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蒸汽换热器与伴热系统| 世伟洛克博客

蒸汽换热器

蒸汽换热器与伴热系统

2018年12月5日 | 世伟洛克现场工程工业蒸汽系统 SME Alex Chu

设计合适的蒸汽换热器或蒸汽伴热系统首先需要充分了解系统运行的操作特性。性能不足通常归因于设计工程师未能考虑所有蒸汽系统的特性。应彻底检查蒸汽系统的运行参数和文件。如果未能理解应用环境,则通常会导致系统元件的控制或选型不当。

常见的设计和产品选型问题

在设计工业蒸汽系统时必须考虑其基本原理,以避免过早失效或性能下降。世伟洛克专家回顾了不同地点和行业的众多工业传热应用,并发现最常见的问题是由于元件选型欠妥或安装方法不当所造成的。示例问题包括:

  • 最终产品质量不可接受
  • 元件过早失效
  • 温度控制不佳
  • 传热不足
  • 水锤击
  • 传热设备结垢
  • 违背规范和标准

蒸汽系统设计的最佳实践

遵循一些简单的指导原则和经过验证的现场技术可以帮助您避免与设计工业蒸汽系统相关的常见问题。在下次选择蒸汽换热器和伴热部件之前,应在您工厂的蒸汽系统设计、维护和规格计划中审查并实施本文中列出的以下最佳实践。

1.消除蒸汽供应冷凝液积聚和夹带

蒸汽控制阀专为调节 0 至 100% 之间的蒸汽流量而设计。在低流量或无流量的情况下,冷凝液可能在控制阀入口之前积聚。阀门之前的冷凝液积聚可能导致水锤。此外,通过蒸汽控制阀的任何冷凝液都可能导致控制阀过早失效。

您可以通过多种方式消除冷凝液积聚。在阀门之前安装集液包、隔热改造、适当分级蒸汽管路,或在阀门之前安装蒸汽分离器只是其中几种方法。这些方法或者首先防止冷凝,或者允许冷凝液从控制阀导引开来,以便在蒸汽疏水阀的协助下进行疏散。

2.遵循控制阀的调节比准则

传热元件需要选型合理尺寸大小的控制阀,以实现有效的工艺温度控制和阀座寿命。选择控制阀时,阀的调节能力、可调比或工作范围是主要考虑的内容。

由于密封公差和流动线性,所有阀门都具有一定量的不可控制的流量,尤其在阀门行程在极限范围时更是如此。

以下是控制阀的一些调节比准则:

  • 笼式控制 = 40:1 调节比提供最高程度的可控性。
  • 球形控制阀 = 30:1 调节比。
  • 调节阀 = 20:1 调节比。

控制阀选型不当可能导致工艺温度控制不佳、阀座过早磨损和噪音过大。

3.在控制阀前后安装压力表

压力表提供了解系统内部条件所需的信息。最好在控制阀前后以及蒸汽疏水阀之后的冷凝液返回管上安装压力表。压力表可提供精确的数据,这有助于了解通过蒸汽换热器的蒸汽的压力特性。此外,所有压力表均应安装盘形虹吸管(尾管),以防止高温损坏和双关断隔离阀,以便进行维护。

4.安装破真空阀

任何可以与蒸汽供应隔离并且不与大气相通的蒸汽系统必须安装破真空阀。这包括蒸汽管路、蒸汽锅、板式或壳式及管式热交换器等设备。当蒸汽在设备内部冷却时,则会凝结。由于冷凝液在气相中仅占其质量总量的 1/1700,因此将形成真空。

当系统关闭时,破真空阀可通过防止真空发生而保护蒸汽系统免遭内爆。一般情况下,建议所有蒸汽设备均在设备制造商指定的位置安装排气口和破真空阀。

5.安装自动排气口

在停机和维护期间,空气将进入蒸汽系统。因此,在系统恢复工作之前必须排净空气。蒸汽换热器系统中存在的空气对传热具有多种不利影响,并且通常会导致启动缓慢。系统中的空气可能在传热表面上形成薄薄的边界层,从而产生绝热效果并阻碍传热。仅 1/1000 英寸厚的气膜具有与 13 英寸铜或 3 英寸铸铁相同的效果。

排放空气时,不应依赖于蒸汽疏水阀,因为它们位于系统的最低点,而热空气易于滞留在最高点。自动排气口是消除蒸汽系统内部空气的最有效方法之一。安装在蒸汽总管末端或设备最高点的排气口与破真空阀将在存在空气时一起打开。

6.避免传热设备内的反压力

在为蒸汽系统设计传热设备时,可以通过重力或压差实现冷凝液排放。如果可能的话,应安装传热设备以便在蒸汽疏水阀之前或之后无垂直升力的情况下促进重力排放。这在采用调节蒸汽控制阀的任何应用中都是至关重要的。某些应用不允许重力排放,因此在这些情况下,应注意确保不会对蒸汽疏水阀或控制阀等冷凝设备施加过度的反压力。由于排放装置上的意外反压力可能导致过早失效和性能问题,从而造成冷凝液积聚在设备中。这将导致水锤、温度控制不当、效率降低和腐蚀问题。

7.防止蒸汽过热

典型的蒸汽加热应用需要 100% 质量的饱和蒸汽供应。这一质量水平是指蒸汽中不含携入的冷凝液滴的蒸汽。应防止过热蒸汽或温度高于其饱和点的蒸汽进入传热工艺。过热蒸汽每单位体积所含的能量要比饱和蒸汽为低,如果未能在初始蒸汽系统设计中预先考虑到这一点,则可能导致性能问题。可以通过安装过热蒸汽降温器来调节过热蒸汽供应。

8.锁定球阀

球阀可以为蒸汽系统中的密封隔离提供安全、可靠且经济的解决方案。球阀允许通过手柄方向快速识别隔离状态。可以采购带有锁定手柄的 2 英寸或更小的球阀,从而为锁定或挂牌提供最佳安全措施。请务必与您的安全和检查部门接洽,以确保符合有关蒸汽系统内部锁定或挂牌程序的任何现场或当地法规。

9.正确选型并确定蒸汽疏水阀的尺寸

蒸汽疏水阀可采用多种的机械设计方式。不同的设计适合不同的应用,在某些情况下,有些设计更为可靠。对于蒸汽换热器应用来说,机械式蒸汽疏水阀最适合用于调节流量。对于蒸汽伴热来说,可根据应用需求选择不同的蒸汽疏水阀类型。

蒸汽疏水阀选型的其他注意事项是应根据最大和最小流量、混合要求、排气、功能测试和安装选购件来确定尺寸。世伟洛克建议使用通用安装座来安装较小的蒸汽疏水阀,以便于维护和更换。

能够在没有特殊设备的情况下测试蒸汽疏水阀是有益的,尤其在闭合回路回流系统上更是如此。这可以通过安装下游旁路来实现,因此可以轻松快速地执行冷凝液排放的目视检查。

10.安装滤网以防止异物污染

由于腐蚀及其副产物,蒸汽管路污染成为普遍存在的问题。污染物可能会滞留在控制阀内件、隔离阀座和蒸汽疏水阀座内,从而导致这些部件过早失效或结垢。滤网将充当过滤器,从而防止任何异物进入蒸汽系统。

安装滤网时,请务必安装带有锁定装置的排污阀,并将排放物从阀门排放到安全位置。务必将带过滤部分的滤网安装在水平位置,以防止冷凝液积聚在滤网体内。

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