蒸汽分配系統

如果要使用設備向蒸汽中正確數量和質量合適的蒸汽供應，那么有效的蒸汽分配系統必不可少。

該頁面將研究將蒸汽從中央源輸送到使用點的方法。中央源可能是鍋爐房，也可能是熱電廠的排放。鍋爐可以燃燒主要燃料，或者是使用高溫過程，發動機甚至焚化爐產生的廢氣的余熱鍋爐。無論使用何種來源，如果要使用設備向蒸汽中正確質量和壓力地供應正確質量和壓力的蒸汽，那么高效的蒸汽分配系統至關重要。蒸汽系統的安裝和維護是重要的問題，必須在設計階段予以考慮。

蒸汽系統基礎

從一開始，就需要了解基本的蒸汽回路或“蒸汽和冷凝水回路”- 參見下圖。當蒸汽在過程中凝結時，會在供應管中引起流動。與蒸汽相比，冷凝物的體積非常小，這會導致壓力降，從而使蒸汽流經管道。

鍋爐中產生的蒸汽必須通過管道輸送到需要其熱能的位置。最初將有一個或多個主管，即“蒸汽主管”，它們沿鍋爐的蒸汽使用方向從鍋爐輸送蒸汽。然后，較小的支管可以將蒸汽輸送到各個設備。

典型的基本蒸汽回路

打開鍋爐主隔離閥（通常稱為頂閥）后，蒸汽立即從鍋爐進入蒸汽主管道并沿蒸汽主管道進入低壓點。管道最初比蒸汽溫度低，因此熱量從蒸汽傳遞到管道。管道周圍的空氣也比蒸汽冷，因此管道將開始將熱量傳遞給空氣。

與冷卻器管道接觸的蒸汽將立即開始冷凝。在系統啟動時，冷凝速率將達到最大值，因為這是蒸汽與管道之間存在最大溫差的時間。
這種冷凝率通常稱為起始負荷。

管道預熱后，蒸汽和管道之間的溫差很小，但是由于管道仍繼續將熱量傳遞到周圍的空氣中，因此會發生一些冷凝。
這種冷凝率通常稱為運行負荷。

由于蒸汽總管中的梯度應沿蒸汽流的方向下降，因此所產生的冷凝物（冷凝物）會落到管道的底部，并被蒸汽流帶走并在重力的作用下得到輔助。然后必須將冷凝水從蒸汽總管的各個關鍵位置排出。

當打開使用植物提供蒸汽的蒸汽管上的閥門時，從分配系統流出的蒸汽進入植物，并再次與較冷的表面接觸。蒸汽隨后將其能量傳遞給設備和產品加熱（開始加載），并且當溫度升高時，蒸汽繼續將熱量傳遞給過程（運行負載）。

現在，鍋爐要有連續的蒸汽供應，以滿足所連接的負載，并且要保持這種供應，必須產生更多的蒸汽。為此，將更多的水（以及加熱該水的燃料）提供給鍋爐，以彌補先前已蒸發成蒸汽的水。

在蒸汽分配管道和工藝設備中形成的冷凝水都是可用熱鍋爐給水的方便供應。盡管從蒸汽空間中除去這種冷凝物很重要，但它是一種有價值的商品，不應被浪費掉。將所有冷凝水返回鍋爐給水箱會關閉基本蒸汽回路，應在可行的地方進行操作。

在啟動時，進入的壓力使閥瓣升高，冷卻的冷凝液和空氣立即從閥瓣下方的內環排出，并通過三個外圍出口（i）排出。

工作壓力

蒸汽的分配壓力受許多因素影響，但受以下因素限制：

• 鍋爐的最大安全工作壓力。

• 工廠所需的最低壓力。

蒸汽通過分配管道時，不可避免地會由于以下原因而失去壓力：

• 管道內的摩擦阻力。

• 隨著熱量傳遞到環境中，管道內的冷凝水。

因此，在確定初始分配壓力時應考慮到該壓力損失。

與較低壓力相比，較高壓力下的一公斤蒸汽所占體積較小。因此，如果蒸汽在鍋爐中以高壓產生并且也以高壓分配，則在相同的熱負荷下，分配干管的尺寸將小于低壓系統的尺寸。

在較高壓力下生成和分配蒸汽具有三個重要優點：

• 鍋爐的蓄熱能力得到提高，有助于鍋爐更有效地應對波動的負荷，從而最大程度地減少了產生濕蒸汽和臟蒸汽的風險。

• 需要較小口徑的蒸汽主管，從而降低諸如管道，法蘭，支架，絕緣材料和人工等材料的資本成本。

• 較小口徑的蒸汽總管的隔熱成本更低。

在高壓下分配后，有必要降低到系統中每個區域或使用點的蒸汽壓力，以便與應用所需的最大壓力相對應。局部壓力降低以適合各個工廠的情況也會在使用時導致蒸汽干燥。

注意：有時認為以低于額定壓力的壓力運行蒸汽鍋爐可以節省燃料。該邏輯基于需要更多的燃料才能將蒸汽提升到更高的壓力。

雖然在此邏輯中有一個事實要件，但應記住，它決定了使用能量的速率是連接的負載，而不是鍋爐的輸出。無論鍋爐以4 bar g，10 bar g還是100 bar g的壓力產生蒸汽，負載所消耗的能量都是相同的。在較高壓力下運行會增加固定損耗，煙道損耗和運行損耗，但是通過隔熱和適當的冷凝水回流系統可以減少這些損耗。與在高壓下分配蒸汽的好處相比，這些損失是微不足道的。

減壓

在要使用蒸汽的地方降低壓力的常用方法是使用減壓閥，類似于減壓站中所示的減壓閥- 參見下圖。
在減壓閥的上游安裝了一個分離器，以從進入的濕蒸汽中除去夾帶的水，從而確保高質量的蒸汽通過減壓閥。

典型的減壓閥站

減壓閥下游的設備由安全閥保護。如果減壓閥出現故障，則下游壓力可能會上升到蒸汽使用設備的最大允許工作壓力以上。反過來，這可能會永久損壞設備，更重要的是，對人員構成危險。

安裝安全閥后，任何過大的壓力都會通過安全閥排出，并防止這種情況的發生。

減壓閥站中包括的其他組件是：

• 主隔離閥-關閉系統進行維護。

• 主壓力表-監視供應的完整性。

• 過濾器-保持系統清潔。

• 二級壓力表-設置和監控下游壓力。

• 二級隔離閥-在空載條件下幫助設置下游壓力。