蒸汽管道阀门布置选型

蒸汽管道阀门布置选型管道材质
蒸汽系统的管道通常采用无缝钢管，冷凝水管道也可使用相同材质的管道，常见的包括碳钢和不锈钢两种。个别行业也会使用铜管。对于高温的过热蒸汽主管，为了增强管道在高温下的应力和柔性强度，可能会选用一些合金管道，如增加铬和钼的含量。
二、蒸汽管道阀门布置选型管道口径计算
这里仅介绍流速法 一般来说，饱和蒸汽在管道中的流速在15至40m/s。若超过40m/s，将发生严重的噪声和冲蚀情况，因为大多数情况都是湿蒸汽。若是非常干燥的蒸汽，且保温很好，输送距离较短，则水平的直管道，允许流量适当增大，但*大不应超过76m/s，这种情况蒸汽到达用汽点时能保证其所需的压力。
如果仅仅考虑压降，是允许更高的蒸汽流速的；但对于长距离的输送管道，为了避免产生较高的压降，通常把流速限制在15-20m/s以内。
已知蒸汽压力、流速和流量这些参数可选择相应的管道口径。也可通过算数计算选择管道口径。
体积流量 (Q m3/s)= 流速 (w)* 流道截面积(S)， 流道截面积(S)= π* D 2/4
体积流量 (Q m3/h)= 质量流量(G)*比容(v)*1000
因此，质量流量(G)*比容(v)*1000= 3600*流速 (w)* π* D 2/4
D =(4000*G* v /3.14*3600* w)∧1/2=0.5945(G* v/ w)∧1/2 (米)
我们把直径D转化为Dn管径，以mm为单位，对于蒸汽、给水、工业水等单相流体的管道，根据选定的介质允许流速，就得出如下简化公式：
式中：Dn——管道内径（mm）
G——介质质量流量（t/h）
Q——介质体积流量（m3/h）
v——介质比容（m3/kg）--根据蒸汽压力查蒸汽表可得
w——介质流速（m/s）
*终选定管道直径，一般应根据运行中介质*大流量和*大流速来计算，选*大流速则要考虑管道允许的*大压力损失。由于管径和管壁厚度的偏差，计算时应考虑10%的裕量，并圆整为标准的管径。
举例说明：
蒸汽流量2t/h，进口压力 = 5 barg，*大流速 =30m/s，计算应该选用多大的管道？
解：查蒸汽表，查出5 barg压力时，比容v=0.321345 m3/kg
Dn=594.5*（2*0.321345/30）∧1/2=87mm
放大10%余量并圆整，应该选用*接近的管径100mm，即我们常说的DN100。
利用以上公式，可以把经常用到的各种流速下不同管径对应的流量计算出来，并整理成表格，方便大家查阅，详见《8.2蒸汽管道选型表》
三、蒸汽管道阀门布置选型蒸汽管道选型错误的危害
1、蒸汽管道选型过大会造成：
A、管道、阀门、接头等费用增加。
B、安装费用更高，包括支撑工作、保温等。
C、由于散热快，热损失增加，蒸汽管道内形成的冷凝水量增加，降低了蒸汽品质，降低了热效率，还可能形成水锤破坏阀门管道和设备。
据经验，一般80mm口径蒸汽管道的安装费用比50mm口径蒸汽管道的安装费用高出44%，
由于更多的传热面积，80mm绝热管的热损失比50mm绝热管的损失多21%；80mm非绝热管的热损失比50mm非绝热管的热损失多50%。
2、蒸汽管道选型过小会造成：管道选型过小，会导致蒸汽流速增大。
A、高的蒸汽流速会产生高的蒸汽压力降，到达用汽点时压力过低，从而降低用汽设备的性能。
B、用汽点没有足够的蒸汽量。
C、蒸汽流速加快，容易产生冲蚀、水锤现象和噪声污染。
一、蒸汽管道配送系统应满足如下要求：
1、确保从锅炉出来后尽量保证饱和蒸汽的干度；
2、要正确布置
3、要选择正确的管道口径；
4、要保温；
5、要合理布置膨胀节；
6、蒸汽配送主管上要有足够的疏水点；
7、用汽点能得到高品质的干饱和蒸汽；
8、要满足“高压输送、低压使用”的原则，设置减压站；
9、要避免水锤；
二、蒸汽管道布管规则：
1、从锅炉出来后的蒸汽管道应略微向下倾斜，在尽可能的情况下，要保证倾斜度1:100~200，该坡度将确保冷凝水在重力和蒸汽流动的作用下流向排放点，当然排放点一定要设置合理的疏水阀。
2.长距离管道布置：所有低点和每隔30-50米要安装一个疏水阀。
3.蒸汽管道向上布置。
4.应采用偏心变径，而不应该用同心变径，会产生水锤。
5.从主管道上取汽，应该从主管顶部接分支管，这样可以得到*干燥的蒸汽；若从底部取汽，冷凝水和杂质全部跟随蒸汽往下游输送，影响设备有效运行。
6.垂直安装的蒸汽管道应该比水平安装的口径选大一点，因为垂直管的蒸汽流速会加快。
7.过滤器Y型尽量与管道处于同一水平面上，即侧装；Y型若在下部，会造成水锤。（下图：不建议）
一般来说，在每个疏水阀、流量计、减压阀、调节阀和关健设备之前要安装与管道同径的过滤器。
8、排除空气和不凝性气体，末端要加装排空阀。
9、 应在任何关键的用汽设备前和减压阀前，应该安装汽水分离器，以便使用干燥的蒸汽。
三、蒸汽管道阀门布置选型疏水点设置
1、 蒸汽管道应每隔30~50 m布置一个疏水点；
2、 在任何的管道低处也应布置疏水点；
3、 在主管和分支管末端应布置疏水点；
4、 在减压阀或气动控制阀前3米以内应布置疏水点。
5、 布置疏水管道时，应在蒸汽主管下方设置一个大口径的集水槽以收集冷凝水。
一、冷凝水积存的原因：
1、疏水阀排量选小了，来不及排放，导致冷凝水积存；
2、疏水阀被堵住了；
3、高速流动的蒸汽管道内未能排除冷凝水。
4、有温度控制的应用中，冷凝水被提升至回收管，或是回收至有压力的系统中。
5、由于公共回收管口径偏小造成满溢或是节流及闪蒸蒸汽作用，冷凝水无法进入或无法在回收管道内运动。
6、设备停机后，系统没有进行排水，导致大量冷凝水积存。
二、冷凝水积存的危害
冷凝水主要积存于疏水阀前的管道和设备底部，但系统停机后，所有管线均有可能积水。
1、若疏水阀排量不够或部分堵水，导致物料升温缓慢，无法达到工艺要求的温度，影响制品的质量。
2、因积存的冷凝水在盘管外形成一层水膜，阻止蒸汽加热，导致换热效率降低；
若冷凝水积存过多，占据了设备内的越多空间，蒸汽就越是不能进入盘管内进行换热，这样效率几乎为零，完全无法进行生产。
3、高温冷凝水积存于管道和设备底部，导致设备内表面上产生拉应力,使设备底部出现令人担忧的应力裂缝腐蚀,造成设备的迅速损坏,甚至发生灾难性的后果一设备可能爆裂。
4、因冷凝水的高温腐蚀性，导致设备和管道很容易被腐蚀，使用寿命缩短；
5、冷凝水积存，可能产生水锤，从而导致加热器管道穿孔，排水管道也可能穿孔，寿命大大缩短，同时还会因其严重的振动。
水锤发生时，高速流动的冷凝水碰撞管道安装件、阀门或设备，压力可能为正常压力的好多倍，使管壁材料承受很大应力；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动和巨大噪音，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏，并伴以几乎爆炸的效果。当压强过高时，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。
1、空气导致的升温问题
生产中我们有时会发现，蒸汽压力和流量都足够，而产品的温度却始终达不到要求，这可能是因为系统中混入了空气所致。空气被蒸汽一起携带到换热表面，当蒸汽冷凝后，空气会残留积聚在换热表面形成绝热层，阻止蒸汽传热，导致产品温度不达标。
空气的导热系数为0.025W/(m·℃)，而水的导热系数为0.6W/(m·℃)，铁的导热系数为75W/(m·℃)，
铜的导热系数为390W/(m·℃)。所以说按导热系数来看，1mm的空气膜相当于15m的铜墙。
空气的传热热阻是钢的1500~3000倍，是铜的8000~16000倍，这表示0.025 mm厚的空气层相当于400 mm厚铜壁产生的热阻。
A、蒸汽和空气混合物
对于蒸汽和空气混合物，由于空气的存在会使蒸汽的温度比实际的饱和温度低。混合气体的总压力是各混合气体的分压力之和，这就是道尔顿分压定理。分压力为每个组分充满整个混合气体空间所产生的压力。
这种现象对加热器和杀菌设备都影响很大。例如，杀菌罐或杀菌釜，为了杀死细菌，必须保证*低的灭菌温度，如果有空气存在，蒸汽就无法保证这个灭菌温度，需要再次灭菌，降低了生产效率，但是也可能造成产品报废。
B、蒸汽和冷凝水系统的其它空气来源
空气也可能溶解在锅炉补给水和冷凝水（暴露在空气中吸收空气中的氮气、氧气和二氧化碳等）中而进入系统。当水在锅炉中被加热，这些气体会释放出来并随蒸汽进入分配系统。
总之，系统中的空气会导致以下问题：
设备升温变慢、冷凝水中出现气泡、对管道设备的腐蚀。
2、排除空气
空气的平均摩尔质量是29, 蒸汽（水）的摩尔质量是18，因此一般认为空气比蒸汽重一些，但是，因为蒸汽和空气的密度与压力、温度、空气在蒸汽中占的比例有很大关系，所以在某些条件下，空气可能比蒸汽轻，因此，在哪个位置安装排气装置，要仔细分析工况，可能在低点装，也可能在高点装。
自动排空气阀是利用热静力原理工作，安装在蒸汽和空气能到达的地方。如果排气阀直接装在加热器上，且在接近蒸汽饱和温度下工作，换热器传递的热量可能会使排气阀关闭，或者至少排气速度减慢。因此排空气阀和其相连的管道不要保温，且*好在排空气阀前加装300mm的短管，这样既可以积聚空气又可以使得排气阀的温度低于加热器蒸汽空间的温度，以确保排空气阀正常工作。
当排空气阀排气时，不可避免地会排出一些蒸汽和空气的混合气体，这经常被误认为是泄漏蒸汽，其实是正常的现象。如果工作正常，我们发现排气阀排放程度逐渐减少直至停止，这说明排气阀工作正常。如果排气阀长时间排放且没有关闭迹象，则说明发生了故障，应该检查修理了。
3、哪些工况需要安装排气阀？
A、蒸汽主管的末端：空气一直被推到末端积聚，因此要安装排气阀，且排气阀应装在管道的顶部，或至少装在可能出现的冷凝水面之上，这样将会排出大部分空气。
B、夹套锅
锅中的物料加热时，溶解在其中的空气就会冒出，气泡出现在锅的内壁上，而有一部分冷区内壁会缺少气泡，说明与之相邻的夹层有空气积聚，如果疏水阀没有自带排空装置，又没有装排气阀，气泡将*后出现在夹层锅的底部，靠近冷凝水出口处，以及顶部蒸汽进口的另一侧。
还有非常多类似的设备，如蒸煮锅、烤箱、蒸箱、多层加热器、油预热器等等。因此，夹套锅必须选用自带带排装置的浮球式疏水阀（现在大多数疏水阀都有此排气功能了），疏水阀*好安装在锅的底部，使得冷凝水和空气在重力作用下排出来。排空气阀*好装在高处，蒸汽进口的另一侧，有经验的制造商都会在此处安装排空气装置的。
C、干燥滚筒（造纸和印染行业）：在水平滚筒旋转轴的一侧通入蒸汽，物料和滚筒的外表面接触进行加热干燥，冷凝水通过虹吸管经过滚筒旋转轴蒸汽的同一进口侧或滚筒的另一侧排出。由于滚筒比较大，所以在启动阶段要排除的空气量也很大，在正常工作情况下，空气会积聚并引起滚筒外表面出现冷区，导致制程中的物料出现质量问题，所以自动排空气阀很重要，如果要达到理想效果理应安装排空气阀。
这类设备需要选用带有破蒸汽綁装置的疏水阀，还需要安装单独的排空气阀排出大量的空气，这将大大提高的热效果。
D、群组排气
蒸汽设备的设计者有时为了节约费用，将两个或更多的蒸汽空间远端直接在一起安装一个排空气阀，而不是每个蒸汽空间各自安装。可是这种方式并不成功，如多盘管空气加热器，每组盘管都有控制阀控制进汽，当一组盘管的蒸汽到达后，排空气阀就会关闭，而其它组盘管的空气就不能排出了，之后排空气阀内的蒸汽冷凝，新蒸汽又进入，当进入的蒸汽所含的空气很少时，排空气阀就会迅速关闭，其它盘管内的空气和蒸汽的混合气体就不会到达排空气阀位置，群组排空气是不成功的，应当尽量避免，同样也要尽量避免群组疏水。
E、大型设备
正常排空气阀的口径只有DN15，排量也比较小，可是有些场合需要排出的空气量很大，例如食品行业用的大型灭菌器、蒸馏罐，大型高压锅、橡胶硫化机和大型空间加热器等，需要排出的空气量很大，这样就需要并联安装大量的排空气阀。另一个可选择的方案是使用气动控制阀或气动截止阀，依靠感应温度来排放，设定温度应该为100℃或稍低几度。
安装施工必须小心，切忌撞击脆性材料制作的阀门。
　　安装前，应将阀门作一检查，核对规格型号，鉴定有无损坏，尤其对于阀杆。还要转动几下，看是否歪斜，因为运输过程中，*易撞歪阀杆。还要清除阀内的杂物。
　　阀门起吊时，绳子不要系在手轮或阀杆上，以免损坏这些部件，应该系在法兰上。
　　对于阀门所连接的管路，一定要清扫干净。可用压缩空气吹去氧化铁屑、泥砂、焊渣和其他杂物。这些杂物，不但容易擦伤阀门的密封面，其中大颗粒杂物(如焊渣)，还能堵死小阀门，使其失效。 安装螺口阀门时，应将密封填料(线麻加铝油或聚四氟乙烯生料带)，包在管子螺纹上，不要弄到阀门里，以免阀内存积，影响介质流通。
　　安装法兰阀门时，要注意对称均匀地把紧螺栓。阀门法兰与管子法兰必须平行，间隙合理，以免阀门产生过大压力，甚至开裂。对于脆性材料和强度不高的阀门，尤其要注意。须与管子焊接的阀门，应先点焊，再将关闭件全开，然后焊死。
　　(三)保护措施
　　有些阀门还须有外部保护，这就是保温和保冷。保温层内有时还要加拌热蒸汽管线。什么样的阀门应该保温或保冷，要根据生产要求而定。
　　原则地说，凡阀内介质降低温度过多，会影响生产效率或冻坏阀门，就需要保温，甚至拌热;凡阀门裸露，对生产不利或引起结霜等不良现象时，就需要保冷。保温材料有石棉，矿渣棉、玻璃棉、珍珠岩，硅藻土、蛭石等;保冷材料有软木、珍珠岩、泡沫、塑料等。
　　(四)旁路和仪表
　　有的阀门，除了必要的保护设施外，还要有旁路和仪表。安装了旁路。便于疏水阀检修。其他阀门，也有安装旁路的。是否安装旁路，要看阀门状况，重要性和生产上的要求而定。
　　(五)填料更换：
　　库存阀门，有的填料已不好使，有的与使用介质不符，这就需要换填料。
　　阀门制作厂无法考虑使用单位千门万类的不同介质，填料函内总是装填普通盘根，但使用时，必须让填料于介质相适应。
　　在更换填料时，要一圈一圈地压入。每圈接缝以45度为宜，圈与圈接开180度。填料高度要考虑压盖继续压紧的余地，现时又要让压盖下部压填料室适当深度，此深度一般可为填料室总深度的10-20%。 对于要求高的阀门，接缝角度为30度。圈与圈之间接缝错开120度。 除上述填料之外，还可根据具体情况，采用橡胶O形环(天然橡胶耐60摄氏度以下弱碱，丁晴橡胶耐80摄氏度以下油晶，氟橡胶耐150摄氏度以下多种腐蚀介质)三件叠式聚四氟乙烯圈(耐200摄氏度以下强腐蚀介质)尼龙碗状圈(耐120摄氏度一下氨、碱)等成形填料。在普通石棉盘根外面，包一层聚四氟乙烯生料带，能提高密封效果，减轻阀杆的电化学腐蚀。
　 在压紧调料时，要同时转动阀杆，以保持四周均匀，并防止太死，拧紧压盖要用力均匀，不可倾斜。
蒸汽管道阀门布置选型止回阀又称逆止阀、逆流阀、单向阀，就是防止介质倒流的阀门。那我们为什么需要使用止回阀呢？哪些工况需要使用止回阀呢？
1、在流量计、减压阀或控制阀等重要阀门后面安装止回阀，可以保护这些阀门；
2、避免水锤破坏问题，如安装在疏水阀后，或其他液体介质管道上；
3、在疏水阀后安装止回阀，防止管道设备内积水；
4、在提升管道前安装止回阀，防止液体因为重力而倒流的问题；
5、离心泵的出口安装止回阀，在泵停止后，防止液体回流使泵倒转，损坏泵，为了防止进一步损坏泵前的储罐，还应该加装一个截止阀，，在停泵前用来先排放管内液体。
6、 锅炉给水管道上安装止回阀，因为止回阀的一侧是水，一侧是蒸汽，可以防止锅炉内蒸汽回流到水箱。
7、把对夹式止回阀倒过来装，相当于破真空阀。
我们这里着重讨论止回阀在冷凝水回收系统上的应用。
1、疏水阀后安装止回阀
A、 当冷凝水需要集中收集到公共回收管线时，必须在每个疏水阀后加装止回阀。因为这时高压的冷凝水会回流到低压设备处，阻止低压设备的冷凝水排放，不仅影响到低压设备的加热升温效率，还可能会损坏疏水阀和设备。
B、如果疏水阀对空排放，即疏水阀出口连接单独的排水管，且向下排放，就不会发生倒流的情况，那就不需要安装止回阀了。
C、如果疏水阀是对空排放，但是后面冷凝水管道又提升，也需要在疏水阀后加装止回阀，否则冷凝水也会因为自重而倒流，产生水锤，损坏疏水阀内部件。
2、疏水阀后安装了止回阀就可以解决水锤吗？
A、产生水锤的因素有很多，但是，若是因为冷凝水回收管道提升而产生的水锤，则安装止回阀就确实能解决水锤破坏的问题，其他原因的水锤则需要通过其他方法去解决。
B、若水锤是产生在设备内部，则在疏水阀后安装止回阀是解决不了水锤的。因为疏水阀选型错误或其他各种原因造成疏水阀前管道和设备内积水，或者停机时因为设备内快速冷凝形成真空，造成大量冷凝水积存在设备内，这些情况产生的水锤，与是否在疏水阀后安装止回阀没关系。