曲舵 馬銀紅

摘要：本文根據(jù)蒸汽凝結(jié)水管道中流體流動的不同狀態(tài)，將工程中凝結(jié)水回收系統(tǒng)的管路分為不同的階段，結(jié)合其常見的工程算法，分別對不同類型的蒸汽凝結(jié)水管道，介紹了不同的管徑確定方法，并總結(jié)和提出了在設(shè)計(jì)及計(jì)算過程中需要注意的一些常見問題。

關(guān)鍵詞：蒸汽凝結(jié)水 管徑 計(jì)算

引言

蒸汽作為集中供熱系統(tǒng)的熱媒 ,可以同時解決采暖、洗浴、醫(yī)院、工業(yè)等不同用戶的用熱問題，應(yīng)用極為普遍[1]。蒸汽在供熱系統(tǒng)內(nèi)流動過程中由于傳熱、壓降發(fā)生相態(tài)變化，變成凝結(jié)水[2]。

在現(xiàn)有的工業(yè)、民用甚至市政項(xiàng)目中，蒸汽在用汽設(shè)備中被使用的實(shí)際上僅僅是其潛熱，蒸汽的顯熱—蒸汽凝結(jié)水所具有的熱量價值及未被污染的蒸汽凝結(jié)水本身所具有的潔凈軟水的價值被全部排入下水道，導(dǎo)致環(huán)境熱污染和能源浪費(fèi)。

在蒸汽作為熱媒被利用的過程中，未被污染的蒸汽凝結(jié)水可以直接作為鍋爐給水。一般來說，飽和凝結(jié)水平均含有蒸汽熱能的20%～50%左右[3、4]，如不回收，不但損失熱能，也將增加鍋爐給水處理費(fèi)用，增加鍋爐排污量及由此帶走的熱損失。因此，蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)無疑將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益及社會效益。而在蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，蒸汽凝結(jié)水管道的管徑計(jì)算是其中一個必要又有難度的環(huán)節(jié)。

一、常用管徑確定方法

蒸汽凝結(jié)水通常情況下為汽水混合物，其管徑計(jì)算方法比較復(fù)雜，詳細(xì)而精確的算法并不適合工程設(shè)計(jì)。因此，在工程設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員通常采取將蒸汽凝結(jié)水管道的水力計(jì)算條件作出不同的簡化，進(jìn)而衍生出不同的確定凝結(jié)水管徑的方法。

其一是根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，采取將凝結(jié)水管徑確定為比相應(yīng)的蒸汽管道管徑小1~2號；或者將蒸汽凝結(jié)水管道視為純高溫?zé)崴?，忽略其含汽部分，近而采用?jì)算高溫?zé)崴軓降姆椒▉碛?jì)算凝結(jié)水管道；還有將查表與水力計(jì)算相結(jié)合的方法，這種方法在相關(guān)書籍中有一定的介紹，但有些介紹并不完善，這種方法在本文第三部分余壓凝結(jié)水管徑計(jì)算方法的介紹中將加以完善。

二、 管徑分類計(jì)算方法

其實(shí)，上文介紹的這幾種蒸汽凝結(jié)水管徑確定方法都有失片面。準(zhǔn)確來講，不同類型的凝結(jié)水管道，有不同的管徑確定方法。下面根據(jù)蒸汽凝結(jié)水管道中流體流動的狀態(tài)分類來分別介紹其管徑確定方法。

理論上來講，蒸汽凝結(jié)水管道中流體的流動狀況常表現(xiàn)為滿管流動、非滿管流動及兩相滿管流動三種情況[5]。

1.滿管流動是指單相的純凝結(jié)水的滿管流動，其流動規(guī)律與流動狀態(tài)與熱水管道基本一致，可視為熱水管道。滿管流動的凝結(jié)水管道管徑計(jì)算方法按照熱水管道的管徑計(jì)算公式或查熱水管道管徑選擇圖表即可。

熱水管道管徑計(jì)算公式如下：

其中，qm為工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量，w為工作狀態(tài)下的流速，ρ為工作狀態(tài)下的密度。

據(jù)此，選取合適的流速，即可算出滿管流動凝結(jié)水管道的管徑。

工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，此種類型的凝結(jié)水管道常位于凝結(jié)水回收裝置之后，如廠區(qū)的凝結(jié)水管道。其管徑計(jì)算可按熱水管道管徑計(jì)算方法確定，只是凝結(jié)水管道由于加壓后飽和水成分部分汽化，仍為汽水混合物，又凝結(jié)水輸送通常非連續(xù)進(jìn)行，故應(yīng)適當(dāng)考慮凝結(jié)水回收的最大流量，如設(shè)蒸汽流量為10t/h，凝結(jié)水最大流量可考慮增大50%，即15t/h。此種估算方法非絕對，僅為經(jīng)驗(yàn)值。當(dāng)管道壓力高時，可適當(dāng)放大壓損，取較小管徑；當(dāng)管道壓力低時，應(yīng)減小壓損，取較大管徑。

另，站房內(nèi)部凝結(jié)水回收裝置最大處理水量也應(yīng)取凝結(jié)水量的1.5倍。

2.非滿管流動是指凝結(jié)水管道中的流體由汽水兩相組成，汽與水分層，或汽與水分段兩相非滿管流動。整個管道的橫斷面，不完全充滿水或不完全充滿均勻分布的汽水混合物。非滿管流動的凝結(jié)水管道流體流動狀況極為復(fù)雜。

工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，此類凝結(jié)水管道常位于汽水換熱設(shè)備與疏水裝置之間。在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，多數(shù)情況下此段凝結(jié)水管道只需概略計(jì)算即可，故選取管徑常常查相關(guān)圖表確定。

3.兩相滿管流動是指凝結(jié)水管道中的流體是乳狀的汽水混合物，滿管兩相流動。其流動規(guī)律可認(rèn)為與熱水管道相似，但管內(nèi)流體的密度其實(shí)是汽水混合物的密度。此種凝結(jié)水管道亦稱余壓凝結(jié)水管道。

工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，此種凝結(jié)水管道常位于疏水裝置之后，凝結(jié)水加壓裝置之前。計(jì)算方法簡述如下：

1.1根據(jù)凝結(jié)水管道介質(zhì)流向，確定凝結(jié)水起始點(diǎn)壓力p1，假定凝結(jié)水管道終點(diǎn)壓力p2；

1.2由 得出起點(diǎn)和終點(diǎn)的壓差 ，由此壓差查汽水混合物平均密度 ；

1.3根據(jù)凝結(jié)水流量qm查余壓凝結(jié)水管道計(jì)算圖，根據(jù)壓力損失R及流速w取適當(dāng)?shù)墓軓紻N；

1.4再經(jīng)密度修正： ， ；

1.5最后，也是最關(guān)鍵的一步，即根據(jù)密度修正后的壓力損失，即實(shí)際壓力損失，計(jì)算終點(diǎn)的實(shí)際壓力P2，若P2≈P2,則說明此管徑可取，否則，須重新假定凝結(jié)水管道終點(diǎn)壓力，重新按照上述步驟計(jì)算，如此反復(fù)，直到得出使假定終點(diǎn)壓力與實(shí)際終點(diǎn)壓力大致相等的管徑方可。

上述計(jì)算步驟中，最后一步校驗(yàn)尤為重要，不可省略。

三、 小結(jié)

工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，有些時候并不過度精確要求蒸汽凝結(jié)水的管徑計(jì)算，所以很多情況下并不會詳細(xì)的計(jì)算各種流動狀態(tài)下的凝結(jié)水管道的管徑，而是將整個凝結(jié)水系統(tǒng)都簡化視為汽水混合物滿管流動或高溫?zé)崴艿罎M管流動，這需要視具體情況而定。但無疑凝結(jié)水管道管徑確定不可過大也不可過小，管徑過大則增大了散熱面積，造成不必要的熱量損失，同時造成管材的浪費(fèi)，成本的提高；管徑過小無疑會增加系統(tǒng)阻力，造成不必要的壓力損失，甚至致使凝結(jié)水回收困難。因此，合理分析，配合計(jì)算，確定合適的凝結(jié)水管徑，對于做好蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高魯鋒，蒸汽供熱管網(wǎng)凝結(jié)水損失的影響因素及其分析[J].能源工程，2008（1）：50-54.

[2] SU S P, CUNDYV A. Heat loss in insulated pipe-the influence of thermal contact resistance: a case study [J]. Composites PartB: Engineering, 1996,27(1):85 - 93.

[3] 徐榮軍，煉油廠凝結(jié)水回收技術(shù)，河南化工，2003，32（7）：32~33

[4] 蔡文海，蒸汽凝結(jié)水回收技術(shù)的幾個問題，能源與環(huán)境，2005，23（2）：34~35

[5] 實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008:639-644.