蒸汽分配系统简介

高效的蒸汽分配系统对于在正确数量下向蒸汽使用设备供应正确质量和压力的蒸汽至关重要。本教程介绍了一个典型的回路。

蒸汽分配系统简介

蒸汽分配系统是蒸汽发生器与蒸汽用户之间的重要纽带。 本模块将介绍将蒸汽从中心源输送到使用点的方法。中心源可以是锅炉房或热电联产装置的排放口。锅炉可以燃烧一次燃料，也可以是利用高温工艺、发动机甚至焚烧炉废气的余热锅炉。无论来源如何，高效的蒸汽分配系统对于在正确数量下向蒸汽使用设备供应正确质量和压力的蒸汽至关重要。蒸汽系统的安装和维护是重要问题，必须在设计阶段予以考虑。

蒸汽系统基础

首先，需要了解基本的蒸汽回路，或称”蒸汽和冷凝水循环”——见图10.1.1。当蒸汽在工艺过程中冷凝时，会在供汽管中产生流动。 冷凝水的体积与蒸汽相比非常小，这会造成压降，从而推动蒸汽通过管道。

锅炉中产生的蒸汽必须通过管路输送到需要其热能的地方。最初会有一根或多根主管，或称”蒸汽干管”，将蒸汽从锅炉沿蒸汽使用设备的大致方向输送。较小的支管随后将蒸汽输送到各个设备。

当锅炉主管隔离阀（通常称为”冠阀”）打开时，蒸汽立即从锅炉进入蒸汽干管并沿管路流向较低压力的点。

管路最初比蒸汽温度低，因此热量从蒸汽传递到管道。

管道周围的空气也比蒸汽温度低，因此管路开始向空气传递热量。

蒸汽接触到较冷的管道后会立即开始冷凝。在系统启动时，冷凝速率达到最大值，因为此时蒸汽与管路之间的温差最大。这种冷凝速率通常称为”启动负荷”。管路预热后，蒸汽与管路之间的温差很小，但由于管路仍继续向周围空气传递热量，仍会产生一定的冷凝。这种冷凝速率通常称为”运行负荷”。

产生的冷凝水（冷凝水）落到管道底部，由蒸汽流携带并在重力辅助下流动，这得益于蒸汽干管应安排为沿蒸汽流动方向倾斜的坡度。冷凝水随后需要从蒸汽干管中各个战略排水点排出。

当蒸汽管道上服务于蒸汽使用设备的阀门打开时，从分配系统流出的蒸汽进入设备并再次接触到较冷的表面。蒸汽随后将其能量传递给设备和产品以使其升温（启动负荷），达到温度后继续向工艺传递热量（运行负荷）。

现在锅炉提供连续的蒸汽供应以满足连接负荷，为维持这一供应，必须产生更多的蒸汽。为此，向锅炉供应更多的水（和加热水的燃料）以补偿之前蒸发为蒸汽的水量。

在蒸汽分配管路和工艺设备中形成的冷凝水是可用的热水锅炉给水的便捷来源。虽然将冷凝水从蒸汽空间中移除很重要，但它是一种有价值的物质，不应被浪费。将所有冷凝水送回锅炉给水箱可关闭基本蒸汽回路，只要可行就应实行。冷凝水返回锅炉的内容将在第13章”冷凝水排放”和第14章”冷凝水管理”中进一步讨论。

工作压力

蒸汽的分配压力受多种因素影响，但受限于：

• 锅炉的最大安全工作压力。
• 设备所需的最低压力。 当蒸汽通过分配管路时，将不可避免地因以下原因而损失压力：
• 管路内的摩擦阻力（详见模块10.2）。
• 管路内因热量传递到环境而产生的冷凝。 因此，在确定初始分配压力时应考虑此压力损失。 在较高压力下的一公斤蒸汽比较低压力下占据更小的体积。因此，如果蒸汽在锅炉中以高压产生并以高压分配，对于相同的热负荷，分配主管的尺寸将比低压系统更小。 图10.1.2说明了这一点。

在较高压力下产生和分配蒸汽具有三个重要优势：

• 增加了锅炉的蓄热能力，帮助其更高效地应对波动负荷，最大限度减少产生湿蒸汽和脏蒸汽的风险。
• 所需的蒸汽干管口径更小，从而降低了管道、法兰、支架、保温材料和人工等材料的资本成本。
• 较小口径的蒸汽干管保温成本更低 在高压下分配后，需要将蒸汽压力降低到系统中每个区域或使用点，以符合应用所需的最大压力。为适应各个设备的局部降压还将使使用点的蒸汽更干燥。（模块2.3对此进行了解释）。 注意：有时认为以低于其额定压力的压力运行蒸汽锅炉可以节省燃料。这种逻辑基于产生更高压力的蒸汽需要更多燃料。 虽然这种逻辑有一定道理，但应记住，决定能源使用速率的是连接负荷，而不是锅炉输出。无论锅炉以4 bar g、10 bar g还是100 bar g产生蒸汽，负荷使用的能量是相同的。较高压力运行会增加散热损失、烟道损失和运行损失，但这些损失可以通过保温和适当的冷凝水回水系统来减少。与高压分配蒸汽的好处相比，这些损失是微不足道的。

减压

在蒸汽使用点降低压力的常用方法是使用减压阀，类似于图10.1.3减压站中所示的减压阀。

在减压阀上游安装汽水分离器以去除进入的湿蒸汽中的夹带水，从而确保高质量的蒸汽通过减压阀。这在模块9.3和模块12.5中有更详细的讨论。

减压阀下游的设备由安全阀保护。如果减压阀失效，下游压力可能上升超过蒸汽使用设备的最大允许工作压力。这反过来可能永久损坏设备，更重要的是，构成对人员的危险。 安装安全阀后，任何多余的压力都通过阀门排放，将防止这种情况发生（安全阀在第9章中讨论）。 减压阀站中包含的其他组件有：

• 一次侧隔离阀 - 用于关闭系统进行维护。
• 一次侧压力表 - 用于监测供汽完整性。
• 过滤器 - 用于保持系统清洁。
• 二次侧压力表 - 用于设定和监测下游压力。
• 二次侧隔离阀 - 用于在无负荷条件下协助设定下游压力。