大允许压力降为200 Pa/m。 使用表14.3.1，从200 Pa/m处横向查看，可以看出25 mm管道的容量为1 141 kg/h，因此适合预期的940 kg/h启动负荷。 进一步查看25 mm列，可以看出940 kg/h的流量在25 mm管道中实际产生的压力降略低于140 Pa/m。

疏水阀排放管线选型

疏水阀下游的管道段将同时携带处于相同压力和温度下的冷凝水和闪蒸蒸汽。这被称为两相流，液体和蒸汽的混合物将具有与两者存在比例相关的蒸汽和水的特性。考虑以下示例。 示例14.3.2 一台设备在4 bar g恒定压力下使用蒸汽。安装了机械蒸汽疏水阀，饱和温度的冷凝水排放到0.5 bar g的冷凝水总管中。 确定冷凝水总管中水和蒸汽的质量比和体积比。 第1部分 - 确定质量比 从蒸汽表中：

显然，如果7.9%闪蒸为蒸汽，剩余100 – 7.9 = 92.1%的初始质量流量将保持为水。 第2部分 - 确定体积比 基于在4 bar g饱和温度下排放的1 kg冷凝水初始质量，闪蒸蒸汽的质量为0.079 kg，冷凝水的质量为0.921 kg（由第1部分确定）。 水： 0.5 bar g下饱和水的密度为950 kg/m³，

由此可知，疏水阀排放管中的两相流体与蒸汽的共性远大于与水的共性，因此按合理的蒸汽速度选型比使用相对较小的冷凝水体积作为计算基础更为合理。如果管线尺寸不足，闪蒸蒸汽的速度和背压将增加，这可能导致水锤、降低疏水阀能力并淹没工艺设备。 蒸汽管线的选型注重最大速度。干饱和蒸汽的流速不应超过40 m/s。湿蒸汽应以较低的速度（15至20 m/s）流动，因为它携带的水分会对配件和阀门产生冲蚀和损坏。 疏水阀排放管可视为携带非常湿蒸汽的蒸汽管线，应按类似的低速度选型。 疏水阀的冷凝水排放管线由于两相流特性，比蒸汽管线更难选型。在实践中，不可能（也通常不必要）确定管道内流体的精确状态。 虽然产生的闪蒸蒸汽量（见图14.3.2）与疏水阀两端的压差有关，但其他因素也会产生影响。

影响管道内两相流的因素包括：

• 如果疏水阀上游侧的冷凝水低于饱和温度（例如：使用了恒温蒸汽疏水阀），则疏水阀后产生的闪蒸蒸汽量减少。这可以减小所需管线的尺寸。
• 如果管线从疏水阀向下倾斜至末端，坡度将影响冷凝水的流动，但影响程度如何，又如何量化？
• 在较长的管线上，管线的辐射损失可能冷凝部分闪蒸蒸汽，减少其体积和速度，可能存在减小管线尺寸的理由。但应在何时减小以及减小多少？
• 如果排放管上升到高架回水管线，在某些时候上升管可能充满冷凝水，而在另一些时候来自疏水阀的闪蒸蒸汽可能蒸发部分或全部冷凝水。上升排放管应按闪蒸蒸汽速度还是冷凝水量选型？
• 大多数工艺在运行周期的大部分时间都在满负荷以下运行，这在大部分时间减少了闪蒸蒸汽。因此问题出现：如果设备永久在较低的运行负荷下运行，是否有需要按满负荷条件选型？
• 对于温控设备，疏水阀两端的压差本身会根据热负荷变化。这将影响管线中产生的闪蒸蒸汽量。 关于疏水阀排放管线的建议 由于变量众多，管线尺寸的精确计算将是复杂且可能不准确的。经验表明，如果疏水阀排放管线按15至20 m/s的闪蒸蒸汽速度选型，并遵守某些建议，将很少出现问题。 建议：

1. 正确选型的疏水阀排放管线沿流向有坡度，末端敞开或在集水罐处通气，将保持非满水状态并允许闪蒸蒸汽在冷凝水上方不受阻碍地通过（图14.3.3）。建议最小坡度为1:70（每10米下降150 mm）。简单的目视检查通常可以确认管线是否有坡度——如果看不到坡度，说明坡度不够！

2. 如果不可避免，非泵送的上升管线（图14.3.4）应尽可能短，并安装止回阀以防止冷凝水回落到疏水阀。上升管应排放到高架回水管线的顶部。这可以防止疏水阀排放后冷凝水从回水总管回流到上升管中，有助于闪蒸蒸汽轻松通过上升管。

考虑使用稍大的上升管是明智的，这将产生较低的闪蒸蒸汽速度。

这将减少由于蒸汽试图强行通过上升管中的液态冷凝水而引起的水锤和噪声风险。 重要提示：上升管线仅应在工艺蒸汽压力保证高于疏水阀出口处冷凝水背压的情况下使用。否则，除非使用泵送疏水阀或泵-疏水阀组合来提供克服背压的适当排水，否则工艺设备将满水。 3. 公共回水管线也应向下倾斜且保持非满水状态（图14.3.4）。为避免长回水管线中出现闪蒸蒸汽，疏水阀排放管的高温冷凝水应排放到通气集水罐（或适当的闪蒸罐），然后可以从那里通过较低温度的满水管线泵送到最终目的地。 冷凝水的泵送在模块14.4中有更详细的讨论。

冷凝水管线选型图

冷凝水管线选型图（图14.3.5）可用于任何类型的冷凝水管线选型，包括：

• 不含闪蒸蒸汽的排放管。
• 两相流管线，如根据疏水阀两侧压力选择的疏水阀排放管线。 该图表（图14.3.5）：
• 根据管道尺寸和形成的闪蒸蒸汽比例，以15-20 m/s的可接受闪蒸蒸汽速度为基础工作。
• 可用于低于蒸汽饱和温度的冷凝水温度，例如使用恒温蒸汽疏水阀时的情况。
• 用于按满负荷条件对疏水阀排放管进行选型。不需要考虑启动负荷或不凝性气体排放的任何超大系数。
• 也可用于估算低于100°C冷凝水的泵送管线尺寸。这将在模块14.4中讨论。

使用冷凝水管线选型图（也可在附录14.3.2中获取） 确定蒸汽和冷凝水压力相交的点（图表下部，图14.3.5）。从该点垂直向上移动到上部图表以达到所需的冷凝水流量。如果排放管是下降的（非满水），且选型在两条线之间或在某条线上，选择较小的管径。如果排放管是上升的，因而可能是满水的，选择较大的管径。 注：蒸汽疏水阀选型所采用的推理与排放管线所使用的不同，疏水阀排放管与其所服务的疏水阀采用不同尺寸是完全正常的。然而，当疏水阀正确选型时，与蒸汽疏水阀站相关的通常辅助设备，如隔离阀、过滤器、疏水阀检测腔和止回阀，可以与所选的排放装置尺寸相同，无论排放管尺寸如何。

示例14.3.3 图表上的示例1（图14.3.6）

一个蒸汽疏水阀在6 bar g饱和蒸汽压力下满负荷排放1000 kg/h冷凝水，通过下降排放管排放到1.7 bar g的闪蒸罐。 由于排放管是非满水的，从图表（图14.3.5）中选择较小的数值25 mm。

示例14.3.4 图表上的示例2（图14.3.7）

一个蒸汽疏水阀在18 bar g饱和蒸汽压力下满负荷排放1 000 kg/h冷凝水，通过上升5米的排放管排放到3.5 bar g的加压冷凝水回水管线。 将0.5 bar静压（5米水头）加到3.5 bar冷凝水压力上，得到4 bar g背压。 由于排放管是上升的且因此是满水的，从图表（图14.3.5）中选择较大的数值32 mm。

示例14.3.5 图表上的示例3（图14.3.8）

一个蒸汽疏水阀在2 bar g饱和蒸汽压力下满负荷排放200 kg/h冷凝水，通过有坡度的下降排放管排放到大气压（0 bar g）的通气冷凝水集水罐。 由于管线是非满水的，从图表（图14.3.5）中选择较小的数值20 mm。

示例14.3.6 图表上的示例4（图14.3.9）

一个泵送疏水阀在4 bar g饱和蒸汽空间压力下满负荷排放200 kg/h冷凝水，通过上升5米的排放管排放到大气压的非满水冷凝水回水管线。 5米静压贡献了0.5 bar g的总背压。 由于疏水阀排放管是上升的，从图表（图14.3.5）中选择较大的数值25 mm。

示例14.3.7 图表上的示例5（图14.3.10）

考虑200 kg/h的冷凝水负荷到集水罐和泵。在这种情况下，冷凝水管线基于泵的最大能力以实现所需的排放扬程。泵能力的计算在模块14.4”从通气集水罐泵送冷凝水”中介绍，但在本示例中，假设最大冷凝水负荷为1 200 kg/h。 由于冷凝水将通过集水罐排气口向大气损失其闪蒸蒸汽含量，泵将只泵送液态冷凝水。在此情况下，只需使用图14.3.5中的上部图表。由于从泵出来的管线是上升的，选择较大的数值25 mm。 注：如果泵送管线超过100 m，必须取下一个较大的尺寸，对于本示例即32 mm。对于100 m或更短管线的一个有用提示是选择与泵尺寸相同的排放管。更多详情请参考模块14.4”从通气集水罐泵送冷凝水”。

公共回水管线 - 下降管线

有时需要将来自不同工艺的多条疏水阀排放管连接到公共回水管线。如果满足以下考虑因素，将不会出现问题：

• 公共管线是非满水的，沿流向有坡度到末端敞开或通气集水罐，如果条件允许则到闪蒸罐。
• 公共管线按支管累积尺寸选型，支管尺寸从图14.3.5确定。 示例14.3.8 图14.3.11显示三台换热器，各自独立控制且同时运行。所示冷凝水负荷为蒸汽空间压力3 bar g时的满负荷。 公共管线向下倾斜到同一机房内1.5 bar g的闪蒸罐。闪蒸罐中的冷凝水通过浮球疏水阀下降到通气集水罐，然后直接泵送到锅炉房。 疏水阀排放管按满负荷、蒸汽压力3 bar g和冷凝水压力1.5 bar g选型，由于每条管线都是非满水的，从图表中选择较小的管径。 确定下降排放管和公共管线的冷凝水管线尺寸。

公共回水管线 - 上升管线

有时冷凝水排放管和公共管线在疏水阀与最终末端之间的某处上升是不可避免的。在这种情况下，每条排放管按在图表上上升一个尺寸选型，如本模块前面所讨论的。 示例14.3.9 图14.3.12显示与示例14.3.8相同的三台换热器。 然而在此情况下，公共管线上升15 m并在高架非满水冷凝水回水总管处终止，产生与示例14.3.8相同的1.5 bar背压。每条排放管按上升管线选型。 确定排放管和公共管线的冷凝水管线尺寸。

示例14.3.10 - 下降公共管线

计算图14.3.12所示应用的公共管线尺寸，该管线下降到最终末端点：

示例14.3.11 - 上升公共管线

计算图14.3.14所示应用的公共管线尺寸，该管线上升到最终末端点： 注意蒸汽负荷与示例14.3.10相同，但由于上升公共管线，排放管大一个尺寸。

示例14.3.10和14.3.11所示的程序可以使用附录14.3.3简化。

例如，当管道A和B（20 mm和50 mm）连接时，所示的最小所需管道直径为54 mm。显然，用户应安装下一个可用的较大商用管道尺寸，除非计算的内径接近公称内径管道。

附录14.3.1 厚壁钢管中的水流量

附录14.3.3 公共管线选型表 D1 = 连接支管尺寸（公称内径）D2 = 公共管线尺寸