蒸汽与冷凝水回路

蒸汽是如何产生、输送、控制和使用的？冷凝水是如何回收的？蒸汽系统的基本概述。

本章节《蒸汽与冷凝水回路》旨在提供蒸汽设备的简要、非技术性概述。它全面解释了蒸汽设备各部分之间的相互关系——对于不熟悉该主题的读者来说，在进入下一模块或进行蒸汽理论和蒸汽设备的深入学习之前，这是一份有价值的阅读材料。

锅炉房

锅炉锅炉是蒸汽系统的核心。典型的现代组装式锅炉由燃烧器驱动，燃烧器将热量传递到锅炉管中。来自燃烧器的热气体在一系列管道中来回通过最多3次，以通过管表面向周围的锅炉水实现最大的热量传递。一旦水达到饱和温度（在该压力下水沸腾的温度），就会产生蒸汽气泡，气泡上升到水面并破裂。蒸汽被释放到上方的空间中，准备进入蒸汽系统。截止阀或主蒸汽阀将锅炉及其蒸汽压力与工艺过程或设备隔离。如果蒸汽被加压，它将占用更少的空间。蒸汽锅炉通常在压力下运行，以便用较小的锅炉产生更多的蒸汽，并使用小口径管道将蒸汽输送到使用点。需要时，在使用点降低蒸汽压力。只要锅炉中产生的蒸汽量与离开锅炉的蒸汽量一样多，锅炉就会保持加压状态。燃烧器将运行以维持正确的压力。这也维持了正确的蒸汽温度，因为饱和蒸汽的压力和温度是直接相关的。锅炉有许多配件和控制系统，以确保其安全、经济、高效地运行，并保持稳定的压力。给水供给锅炉的水的质量非常重要。水必须处于正确的温度，通常约为80°C，以避免对锅炉造成热冲击，并保持其高效运行。水的质量也必须正确，以避免损坏锅炉。普通的未经处理的饮用水并不完全适合锅炉使用，可能会迅速导致锅炉起泡和结垢。锅炉的效率会降低，蒸汽会变得不清洁和潮湿。锅炉的使用寿命也会缩短。因此，必须用化学品对水进行处理，以减少其中所含的杂质。给水处理和加热都在给水箱中进行，给水箱通常位于锅炉上方的高处。给水泵将在需要时向锅炉添加水。加热给水箱中的水还可以减少其中溶解的氧含量。这一点很重要，因为含氧水具有腐蚀性。排污锅炉给水的化学加药会导致锅炉中出现悬浮固体。这些固体不可避免地会以污泥的形式积聚在锅炉底部，并通过底部排污工艺去除。这可以手动完成——锅炉操作员将使用钥匙打开排污阀一段设定的时间，通常每天两次。其他杂质在处理后以溶解固体的形式留在锅炉水中。随着锅炉产生蒸汽，其浓度会增加，因此锅炉需要定期排放部分内容物以降低浓度。这称为总溶解固体控制（TDS控制）。此过程可以通过自动系统执行，该系统使用锅炉内的探头或包含锅炉水样本的小型传感器室来测量锅炉中的TDS水平。一旦TDS水平达到设定值，控制器就会发出信号，使排污阀打开一段设定的时间。损失的水由TDS浓度较低的给水补充，从而降低整体锅炉TDS。 液位控制 如果锅炉内的水位没有得到仔细控制，后果可能是灾难性的。如果水位降得太低且锅炉管暴露，锅炉管可能会过热并失效，导致爆炸。如果水位过高，水可能进入蒸汽系统并扰乱工艺过程。因此，使用自动液位控制。为了遵守法规，液位控制系统还包含报警功能，在水位出现问题时会关闭锅炉并发出警报。液位控制的常用方法是使用探头来感应锅炉中的水位。在某一水位，控制器将向给水泵发送信号，给水泵将运行以恢复水位，并在达到预定水位时关闭。探头将包含泵的开启和关闭水位，以及低液位或高液位报警的触发水位。替代系统使用浮球。

蒸汽向设备的流动

当蒸汽冷凝时，其体积会急剧减小，导致局部压力降低。系统中的这种压降产生了蒸汽在管道中的流动。锅炉中产生的蒸汽必须通过管道输送到需要其热能的地方。最初会有一根或多根主管道或蒸汽总管，将蒸汽从锅炉输送到蒸汽使用设备的大致方向。较小的支管然后将蒸汽分配到各个设备。高压蒸汽比大气压下的蒸汽占据更小的体积。压力越高，输送给定质量蒸汽所需的管道口径越小。 蒸汽质量 确保离开锅炉的蒸汽以正确的状态输送到工艺过程中非常重要。为此，输送蒸汽的管道通常包含过滤器、汽水分离器和蒸汽疏水阀。过滤器是管道中的一种筛网形式。它包含一个蒸汽必须通过的滤网。任何经过的碎屑都会被滤网截留。应定期清洁过滤器以避免堵塞。应从蒸汽流中清除碎屑，因为它可能对设备造成严重损坏，还可能污染最终产品。蒸汽应尽可能干燥，以确保其有效携带热量。汽水分离器是管道中的一个壳体，包含一系列板片或挡板，它们中断蒸汽的路径。蒸汽撞击板片，蒸汽中的任何水滴都会在板片上聚集，然后从汽水分离器底部排出。蒸汽从锅炉进入蒸汽总管。最初管道是冷的，热量从蒸汽传递到管道。管道周围的空气也比蒸汽冷，因此管道将开始向空气散热。在管道周围安装保温层将大大减少这种热量损失。当蒸汽从分配系统进入蒸汽使用设备时，蒸汽将再次释放能量：a) 加热设备和b) 继续向工艺过程传递热量。当蒸汽失去热量时，它会变回水。不可避免地，蒸汽一离开锅炉就开始发生这种情况。形成的水称为冷凝水，它倾向于流向管道底部并随蒸汽流一起输送。必须从分配管道的最低点将其清除，原因如下：

冷凝水不能有效传递热量。设备内部的冷凝水膜会降低热传递效率。
当空气溶解在冷凝水中时，它会变得具有腐蚀性。
积聚的冷凝水会导致噪声和破坏性水锤。
排水不充分会导致接头泄漏。一种称为蒸汽疏水阀的装置用于从管道中释放冷凝水，同时防止蒸汽从系统中逸出。它可以通过以下几种方式实现：
浮球式疏水阀利用蒸汽和冷凝水之间的密度差来操作阀门。当冷凝水进入疏水阀时，浮球升起，浮球杠杆机构打开主阀以排放冷凝水。当冷凝水流减少时，浮球下降并关闭主阀，从而防止蒸汽逸出
热动力式疏水阀包含一个圆盘，该圆盘对冷凝水打开，对蒸汽关闭。
在双金属恒温式疏水阀中，双金属元件利用蒸汽和冷凝水之间的温度差来操作主阀。
在平衡压力恒温式疏水阀中，一个对热量敏感的小型充液胶囊操作阀门。一旦蒸汽在工艺过程中使用完毕，产生的冷凝水需要从设备中排出并返回锅炉房。此过程将在本章节后面讨论。减压如前所述，蒸汽通常在高压下产生，在使用点可能需要降低压力，原因可能是设备的压力限制或工艺过程的温度限制。这通过减压阀实现。

使用点的蒸汽

蒸汽使用设备种类繁多。下面描述了一些例子：

夹层锅——食品和其他行业中用于煮沸物质的大型钢锅或铜锅——从虾到果酱。这些大锅被充满蒸汽的夹套包围，用于加热内容物。
高压灭菌器——用于灭菌目的的充满蒸汽的腔室，例如医疗器械，或用于在高温和高压下进行化学反应，例如橡胶硫化。
加热器盘管组——用于空间供暖，蒸汽被供应到加热器盘管组中的盘管。待加热的空气通过盘管。
工艺罐加热——液体罐中的充满蒸汽的盘管用于将内容物加热到所需温度。
硫化机——充满蒸汽的大型容器，用于硫化橡胶。
瓦楞机——用于纸板生产瓦楞工艺的一系列蒸汽加热辊。
热交换器——用于加热家庭/工业用液体。 工艺控制 任何蒸汽使用设备都需要某种方法来控制蒸汽的流量。在启动时通常需要逐渐增加的流量来缓慢加热设备，一旦工艺过程达到所需温度，流量必须减少。控制阀用于控制蒸汽的流量。执行器（见图1.3.6）是施加力来打开或关闭阀门的装置。传感器监测工艺过程中的状况，并将信息传输给控制器。控制器将工艺状况与设定值进行比较，并向执行器发送校正信号，执行器调整阀门设定。

存在多种控制类型：

气动执行阀——压缩空气施加到执行器中的膜片上以打开或关闭阀门。
电动执行阀——电动机驱动阀门。
自力式——没有单独的控制器——传感器具有充液元件，该元件会随着工艺温度的变化而膨胀和收缩。此动作施加力来打开或关闭阀门。

从设备中排出冷凝水

通常，形成的冷凝水会通过蒸汽疏水阀轻松地从设备中排出。冷凝水进入冷凝水排放系统。如果被污染，可能会被排放到排水沟。如果没有，其包含的宝贵热能可以通过将其返回锅炉给水箱来保留。这也节省了水和水处理成本。有时蒸汽使用设备内部可能会形成真空。这阻碍了冷凝水的排出，但蒸汽空间的正确排水可保持设备的有效性。冷凝水随后可能需要被泵出。机械（蒸汽驱动）泵用于此目的。这些泵或电动泵用于将冷凝水提升回锅炉给水箱。

机械泵（见图1.3.7）显示正在排出设备中的冷凝水。可以看出，蒸汽和冷凝水系统代表一个连续的回路。

一旦冷凝水到达给水箱，它就可以供锅炉回收利用。 能源监测 **在当今注重能源的环境中，客户通常会监测其设备的能源消耗。蒸汽流量计用于监测蒸汽消耗量，并用于将成本分配给各个部门或设备。