蒸汽热交换器和伴热系统：设计工程师的最佳实践

蒸汽热交换器和伴热系统：设计工程师的最佳实践

Alex Chu，工业蒸汽系统 SME，世伟洛克现场工程

设计合适的蒸汽换热器或蒸汽伴热系统首先需要全面了解系统运行的运行特性。性能不足通常归因于设计工程师未能考虑所有蒸汽系统特性。应对蒸汽系统的运行参数和文件进行全面审查。无法理解应用程序的上下文通常会导致对系统组件的控制或选择不当。

常见的设计和产品选择问题

设计工业蒸汽系统时必须考虑基本原理，以避免过早失效或性能不佳。世伟洛克的专家审查了不同地点和行业的大量工业传热应用，发现最常见的问题是由不正确的组件选择或不正确的安装实践引起的。示例问题包括：

• 不可接受的最终产品质量
• 组件过早失效
• 温度控制不佳
• 传热不足
• 水锤
• 传热设备结垢
• 违反准则和标准

蒸汽系统设计的最佳实践

遵循一些简单的指南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。在选择下一个蒸汽热交换器和伴热组件之前，应在您设施的蒸汽系统设计、维护和规范计划中审查和实施本文中列出的以下最佳实践。

1。消除蒸汽供应冷凝水的积聚和残留

蒸汽控制阀设计用于在 0 至 100% 之间调节蒸汽流量。在低流量或无流量情况下，冷凝水会在控制阀入口之前积聚。阀门前的冷凝水积聚会导致水锤。此外，任何通过蒸汽控制阀的冷凝水都会导致控制阀过早失效。

您可以通过多种方式消除冷凝水的积聚。在阀门之前安装滴管、改善绝缘、正确分级蒸汽管线或在阀门之前安装蒸汽分离器只是其中的一些方法。这些方法要么首先防止冷凝，要么允许冷凝水从控制阀转移，在疏水阀的帮助下排出。

2。遵循控制阀的调节比指南

传热部件需要尺寸合适的控制阀，以实现有效的过程温度控制和阀座寿命。选择控制阀的一个主要因素是阀门的调节能力、可调范围或工作范围。

所有阀门都会有一定量的不可控流量，特别是在阀门冲程的极端范围内，由于密封公差和流量线性。

以下是控制阀的一些调节比指南：

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

控制阀尺寸不正确会导致过程温度控制不佳、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状况所需的信息。最好在控制阀前后以及疏水阀后的冷凝水回流管上安装压力表。这提供了准确的数据，以帮助了解通过蒸汽热交换器的蒸汽的压力特性。此外，所有压力表都应安装线圈虹吸管（尾纤）以防止高温损坏，并安装双块隔离阀以进行维护。

4。安装真空断路器

任何可以与蒸汽供应隔离且不向大气开放的蒸汽系统都必须安装真空断路器。这包括蒸汽管线、水壶、板式或管壳式换热器等设备。当蒸汽在设备内部冷却时，它会凝结。由于与气相相比，冷凝液最多只能占据其质量总体积的 1/1700，因此将形成真空。

真空断路器通过防止真空发生来保护蒸汽系统在系统关闭时不会发生内爆。通常建议所有蒸汽设备在设备制造商指定的位置安装排气孔和真空断路器。

5。安装自动通风口

在停机和维护期间，空气进入蒸汽系统。在系统恢复使用之前，必须排空空气。蒸汽热交换器系统中空气的存在对热传递有多种不利影响，并且通常是启动缓慢的原因。系统中的空气可以在传热表面上形成薄的边界层——产生绝缘效果并阻碍传热。仅 1/1000 英寸厚的空气膜具有与 13 英寸铜或 3 英寸铸铁相同的效果。

不应依赖蒸汽疏水阀来排放空气，因为它们位于系统的最低点，而热空气往往会被困在最高点。自动排气口是去除蒸汽系统内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与真空断路器一起安装的排气孔将在空气存在时打开。

6。避免传热设备内的背压

在为您的蒸汽系统设计传热设备时，冷凝水的排放是通过重力或压差来完成的。如果可能，应安装传热设备以促进重力排水，在蒸汽疏水阀之前或之后没有垂直提升。这在任何具有调节蒸汽控制阀的应用中都至关重要。有些应用不允许重力排水，在这些情况下，必须注意确保不会对蒸汽疏水阀或控制阀等冷凝装置施加不当的背压。由于排水装置上的意外背压可能会发生过早的故障和性能问题，这会导致冷凝水积聚在设备中。这将导致水锤、温度控制不足、效率降低和腐蚀问题。

7。防止过热蒸汽

典型的蒸汽加热应用需要 100% 质量的饱和蒸汽供应。该质量水平是指蒸汽中不含夹带冷凝水滴的蒸汽。应防止过热蒸汽或温度高于其饱和点的蒸汽进入传热过程。过热蒸汽每单位体积包含的能量比饱和蒸汽少，如果在原始蒸汽系统设计中没有预料到，可能会导致性能问题。过热蒸汽供应可以通过安装减温器来调节。

8。锁定球阀

球阀可以为蒸汽系统中的防漏隔离提供安全、可靠且具有成本效益的解决方案。球阀允许通过其手柄方向快速识别隔离状态。可以购买带有锁定手柄的 2 英寸或更小的球阀，为锁定或挂牌提供最佳安全实践。请务必与您的安全和检查部门核实，以确保符合有关蒸汽系统内锁定或挂牌程序的任何现场或当地法规。

9。蒸汽疏水阀的正确选择和尺寸

蒸汽疏水阀有许多不同的机械设计。不同的设计迎合不同的应用，有些比其他的更可靠。对于蒸汽热交换器应用，机械式蒸汽疏水阀最适合调节流量。对于蒸汽伴热，可根据应用需要选择多种疏水阀类型。

蒸汽疏水阀选择的其他考虑因素是根据最大和最小流量、启动要求、排气、功能测试和安装选项确定尺寸。世伟洛克建议对较小的蒸汽疏水阀使用通用安装座，以便于维护和更换。

在没有特殊设备的情况下测试蒸汽疏水阀的能力是有益的，尤其是在闭环回流系统上。这可以通过安装下游旁路来实现，这样就可以轻松快速地对冷凝水排放进行目视检查。

10.安装过滤器以防止外来污染

由于腐蚀及其副产品，蒸汽管道中的污染可能变得普遍。污染物会滞留在控制阀内件、隔离阀座和疏水阀座内，导致这些部件过早失效或结垢。过滤器将充当过滤器，防止任何异物进入蒸汽系统。

安装过滤器时，请始终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。确保安装过滤器时，过滤部分处于水平位置，以防止冷凝水积聚在过滤器主体内。

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