蒸汽管網(wǎng)水擊的分析與改造

張寶龍

(陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

蒸汽管網(wǎng)水擊的分析與改造

張寶龍

(陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)

針對(duì)陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司蒸汽凝水管網(wǎng)水擊現(xiàn)象進(jìn)行分析，找到了蒸汽管網(wǎng)水擊的原因，最后結(jié)合管網(wǎng)的實(shí)際情況，提出了合理的改造方案，此方案實(shí)施后消除了管網(wǎng)的水擊現(xiàn)象。對(duì)消除蒸汽管網(wǎng)水擊有一定的參考價(jià)值。

蒸汽管網(wǎng);水擊;方案;消除

引言

水擊作為一種管道內(nèi)瞬變流動(dòng)的壓力波，當(dāng)管道內(nèi)某一截面流體的流速發(fā)生改變時(shí)就會(huì)引起水擊。蒸汽冷凝水管網(wǎng)作為一種高速流動(dòng)的壓力波載體，當(dāng)遇到事故等異常現(xiàn)象時(shí)可能引起水擊。陽煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司作為一家以煤、苯為原料的化工企業(yè)，蒸汽作為熱源時(shí)，蒸汽凝結(jié)水管網(wǎng)也會(huì)出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，甚至部分管道的水錘現(xiàn)象非常嚴(yán)重。特別是當(dāng)蒸汽管網(wǎng)溫度較高時(shí)，管道內(nèi)空泡的形成和潰滅時(shí)常發(fā)生，這樣伴隨的水擊現(xiàn)象通常不可避免，輕則管道震動(dòng)或破裂，閥門等被損壞而大量漏水，造成部分裝置聯(lián)鎖停車；重則釀成設(shè)備損壞，人員傷亡、全公司聯(lián)鎖停車。因此，基于蒸汽冷凝水管網(wǎng)水擊原因的分析并尋找改造方案至關(guān)重要。

1 管網(wǎng)水擊原因分析

1.1 蒸汽凝水管網(wǎng)的概況

冷凝水主管網(wǎng)如圖1所示，管網(wǎng)采用冷凝水本身的重力作用回收冷凝液。1#罐和2#罐是0.5 MPa蒸汽冷凝液儲(chǔ)罐，伴熱管線中為0.6 MPa蒸汽冷凝液，北部管線為0.6 MPa蒸汽冷凝液和少量0.5 MPa蒸汽冷凝液混合流體，其余管線多為0.6 MPa蒸汽冷凝液。各部分的蒸汽冷凝液通過同一條總管回收送往3#罐。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，管網(wǎng)中震動(dòng)較為嚴(yán)重的管線分別是管a、管b、管c和管d處，在圖中用▲標(biāo)注。

圖1 蒸汽管網(wǎng)中水擊嚴(yán)重的管網(wǎng)簡(jiǎn)圖

1.2 管網(wǎng)水擊的原因

1) 在實(shí)際生產(chǎn)中可以清楚看到在管a、b末端會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水擊，通過對(duì)管a、b末端壓力檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)氣壓力變?yōu)?.45 MPa、0.42 MPa，低于飽和蒸汽(0.5 MPa)的壓力。因此，在管a、b末端，管內(nèi)可能有少量凝液發(fā)生二次汽化，氣體聚集形成氣穴，在受壓的情況下，凝液在管道內(nèi)以較大的流速通過。當(dāng)氣穴潰滅時(shí)，凝液重新組合便會(huì)產(chǎn)生水擊。

2) c管中水錘的存在是由于凝結(jié)水進(jìn)入主回水管道。隨著壓力的降低，空化現(xiàn)象變得越來越嚴(yán)重，管道中的流體變成氣液兩相流。起初，由于氣相較小，流速較低，二者處于相對(duì)層流狀態(tài)。隨著氣體體積的增大，氣體流量增大，凝結(jié)水進(jìn)入湍流狀態(tài)，易于形成較大氣穴造成液柱分離，液柱重新組合時(shí)便會(huì)產(chǎn)生水擊。

3) 在主回水管與伴熱管之間，有時(shí)會(huì)發(fā)生水擊現(xiàn)象，主要是由于主回水管與伴熱管間壓力不同造成的。主回水管中蒸汽冷凝液操作壓力為0.5 MPa，而伴熱管線中蒸汽冷凝液操作壓力為0.6 MPa。理論上不同壓力的蒸汽凝液應(yīng)分別與不同的凝液回水總管連接，然而，本管網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)將兩種不同壓力蒸汽冷凝液使用了同一條回收總管。首先，0.6 MPa飽和冷凝液加入回收主管后會(huì)加劇管網(wǎng)汽化，汽化量的加大，流體流速增加，使得管網(wǎng)更容易產(chǎn)生液柱分離。其次，0.6 MPa冷凝液加入主管后，會(huì)引起主管流量、流速變化，而流速增加或流向的改變均會(huì)引起管道內(nèi)壓力的變化，由于管道內(nèi)本身就存在汽化現(xiàn)象，壓力的迅速變化會(huì)引起汽化后空泡的潰滅，從而產(chǎn)生水擊。

2 蒸汽管網(wǎng)水擊的改造方案

1) 如圖2所示，新增一條回水管線，將1#和2#罐的蒸汽冷凝液通過新增管道送往3#罐；而伴熱管線中的冷凝水則通過先前的回水管線送往3#罐，這樣既能實(shí)現(xiàn)不同壓力的蒸汽冷凝液經(jīng)不同的管道分別送入3#罐，避免兩種不同壓力蒸汽冷凝液混合引發(fā)水擊，同時(shí)還能降低主回水管壓降防止汽化發(fā)生。

圖2 方案示意圖

2) 提高1#罐和2#罐液面的控制高度，增加管內(nèi)凝液的壓力。

3) 將新增管線的閥門設(shè)置在距離3#罐較近的位置，使1#罐和2#罐處閥門全開。這樣做既可提高閥門前壓力，防止閥前壓力突變引起水擊現(xiàn)象；也可使調(diào)節(jié)閥門減壓后的凝液二次氣化蒸汽迅速進(jìn)入

3#罐，避免氣體氣穴的產(chǎn)生和潰滅現(xiàn)象發(fā)生，從而消除水擊現(xiàn)象。

3 方案實(shí)施效果

改造方案實(shí)施前，管網(wǎng)中有幾處發(fā)生震動(dòng)，震動(dòng)較為嚴(yán)重的分別是a處、b處和c處，另外在不同壓力的冷凝水凝結(jié)出也有震動(dòng)產(chǎn)生。而在改造方案實(shí)施以來，這幾處均無異常響動(dòng)產(chǎn)生，管網(wǎng)運(yùn)行正常，再?zèng)]有因?yàn)樗畵粼斐裳b置的停車。另外，此方案實(shí)現(xiàn)了0.5 MPa和0.6 MPa兩種不同壓力凝結(jié)水分別匯入回水總管。先前水擊現(xiàn)象最嚴(yán)重兩處(a和b管處)冷凝水通過新增管線直接送入3#罐，提高整個(gè)管網(wǎng)內(nèi)的壓力，防止了冷凝水在閥前的汽化，消除了管網(wǎng)的水擊現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過對(duì)蒸汽冷凝水管網(wǎng)發(fā)生水擊原因的分析，并結(jié)合管網(wǎng)實(shí)際情況，提出了合理的改造方案，方案實(shí)施后消除了管網(wǎng)的水擊現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了不同壓力等級(jí)的冷凝水分別匯入回水總管，提高了整個(gè)管網(wǎng)內(nèi)的壓力，防止了冷凝水在管道內(nèi)的汽化，消除了水擊對(duì)蒸汽管網(wǎng)的沖擊，同時(shí)對(duì)其他企業(yè)改造蒸汽管網(wǎng)，消除水擊現(xiàn)象有一定的參考價(jià)值。

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Analysis and reform on water hammer in steam pipe system

ZHANG Baolong

(Yangquan Coal Industry Group Taiyuan New Chemical Materials Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030000, China)

This paper mainly discusses the water hammer in Yangquan Coal Group Taiyuan Chemical Industry and New Materials Company. The reasons for the water hammer in steam pipe network are found. Finally, a reasonable solution is proposed in conjunction with the pipe network. After the implementation of scheme, the water hammer phenomenon is eliminated in pipe network, providing some reference value in eliminating water hammer in steam pipe network.

steam pipe network; water hammer; solution; elimination

2017-05-16

張寶龍，男，1987年出生，2014年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，碩士學(xué)位，工藝技術(shù)員。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.34

TQ053.6

A

1004-7050(2017)04-0098-02

生產(chǎn)與應(yīng)用