凝结水回收系统的设计文档

凝结水回收系统的设计
汪红
中国石化集团洛阳石化工程公司
前言
1、凝结水回收的意义
凝结水回收是供热系统的最后一个环节，这个环节的好坏将直接影响整个供热系统的经济性与合理性。

蒸汽作为一种热载体，从锅炉里产生出来，经管网送至用热设备（蒸汽间接加热设备），把大部分热量释放出来，汽态的水蒸汽变成液态的凝结水。

由于凝结水水质较好，而且还含有近20%的热量，因此要设法回收，凝结水的回收是供热系统节能的重要环节。

2、凝结水回收的原则
在供热系统中，凡是蒸汽间接加热产生的凝结水应尽可能回收。

对于复杂的凝结水回收系统必须合理的进行设计；对于加热有毒及有强烈腐蚀性溶液的凝结水回收系统要十分慎重，应避免此部分溶液腐蚀凝结水管道而造成有毒或强烈腐蚀性溶液漏入凝结水管道内，要相应的采取一些措施；对含油的凝结水需经除油处理后，其水质符合锅炉给水水质要求方可返回锅炉房。

凝结水回收系统可分为重力凝结水回收系统、背压凝结水回收系统、闭式满管凝结水回收系统和加压凝结水回收系统。

本篇分别就以上各系统的流程和特点进行阐述，并对各系统的设计和选择提出意见。

一、凝结水回收系统的基本概念
1、疏水阀工作压力P
疏水阀工作压力是指疏水阀进口端管道内凝结水或蒸汽的实测压力。

2、疏水阀最高工作背压P
MOB
疏水阀最高工作背压是指疏水阀正常工作时，其出口端的最高工作压力。

也就是疏水阀前凝结水的压力减去凝结水通过该疏水阀时的阻力。

疏水阀最高工作背压对背压回水有着重要的意义，为了保证疏水阀的正常工作，必须保证疏水后系统的实际压力小于选取流量下疏水阀最高工作背压。

3、疏水阀工作备压 P
OB
疏水阀工作背压是指在工作条件下，疏水阀出口所测得的压力，此背压是克服疏水阀后凝结水管道压力损失及凝结水水箱内的压力。

4、疏水阀工作背压 P
OB 与疏水阀最高工作背压P
MOB
的关系
背压回水系统正常运行的条件应满足：
P MOB≥P OB
在背压回水系统中，设计方法有两种：其一是确定疏水阀可能提供的最高工作背压，以
该背压为设计依据进行管网系统设计。

其二是以管网系统的实际压力决定疏水阀提供的最高工作背压。

5、疏水阀最高允许压力
疏水阀最高允许压力是指在给定温度下，疏水阀壳体能够永久承受的最高压力。

6、疏水阀最高工作压力
疏水阀最高工作压力是制造厂给疏水阀规定的压力，这个压力通常是与疏水阀内部装置有关的各种局限性的函数。

7、疏水阀的背压度
疏水阀的背压度是指疏水阀在工作压力下能正常工作，连续排出凝结水时，工作背压或最高工作背压与阀的工作压力比值的百分数。

二、重力凝结水回收系统
重力凝结水回收系统（即自流凝结水回收系统）是用户处于高位，凝结水回水箱处于低位，凝结水完全靠用户和凝结水箱之间的位差来克服凝结水在管道中的流动阻力。

在这种系统中，凝结水在管内的流动有的是满管，有的是非满管流动。

管内一部分是凝结水，一部分是空气，通常选用的管径较大，管道的腐蚀也较严重。

该系统中的凝结水一般是100℃以下，且不含二次蒸汽。

因此可以按热水的流动状态考虑有关问题，不存在发生水击的因素。

这种系统简单，运行可靠。

重力凝结水回收系统根据凝结水流动的状态分为低压重力凝结水回收系统和分离出二次蒸汽的重力凝结水回收系统。

1、低压重力凝结水回收系统
低压重力凝结水回收系统是低压蒸汽（P<70kPa）设备排出的凝结水经疏水阀后，沿着一定的坡度依靠重力流向凝结水箱的回水系统。

水箱上有排向大气的放空管，见图-1所示。

2、分离出二次蒸汽的重力凝结水回收系统
用汽设备排出的凝结水，经疏水阀后产生二次蒸气，为了把二次蒸汽从凝结水中分离出来，首先把凝结水集中到二次蒸发箱排出二次蒸汽后，直接流入室外热力管网，利用二次蒸发箱与锅炉房凝结水箱的位差，返回至凝结水箱，见图-2所示。

该系统的设备使用蒸汽可高可低，不受任何限制。

此种系统简单可靠，但管道腐蚀较大，适用于地形较平坦且坡向锅炉房的供热系统。

三、背压凝结水回收系统
背压凝结水回收系统是指用汽设备的凝结水，经疏水阀后直接排入凝结水管网或经疏水阀排入二次蒸发箱分离二次蒸汽后再经疏水阀排入管网，靠疏水阀的背压返回锅炉房凝结水箱，前者称背压凝结水回收系统，后者称分离出二次蒸汽的背压凝结水回收系统。

1、背压凝结水回收系统
背压凝结水回收系统是蒸汽在设备中放热变成凝结水经疏水阀直接排入凝结水管网，依靠疏水阀的背压将凝结水送至锅炉房凝结水箱。

该系统分背压开式凝结水回收系统（见图-3）和背压闭式凝结水回收系统（见图-4）。

该系统适用于蒸汽压力为0.1-0.3MPa的用汽设备，若用汽压力过低，疏水阀工作背压太低，不能克服凝结水回收系统的阻力；若蒸汽压力过高，经过疏水阀较高压力的凝结水产生的二次蒸汽较多，在疏水阀后的凝结水管道中二次蒸汽占据了大量空间，为了防止水击，流速又不能太高，所以选用的凝结水管道直径必须很大，故该系统不宜用于过高压力的用汽设备。

背压凝结水回收系统采用地下敷设和架空敷设均可，按照敷设的地形可向上向下倾斜，该系统简单，便于管理，运行可靠。

背压开式凝结水回收系统适用于二次蒸发量较少或无法利用二次蒸汽的场合。

缺点是二次蒸汽排入大气，热损失较大，且影响环境卫生。

背压闭式凝结水回收系统，二次蒸汽可用于低压采暖或其他用汽设备，凝结水箱内压力由安全水封保持，该系统回收了二次蒸汽。

在背压凝结水回收系统中，为了减少凝结水管中的二次蒸汽和水击现象，可将凝结水在接入管网前加以冷却，充分利用其热量。

原则上是把从用汽设备出来的高温凝结水冷却到100℃以下，使二次蒸汽不再产生。

冷却凝结水的做法具有凝结水损失少的优点，但在凝结水量变化较大，且不同步时，冷却水用户的用热量也受到影响，很难配合好，在配合不好的情况下凝结水管内仍有蒸汽。

2、分离出二次蒸汽的背压凝结水回收系统
这种凝结水回收系统是蒸汽在设备中放热形成凝结水，经疏水阀排入二次蒸发箱分离出二次蒸汽后，再经疏水阀排入凝结水管网，依靠疏水阀的背压，将凝结水送至凝结水箱，见图-5。

该系统多用于蒸汽压力为0.3MPa以上的用汽设备，经疏水阀排出的凝结水所产生的二次蒸汽较多，由于二次蒸汽量较多，把二次蒸汽加以分离利用，节省了热能，并且输送凝结水管道的管径也减小了，节约了管材。

由于输送中没有二次蒸汽，基本上不产生水击，运行安全。

该系统适用于架空和地沟敷设。

但是，要使用该系统必须具备两个条件：①用户用汽设备的蒸汽消耗量较大，压力较高，
所产生的二次蒸汽量较多；②产生的二次蒸汽有可利用的设备。

上述两者缺一不可。

利用二次蒸汽设备的耗汽量，必须大于系统的二次蒸发箱设计产生的二次蒸汽量，其不足部分，用新蒸汽减压后补充，这样，即使高压用汽设备蒸汽压力波动，引起二次蒸汽量波动，也不致于在利用二次蒸汽的设备中，因消耗不完放空。

利用二次蒸汽的设备必须和使用高压蒸汽的设备在工作时间上相一致，否则也会产生不协调的现象。

四、闭式满管凝结水回收系统
闭式满管凝结水回收系统是背压、重力混合系统。

这种系统是将用户的各种压力的高温凝结水依靠背压先引入专门的二次蒸发箱，在箱内分离出二次蒸汽并被利用，剩余的凝结水变成低温、低压的凝结水经过水封或疏水阀排入凝结水管网，然后靠背压和重力作用送至锅炉房凝结水箱。

在回水系统的末端，凝结水箱前增设与全厂区的回水管道最高处相同高度的水封，以防止空气进入系统。

从二次蒸发箱流出的凝结水，若箱内压力高时，凝结水仍可能产生二次蒸汽，为了减少二次蒸发箱中蒸汽流入管网中，在凝结水出口管上可安装阻汽装置。

压力较低时采用多级水封，压力较高时采用疏水阀。

闭式满管系统适用于厂区地形平坦的条件，凝结水干管宜采用地下敷设，锅炉房应设于地势低洼的地方。

闭式满管系统可以充分地利用二次蒸汽，满管回水又无二次蒸汽，所以凝结水管径小，也无水击，并防止了空气的侵入，减少了腐蚀。

但是，因闭式满管回水的用户入口设备多，占地面积大，二次蒸汽汽压难以稳定，需要自动补新蒸汽，使管理复杂，往往难以实现设计要求，间歇工作时，启动困难，故目前采用的很少。

五、加压凝结水回收系统
当靠背压不足以克服系统的阻力，不能把凝结水送回锅炉房时，可在用户处或几个用户联合起来设置回水箱，收集从各用热设备中流出的各种压力的凝结水，在排出或利用二次蒸汽后，把剩余的凝结水用凝结水泵或凝结水回收装置送至锅炉房凝结水箱，这就是加压凝结水回收系统。

它实际是背压和加压回水系统的组合。

六、凝结水回收系统的选择
以上介绍了各种凝结水回收系统的流程和特点，在凝结水回收系统的设计中，应根据工厂的实际情况选择合理的系统。

1、汽水两相共存的凝结水回收系统
汽水两相流体在管中的流动，由于比容大，所以比单纯送水时所需的管径大，管径的大小是根据含汽量的多少而定，含汽量由产生的蒸汽量并扣除热损失冷凝的汽量而定。

一般用汽压力0.3MPa的设备排出的凝结水，采用汽水两相输送，这是经济的，但必须保证疏水阀正常工作，避免漏汽。

对于用汽压力较高的设备，排出的凝结水也可以采用汽水两相输送，但不同的是用汽压力越高，凝结水的饱和温度也越高。

如果高压凝结水排入低压凝结水系统中，由于压力的降低就会产生一定量的二次蒸汽。

因而管径必须加大，才能保证正常运行。

为了节省管材，可以采用一定压力下输送汽水两相流，即高、低压凝结水各自分流，见图-6。

采用分流还是合流由技术经济比较确定。

例如，高压用户距凝结水回收水箱较近，蒸汽量大、用户又少，这样可能分别设高低压两根回收管较为经济；低压用户少，距凝结水箱较近，也可采用分流系统。

采用图-6系统，在一定压力下输送汽水两相流体，其压力是靠凝结水系统末端的二次蒸发箱控制的，从二次蒸发箱排出的蒸汽控制在一定压力范围内，且集中排出二次蒸汽，所以二次蒸汽也比较易于利用。

从二次蒸发箱经疏水阀排出的凝结水应排入凝结水回收系统中。

如果某些较高汽压用户的凝结水，采用独立系统回收，当仅着眼于它有很大的背压时，则可尽量减小管径，此时压力损失虽然大，也能输送回去。

但流速大又是汽水两相流体，很容易发生水击，应予注意。

当个别用户使用的蒸汽压力很低，流量很小，距回水箱又远或地形很不利时，经过技术经济比较后，若回收不经济，可以排放掉。

为了保护环境及附近的建筑物，凝结水不应任意排放，特别在寒冷地区，任意排放凝结水会使建筑物冷损。

所以排放的凝结水，宜降温到排水所规定温度后，再排入下水道。

如果凝结水系统从用户开始，逐渐抬高，且抬高的标高差及沿程的压力损失大于大多数用户的疏水阀最高工作背压时，则只能把凝结水集中到可以回收的地点，设置凝结水加压站或用凝结水回收装置经加压返回锅炉房凝结水箱中。

当凝结水回收系统中个别用户的疏水阀所提供的最高工作背压，不能满足系统的要求，也可以用更换疏水阀的形式或加大疏水阀的阀孔，以提高疏水阀所提供的最高工作背压，满
，而倒吊桶式疏水阀加大阀孔，足系统的要求。

如热动力式疏水阀的最高工作背压只为0.5 P
则可大大提高其疏水阀所提供的最高工作背压。

压力凝结水系统中含一定量蒸汽，由于管道散热，蒸汽不断冷凝，特别是保温不良的管道，冷凝尤为显著。

因此，在凝结水箱处，按含汽量情况，可以考虑是否设二次蒸发分离设备，如果凝结水中含汽量较多，则可设二次蒸发分离设备，并利用其蒸汽，如果到达凝结水箱处，凝结水中含汽量很小，或者是低于100℃的凝结水，都不必设二次蒸发分离设备。

有压力含汽的凝结水回收系统，由于国内目前尚无自动排水装置，不宜从疏水阀后抬高，而一直向下坡最为有利。

这样系统中就不会积存凝结水，可以避免再启动排水不畅现象发生。

如果连续用汽，即使向上抬高，只要疏水阀提供的最高工作背压能满足系统的要求，系统运行应是正常的。

而对于间断用汽，增加了放水的复杂性，这种系统由于积水，启动不畅，延长了启动时间，对生产不利。

这种现象不仅发生在含汽的压力凝结水系统中，就是不含汽的凝结水系统，只要有水积存，也会发生这种现象。

2、无二次蒸发的凝结水回收系统的选择
从节能的观点出发，要尽可能减少热量的散失，最好是凝结水离开疏水阀后，热量就被利用。

不含蒸汽的凝结水系统，可逆坡、抬高敷设，但逆坡和抬高同样应小于疏水阀提供的最高工作背压。

无汽凝结水回收系统，也包括从疏水阀后经二次蒸发箱分离出二次蒸汽的凝
结水系统。

在凝结水回收系统中，各用户的连接方式不能强求一律。

在整个系统中，有些用户能分离出二次蒸汽并能利用，就应分离利用；有的用户能冷却利用，就应冷却利用；有些用户即不能分离也不能冷却利用时，就将汽水两相流体排入凝结水系统。

这样灵活采用，易于实现，经济效果虽不如全部用户都利用显著，但也有一定效果。

总之，在凝结水回收系统中，含汽量少一些，所需的管径就小一些，而且就地利用，会使热量得到充分利用，系统的热效率也高。

3、机械加压的凝结水回收系统的选择
这种系统中的流体为单相，密度变化极小，可以忽略不计。

凝结水温度低于饱和温度，同于热水管道，管道简单，运行管理方便，但必须设置凝结水加压、收集及除汽设备。

所以这种系统，一般在地形特殊或高差太大回不去时，才采用。

对于寒冷地区，必须考虑停运时的排水措施，防止冻坏管道。