淺談?wù)羝Y(jié)水管徑計算

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)計及計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)、民用甚至市政項目中，蒸汽在用汽設(shè)備中被使用的實際上僅僅是其潛熱，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。

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)計無疑將帶來可觀的經(jīng)濟效益、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)計過程中，蒸汽凝結(jié)水管道的管徑計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，其管徑計算方法比較復(fù)雜，詳細而精確的算法并不適合工程設(shè)計。因此，在工程設(shè)計時，設(shè)計人員通常采取將蒸汽凝結(jié)水管道的水力計算條件作出不同的簡化，進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，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雎云浜糠?，近而采用計算高溫?zé)崴軓降姆椒▉碛嬎隳Y(jié)水管道；還有將查表與水力計算相結(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)水管徑計算方法的介紹中將加以完善。

二、 管徑分類計算方法

其實，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)水管道管徑計算方法按照熱水管道的管徑計算公式或查熱水管道管徑選擇圖表即可。

熱水管道管徑計算公式如下：

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。其管徑計算可按熱水管道管徑計算方法確定，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)計當(dāng)中，多數(shù)情況下此段凝結(jié)水管道只需概略計算即可，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)律可認為與熱水管道相似，但管內(nèi)流體的密度其實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)水起始點壓力p1，假定凝結(jié)水管道終點壓力p2；

1.2由 得出起點和終點的壓差 ，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，即實際壓力損失，計算終點的實際壓力P2，若P2≈P2,則說明此管徑可取，否則，須重新假定凝結(jié)水管道終點壓力，重新按照上述步驟計算，如此反復(fù)，直到得出使假定終點壓力與實際終點壓力大致相等的管徑方可。

上述計算步驟中，最后一步校驗尤為重要，不可省略。

三、 小結(jié)

工程設(shè)計當(dāng)中，有些時候并不過度精確要求蒸汽凝結(jié)水的管徑計算，所以很多情況下并不會詳細的計算各種流動狀態(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，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)計非常重要。

參考文獻：

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