105排空气、散热损失和管道标准总结
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第10章蒸汽分配
排空气、散热损失和管道标准总结
章节10.5
10.5
排空气、散热损失和管道标准总结
蒸汽和冷凝水系统手册
10.5.1
第10章蒸汽分配
排空气、散热损失和管道标准总结
章节10.5
排空气、散热损失和管道标准总结
排空气
管道关闭一段时间后，在蒸汽进入管道前，管道中充满了空气。空气和其它不凝性气体也会随蒸汽一起进入管道。和蒸汽相比，这些不凝性气体所占的比例很小。除非我们采取措施排除它们，否则当蒸汽冷凝后，这些不凝性气体会在蒸汽管道和换热空间中积聚。不排除空气的后果就是延长起机时间，降低设备效率和工艺制程的性能。蒸汽系统中存在空气也会影响系统的温度。空气在整个系统中有自己的压力，再加上蒸汽的压力就是系统的总压力。因此实际的蒸汽压力和温度要小于压力表读数显示的蒸汽/空气混合气体的压力和对应温度。更重要的是空气对传热效果的影响。仅有1μm厚的空气膜，其热阻与25μm的水膜相同，与2mm厚的铁板和15mm厚的铜墙相同。因此任何蒸汽系统的排空气都是很重要的。蒸汽系统的排空气阀（同热静力蒸汽疏水阀的工作原理）应布置在冷凝水液面之上，这样只有蒸汽/空气的混合气体到达排空气阀。最佳的安装位置是在蒸汽主管的末端，如图10.5.1所示。压力平衡式排空气阀
空气排至安全位置
蒸汽主管
排至安全位置
图10.5.1 蒸汽主管的末端疏水和排空气
冷凝水
排空气阀的排放气体口应连接至安全的地方。实际应用中，如果冷凝水水管能靠重力流向开口箱，则可以考虑将排气管接入冷凝水水管。除了在主管末端安装排空气阀，还应安装在以下地方：与倒吊桶疏水阀平行安装，或者在有些实例中，与热动力疏水阀并行安装。这些疏水阀在起机阶段的排空气性能较差。在很苛刻的蒸汽空间（例如蒸汽进入夹套锅的对面）。蒸汽/空气混合气体影响工艺制程品质的大型蒸汽空间（如高压杀菌锅）。
降低热损失
即使蒸汽主管的暖管过程结束，蒸汽也会由于辐射散热损失而继续冷凝。冷凝率取决于蒸汽温度、环境温度以及管道保温效率。要使蒸汽分配系统高效，应当采取适当的措施来确保热损失减小到最低程度。最经济的保温厚度根据以下几个因素：安装成本蒸汽携带的能量
10.5.2
蒸汽和冷凝水系统手册
第10章蒸汽分配
排空气、散热损失和管道标准总结
章节10.5
管道口径管道温度当室外管道保温时，还需考虑湿度和风速。大多数保温材料的效果取决于如矿物棉、纤维玻璃或硅酸钙非活泼材料内含有的微小空气囊。通常安装采用包铝的纤维玻璃、包铝的矿物棉和硅酸钙。重要的是保温材料不能变形或被水浸湿。有必要进行适当的机械保护和防水处理，尤其室外安装。蒸汽管道散热到水、或潮湿保温材料的热损失将是散热至空气热量的50倍之多。因此要特别注意保护安装于积水地面或管道内的蒸汽管道，以防止被水浸没。同样也要保护绝缘层不会被梯子等物件损坏，避免雨水的侵入。除了安全阀，蒸汽系统中所有热的部分都需要保温。这包括全部的主管连接法兰、阀门和其它连接件。同时还要在连接法兰的每一边切掉绝缘层，露出螺栓，留出维护的空间。这等效于0.5 m的光管长度。幸运的是，目前广泛使用为连接法兰和阀门预制的绝热外罩。通常与紧固件一起提供，维护时很容易解开绝缘外罩。
传热计算
管道散热损失的计算非常复杂和耗时，并且我们通常假定已知一些关于管壁厚度、传热系数以及不同的导出常数等比较模糊的数据，但实际上这些数据并非如此。这些计算公式的推导超出本章节的范围，但可在任何一本热力学书籍中找到有关的资料。此外，我们的工程师也能使用许多计算软件。因此管道散热损失可参考表10.5.1和一个简单的公式（公式2.12.2）。表中假设环境温度在10 ~ 21℃之间，考虑不同蒸汽压力、不同管道口径下水平光管的散热损失。
表10.5.1管道的散热量
蒸汽和环境的温差(℃) 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 15 60 72 86 100 116 132 149 168 187 208 229 251 275 299 325 20 72 87 104 121 140 160 181 203 226 250 276 302 330 359 389 25 88 106 125 146 169 193 219 247 276 306 338 372 407 444 483 32 111 132 155 180 207 237 268 301 337 374 413 455 499 544 592 管径 (DN) 40 W/m 125 147 171 196 223 251 282 313 347 382 418 457 497 538 582 145 177 212 248 287 328 371 417 464 514 566 620 676 735 795 172 209 248 291 336 385 436 490 547 607 670 736 805 877 951 210 253 298 347 400 457 517 581 649 720 794 873 955 1 041 1 130 250 311 376 443 514 587 664 743 825 911 999 1 090 1 184 1 281 1 381 351 432 519 610 706 807 914 1 025 1 142 1 263 1 390 1 521 1 658 1 800 1 947 50 65 80 100 150
注：环境温度10℃到20℃之间，静止空气条件下的水平光管散热损失。其它包含在公式内的因素，例如，如果管道保温的散热损失仅是非保温管道热损失的10%，公式将乘以0.1的系数。
ms =
3.6 Q Lf hfg
kg/h
公式2.12.2
蒸汽和冷凝水系统手册
10.5.3
第10章蒸汽分配
排空气、散热损失和管道标准总结
章节10.5
式中：
ms = 蒸汽的冷凝水量(kg/h)； Q = 散热损失(W/m)（见表10.5.1）；
L f hfg = 管道有效长度，包含法兰和连接件(m)； = 绝热系数，例如，1表示光管，
0.1表示保温良好； = 蒸发焓(kJ/kg)。
等效长度：配对法兰为0.5m 与管道同径的阀门为1.0m 例 10.5.1 口径100mm的管道长50m，有8对配对法兰和2个阀门，饱和蒸汽压力为7 bar g。环境温度10℃，保温效率的系数为0.1。参考表10.5.1，按公式2.12.2，确定每小时蒸汽的冷凝量：第1部分 - 无保温。第2部分 - 管道保温，但阀门和法兰没有保温。第3部分 - 完全保温。等效长度：（8对配对法兰@ 0.5m） + (2个阀门@1.0 m) = 6.0m 管道长度 7 bar g饱和蒸汽：蒸汽温度温差（管道和环境温度）170℃ - 10℃蒸发焓 (hfg) 口径100mm管道每米的热损失（见表10.5.1）第1部分 - 无保温： = 170℃ = 160℃ = 2 048 kJ/kg = 999 W/m
ms =
ms = ms =
3.6 Q Lf hfg
3.6 QLf hfg
kg/h
公式2.12.2
3.6×999×(50+6)×1 2048
冷凝水量 = 98.3 kg/h 第2部分 - 管道保温，但阀门和法兰没有保温：单独考虑这两个部件： 3.6 QLf 保温管道： ms = hfg ms = 3.6×999×50×0.1 2048 3.6 QLf hfg 3.6×999×6×1 2048
管道的热损失 ms = 8.78 kg/h 未保温的连接件： ms = ms =
连接件的热损失 ms = 10.54 kg/h 总的冷凝水量 = 管道热损失+连接件热损失总的冷凝水量 = 8.78 kg/h+10.54 kg/h=19.32 kg/h 第3部分 - 管道和连接件都保温
10.5.4
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章节10.5
ms = ms =
3.6 QLf hfg 3.6×999×(50+6)×0.1 2048
冷凝水量 = 9.83 kg/h
相关的英国和国际标准
符号用来分别说明关于技术方面的标准(=) 以及相关标准(≠) 。表10.5.2 BS 10 BS 21 = ISO 7/1 ≠ ISO 7/2 EN 13480 BS 1306 BS 1387 BS 1560 BS 1600 EN 10253-1 BS 1710 BS 2779= ISO 228/1, ISO 228/2 EN 10220 BS 3601 EN 10216-2 EN 10217-2/3/5 EN 10216-4 EN 10217-4 EN 10216-2 EN 10217-2 BS 3604-2 BS 3605-1/2 BS 3799 BS 3974 EN 1092-1 EN 1092-2 BS 4504 管道、附件和阀门的法兰及螺栓连接规范管道和附件的紧定管螺纹规范工业金属管道技术规范铜及铜合金管道系统规范螺纹和承插焊接管道规范以及平焊和符合BS21 螺纹标准的钢管规范管道、附件和阀门的圆形法兰（分级）第3章3.1节 - 钢制法兰规范（≠ISO7005）第3章3.2节 - 铸铁法兰规范（≠ISO7005-2）第3章3.1节 - 铜合金及合金法兰规范（≠ISO7005-3）石油工业钢管尺寸对焊承压管件规范管道标志规范管道和附件的非紧定管螺纹规范用于承压的焊接无缝钢管的尺寸和质量规范承压钢管的技术规范：特定温度特性承压钢管的技术规范：耐高温碳钢和碳锰钢承压碳钢及合金钢管的技术规范：耐低温承压钢管技术规范：耐高温铁素体合金钢奥氏体不锈钢承压钢管石油工业螺纹和承插焊接钢管附件技术规范管道支撑技术规范 3.1 - 钢法兰技术规范 3.2 - 铸铁法兰技术规范（≠ISO7005-2） 3.3 - 铜合金及合金法兰（≠ISO7005-3）
总结
作为总结，以下的几条可用来检查蒸汽分配系统是否有效率：蒸汽管道是否正确选型？蒸汽管道是否正确布置？蒸汽管道是否充分疏水？蒸汽管道是否充分排除空气？是否有预防蒸汽管道膨胀的措施？汽水分离器是否安装以提高蒸汽品质？是否有泄漏接头、填料密封或安全阀？为什么？多余的管道是否用盲板封住或去除？系统是否有效的保温？
蒸汽和冷凝水系统手册
10.5.5
第10章蒸汽分配
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章节10.5
10.5.6
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第10章蒸汽分配
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章节10.5
Questions
1. As a general rule, where should air vents be fitted in a steam system? a | At the highest points b | On a bypass around a steam trap c | At points where air is driven by the incoming steam d | Around all steam traps or points adjacent to them
2. On what principle do automatic air vents operate? a | They sense the difference in pressure between steam pressure and water pressure in a steam /air mixture b | They are temperature sensitive and remain open until steam at any pressure reaches them c | They remain open until the air passing through them reaches steam temperature d | They remain open until steam at saturation temperature reaches them. They will then close and will remain closed until, the temperature drops by approximately 12°C.
3. From the following, what is the effect of air in a steam and condensate system?
a | Erosion of pipes
b | Reduced heat output from the plant
c | The steam traps will close as they woul
d on sensing steam d | Th
e air will prevent steam and condensate reaching the traps
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4. The surface cladding of insulation on a steam main is damaged and allows rain to enter the lagging. What is the effect? a | No significant effect b | Less condensation will occur in the pipe because the heat transfer rate through water is less than the heat transfer rate through air c | The water will be evaporated and the steam formed will destroy the insulation d | Heat losses will increase because the heat transfer rate to water is much greater than to air
? ? ?
5. A 75 m long, 150 mm steam main operates at 10 bar g. The main runs outside and the insulation is claimed to be 80% efficient. Approximately how much steam will be condensed in meeting heat losses from the pipe? a | 200 kg /h b | 40 kg /h c | 97 kg /h d | 28 kg /h
6. If, in Question 5, the insulation was 90% efficient, what would the heat losses now be? a | 180 kg /h b | 20 kg /h c | 194 kg /h d | 14 kg /h ? ? ? ? ? ? ?
蒸汽和冷凝水系统手册
1: c, 2: d, 3: b, 4: d, 5: b, 6: d Answers
10.5.7
第10章蒸汽分配
排空气、散热损失和管道标准总结
章节10.5
10.5.8
蒸汽和冷凝水系统手册
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