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減溫減壓裝置
發(fā)布時(shí)間：
2023-10-16 09:15
減溫減壓裝置工作原理和應(yīng)用
一、 減溫減壓裝置的工作原理
當(dāng)供應(yīng)的高溫高壓過(guò)熱蒸汽輸送到各用汽點(diǎn)后，必須先進(jìn)入減壓減溫裝置，將過(guò)熱蒸汽的壓力和溫度降至接近所要求的飽和狀態(tài)（一般為接近飽和溫度3-5℃）后，再送到折成換熱設(shè)備使用。
有兩種最基本的減溫器形式。
1. 非接觸式
冷卻蒸汽的介質(zhì)不和被冷卻的過(guò)熱蒸汽直接接觸。較冷的液體、氣體和蒸汽均可以用作冷卻介質(zhì)。周?chē)諝庖部梢杂米骼鋮s介質(zhì)。這種類(lèi)型的減溫器如同殼管式換熱器。過(guò)熱蒸汽進(jìn)入換熱器的一側(cè)，冷卻介質(zhì)進(jìn)入換熱器的另一側(cè)。當(dāng)過(guò)熱蒸汽的溫度進(jìn)行控制，可以調(diào)節(jié)：進(jìn)口過(guò)熱蒸汽的流量，或者冷卻介質(zhì)的流量。
2. 直接接觸式
用來(lái)冷卻蒸汽的介質(zhì)（通常為水）直接和過(guò)熱蒸汽混合，如下圖的文丘利和直接噴射型減溫減壓系統(tǒng)。
過(guò)熱蒸汽首先減壓后進(jìn)入減壓器。冷卻水直接與過(guò)熱蒸汽混合，吸收過(guò)熱蒸汽的熱量并蒸發(fā)成蒸汽。而過(guò)熱蒸汽則被冷卻。一定量的冷卻水通過(guò)減溫器內(nèi)部的霧化和混合裝置被加入。加入冷卻水量的控制是通過(guò)測(cè)量減溫器下游的蒸汽溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以能產(chǎn)生干燥的蒸汽。這樣就可以避免下有管道和設(shè)備的損壞及沖蝕。
所有的直接接觸式減溫器都必須將進(jìn)入的水打碎成小水滴，以增加水的表面積/體積比。水的表面積/體積比越大，水滴的蒸發(fā)速度越快，蒸汽降溫越快。產(chǎn)生小水滴的過(guò)程通常稱(chēng)為“霧化”。噴入減溫水的霧化質(zhì)量的好壞，將直接影響減溫系統(tǒng)的控制性能，不同類(lèi)型的減溫器采用不同的減溫水霧化方法。
值得引起注意的是物化的水滴與蒸汽混合，水滴蒸發(fā)（同時(shí)蒸汽冷卻）是一個(gè)需要時(shí)間的過(guò)程，不會(huì)瞬間完成。因此，大部分的減溫過(guò)程不是發(fā)生在減溫器內(nèi)部，而是在減溫器出口的下游管道內(nèi)。所以，對(duì)一個(gè)良好的見(jiàn)聞起來(lái)說(shuō)，安裝其下游的管道設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。
以上所述我們不難理解為什么冷卻水滴和過(guò)熱蒸汽需要一段混合良好的時(shí)間。如果混合不良，水分不能從過(guò)熱蒸汽中有效吸收熱量，水滴的蒸發(fā)過(guò)程就不徹底，造成減溫器下游有水滴溢出，減溫器出口溫度無(wú)法控制。因此，水滴應(yīng)該盡可能長(zhǎng)時(shí)間的懸浮在下游管道中。為了確保這一點(diǎn)，下游管道應(yīng)該保持相對(duì)高的流動(dòng)速度以維持下游管道足夠的湍流。該速度要高于一般的蒸汽分配系統(tǒng)的蒸汽流速。這就是為什么減溫器和相應(yīng)的管道通常（并非所有）要比蒸汽分配系統(tǒng)管道小。
用于冷卻的水源通常選擇：鍋爐補(bǔ)給水、脫礦水、去離子水、凝結(jié)水。
城市用自來(lái)水或制程用水也可能使用，但取決于給水的硬度。水垢可能會(huì)積聚在減溫器冷卻水噴口內(nèi)部和減溫器下游管道的內(nèi)壁表面。
通常，冷卻水溫度越高越好，這是因?yàn)闊崴伪壤渌挝蛰^少的熱量達(dá)到蒸發(fā)溫度，因此蒸發(fā)快，從而產(chǎn)生更加高效的減溫效果。使用熱水也減少水跌落到管道內(nèi)壁的量。因此應(yīng)該對(duì)給水管道進(jìn)行保溫。通過(guò)水控制閥需要壓力降。我們前面說(shuō)過(guò)水應(yīng)該盡可能的熱，但應(yīng)避免通過(guò)控制閥產(chǎn)生閃蒸。
為了噴入冷卻水，減溫器噴嘴處的壓力必須等于或大于管道內(nèi)操作蒸汽的壓力。不同類(lèi)型減溫器對(duì)壓力的要求不同但通常最小的壓力值如下：
噴射性減溫器 蒸汽壓力 +0.5bar
文丘利型減溫器 蒸汽壓力 +0.1bar
蒸汽霧化型減溫器 和蒸汽壓力相同
對(duì)于噴射型和文丘利型減溫器，在最大水流量時(shí)需要最大的壓力。值得注意，水流量與冷卻水和蒸汽的壓差的平方根成正比。因此如果水流量增加4倍，則差壓要增加42=16。
如果使用了一個(gè)獨(dú)立或者增壓泵，則需要一個(gè)回流系統(tǒng)確保一直有水通過(guò)泵。
冷卻水耗量計(jì)算
必須加入足夠的水來(lái)冷卻蒸汽至所需的溫度；如果水量不足蒸汽不能充分的冷卻，相反如果水量過(guò)多可能會(huì)產(chǎn)生濕飽和蒸汽．從而導(dǎo)致下游管道和設(shè)備的沖蝕。 使用以下的焓平衡方程，可以方便、快速計(jì)算所需的冷卻水量：
Ms x(hi—hd)=Mw x(hd-hw)
Mw=[Ms X(hi-hd)]/(hd-hw)
其中
Mw=冷卻液的量 kg／h
Ms=過(guò)熱蒸汽量 kg／h
hi=過(guò)熱狀態(tài)蒸汽的焓 kJ，kg
hd=減溫狀態(tài)后的蒸汽焓 kJ／kg
hw=冷卻液的焓 kJ／kg
二、減溫器的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型
減溫器應(yīng)對(duì)環(huán)境條件的變化、蒸汽溫度或流量的變化進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)補(bǔ)償。其選擇取決于以下列因素：
操作壓力
操作溫度
蒸汽流量
減溫前后的過(guò)熱度
所需要的調(diào)節(jié)比
可以提供的水壓(如果沒(méi)有足夠的壓力可能需要一個(gè)增壓泵)
最終溫度的所需控制精度
有3種不同類(lèi)型的減溫器，每個(gè)減溫器均根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)以滿足其特定的過(guò)程需要：
（1）噴射型減溫器，（2）文丘利型減溫器，（3）蒸汽霧化型減溫器。
以下將介紹不同類(lèi)型的減溫器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
1、文丘利型減溫器
文丘利型減溫器利用節(jié)流產(chǎn)生高速區(qū)和湍流來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)蒸汽和冷卻水的完全接觸，從而達(dá)到最大的減溫效果。減溫過(guò)程通過(guò)三個(gè)階段來(lái)完成：
第一階段的減溫發(fā)生在內(nèi)部擴(kuò)散器內(nèi)。部分蒸汽在內(nèi)噴嘴內(nèi)加速并對(duì)噴入的水進(jìn)行霧化。 減溫的第二階段是來(lái)自內(nèi)部擴(kuò)散器的飽和狀霧和剩余的蒸汽在主擴(kuò)散器內(nèi)混合。主擴(kuò)散器本身通過(guò)對(duì)蒸汽限流產(chǎn)生高速，因此在該區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，完成第二階段的減溫。第三階段，也是最后的減溫階段發(fā)生在減溫器的出口下游管道內(nèi)．在該階段中懸浮在蒸汽中的剩余水滴蒸發(fā)．這樣在減溫器的下游某一點(diǎn)達(dá)到最終要求的溫度。
本裝置將冷卻水和管道內(nèi)壁接觸的可能性降低到最小．具有最小的管道沖蝕和最大的減溫效果。文丘利減溫器的高速混合效果最大。蒸汽流量調(diào)節(jié)比根據(jù)實(shí)際的工況變化而變化，對(duì)水平安裝的減溫器其調(diào)節(jié)比一般為4：1，對(duì)垂直安裝的減溫器其調(diào)節(jié)比可以達(dá)到超過(guò)5：1。在和設(shè)計(jì)良好的減壓站一起使用，其蒸汽流量調(diào)節(jié)比能改進(jìn)并超過(guò)5：1。
如果蒸汽流量的調(diào)節(jié)比超出單個(gè)減溫器的能力范圍，則可以使用兩個(gè)減溫器并聯(lián)使用，并根據(jù)蒸汽流量的變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。
文丘利型減溢器特點(diǎn)
調(diào)節(jié)比一般能滿足大部分的工廠應(yīng)用，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用，壓力比較低。
操作簡(jiǎn)單．沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。
控制精確，通常可以達(dá)到飽和溫度TsAT+3℃。
適用于穩(wěn)定或變蒸汽條件的應(yīng)用。
2、完整的噴射型減溫器
一個(gè)完整的噴射型減溫器安裝方便．它包括噴射噴嘴組件、熱套管和法蘭連接的殼套。
這是最簡(jiǎn)單的一種減溫器，冷卻液通過(guò)一個(gè)或多個(gè)霧化噴嘴噴入蒸汽流中。霧化噴嘴位于減溫器的中心軸上，冷卻液以和蒸汽相同的方向噴入蒸汽。
該減溫器中包括一個(gè)熱套管．過(guò)熱蒸汽可以通過(guò)熱套管和管殼內(nèi)徑之間的環(huán)形面。熱套管提供了一個(gè)熱表面，它可以使噴射液快速蒸發(fā)，同時(shí)可以保護(hù)減溫器的管殼免受沖蝕。熱套管的工作可以使減溫器在系統(tǒng)處于低負(fù)荷一噴嘴的霧化不是最有效時(shí)，確保系統(tǒng)的有效操作。
噴射型減溫器特點(diǎn)
操作簡(jiǎn)單。沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件。
費(fèi)用低。
零蒸汽壓力降。
低的流量調(diào)節(jié)比能力
接近飽和蒸汽溫度的能力低(一般最好為T(mén)sAT+5℃)。
容易引起蒸汽管道內(nèi)壁的沖蝕。使用內(nèi)部熱套管可以克服該問(wèn)題．同時(shí)也有助于水分的蒸發(fā)。
應(yīng)用：比較穩(wěn)定的蒸汽負(fù)荷，比較穩(wěn)定的蒸汽溫度，比較穩(wěn)定的冷卻水溫度
3、蒸汽霧化型減溫器
本類(lèi)型減溫器使用輔助的高壓蒸汽在減溫器的擴(kuò)散器內(nèi)對(duì)進(jìn)入的冷卻水進(jìn)行霧化。輔助蒸汽的壓力至少是減溫器進(jìn)口蒸汽壓力(表壓)的1．5倍．其最小壓力要求為3 barg。一般，霧化蒸汽的流量為主蒸汽流量的2％一5％。減溫過(guò)程分兩個(gè)階段完成。
第1過(guò)程在擴(kuò)散器內(nèi)完成，冷卻水被高速的霧化蒸汽霧化。在減溫的第2階段，來(lái)自擴(kuò)散器的飽和狀霧和主管道內(nèi)的蒸汽混合。蒸發(fā)過(guò)程發(fā)生在減溫器出口的管道內(nèi)．在出口管道內(nèi)殘留的水分懸浮在蒸汽中并逐漸蒸發(fā)，這樣在減溫器下游的某一點(diǎn)達(dá)到最終要求的溫度。
蒸汽霧化型減溫器特點(diǎn)
冷卻液由主蒸汽流的中心引入。
冷卻液沿蒸汽流方向噴八蒸汽。
良好的調(diào)節(jié)比。蒸汽流量的調(diào)節(jié)比最大可能達(dá)到50：1．但最有效的操作和控制的調(diào)節(jié)比大約為20：1。對(duì)冷卻液的調(diào)節(jié)比，數(shù)據(jù)相同。
結(jié)構(gòu)非常緊湊，在所有的減溫器中其長(zhǎng)度最短。
壓力降可以忽略
適用于蒸汽流量變化很大，需要高的調(diào)節(jié)比的應(yīng)用
三、減溫器以及控制部件的安裝方位
減溫器可以水平或者垂直安裝，垂直方向安裝時(shí)蒸汽必須向上流動(dòng)。斯派莎克強(qiáng)烈反對(duì)蒸汽向下流動(dòng)的垂直方向安裝。對(duì)于水平方向安裝的減溫器．理想的安裝方向是冷卻水的連接口向下(蒸汽霧化型減溫器的霧化蒸汽連接口也同樣)。其他方向也能達(dá)到滿意的操作，但排水效果要較差。
對(duì)于垂直安裝．我們建議冷卻水管道(和如果需要霧化蒸汽管道)應(yīng)該從下方連接至減溫器的相應(yīng)連接口。這種布置方式確保在關(guān)閉后有最佳的排水效果。
減溫器和加壓閥之間的距離
在減壓和減溫的應(yīng)用中，減溫器應(yīng)位于減壓閥下游至少5倍的管經(jīng)或1．5米處(系統(tǒng)圖中的距離A)。
壓力感應(yīng)器至少位于減溫器出口法蘭的下游1．5米處。但理想的位置是壓力感應(yīng)器應(yīng)該位于蒸汽使用點(diǎn)．這樣壓力控制閥可以補(bǔ)償減溫器和使用點(diǎn)之間任何管道壓力損失。
噴水點(diǎn)和溫度感應(yīng)器之間的距離是至關(guān)重要。如果感應(yīng)器過(guò)分接近噴水點(diǎn)，水分的蒸發(fā)會(huì)不充分，溫度感應(yīng)器會(huì)給出錯(cuò)誤的讀數(shù)。溫度感應(yīng)器的位置取決于很多因素．其中最重要的是剩余過(guò)熱度的值。下表可以作為參考。
|
蒸汽剩余過(guò)熱度℃ |
所示的距離 B（米） |
|
5 |
7.50 |
|
10 |
6.80 |
|
15 |
6.25 |
|
30 |
5.00 |
|
50 |
3.70 |
|
100 |
2.50 |
維持恒定的供給蒸汽壓力很重要。
減溫器后的蒸汽溫度控制加水的量。溫度越高，控制閥打開(kāi)越大、加入的水越多。通常減溫的目標(biāo)是將過(guò)熱蒸汽的溫度降低到蒸汽飽和溫度以上很小的范圍內(nèi)。但是．如果供給的蒸汽壓力上升．其對(duì)應(yīng)的飽和溫度也上升。而控制器的設(shè)定值沒(méi)有改變，這樣控制系統(tǒng)為了達(dá)到設(shè)定的溫度值將會(huì)加入額外的水量，這樣會(huì)導(dǎo)致蒸汽很濕，從而產(chǎn)生很多問(wèn)題。
在有些應(yīng)用中蒸汽不能帶有水分，在這些應(yīng)用中建議在減溫器的下游安裝一汽水分離裝置。這樣可以保護(hù)下游管道和設(shè)備免受在控制系統(tǒng)失效或者非正常操作情況下如啟動(dòng)階段時(shí)水分的侵害。在減溫后的蒸汽溫度接近飽和溫度或者大調(diào)節(jié)比的應(yīng)用(例如，對(duì)于噴水型減溫器，調(diào)節(jié)比>2：1：對(duì)于文丘利型減溫器，調(diào)節(jié)比>3：1：對(duì)于蒸汽霧化型減溫器，調(diào)節(jié)比>5：1)在下游也建議安裝汽水分離裝置。 汽水分離裝置必須安裝在溫度感應(yīng)器的下游，這樣使水分有足夠的時(shí)間蒸發(fā)。和汽水分離裝置配套使用的疏水閥應(yīng)該能防止空氣的堵塞，從疏水閥出來(lái)的排放管應(yīng)該具有足夠的能力以排放冷卻水并近可能地垂直安裝。
建議在冷卻水的供給管道上安裝過(guò)濾器以保護(hù)控制閥和減溫器的小孔堵塞。同時(shí)建議在過(guò)熱蒸汽壓力控制閥的上游安裝過(guò)濾器。
在涉及到減壓控制的應(yīng)用中，在減壓閥的下游應(yīng)安裝安全閥以備出現(xiàn)下列情況時(shí)保護(hù)減溫器和下游的設(shè)備：
壓力控制系統(tǒng)失效時(shí)出現(xiàn)超壓
壓力控制系統(tǒng)失效時(shí)出現(xiàn)超溫。
減溫器和下游設(shè)備必須能滿足過(guò)熱蒸汽的最高溫度限制．以確保在壓力和溫度控制系統(tǒng)失效時(shí)系統(tǒng)安全。
當(dāng)考慮整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該牢記減溫器只是減溫系統(tǒng)的一個(gè)部件。很顯然，如果所安裝的控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)比低于減溫器，則整個(gè)減溫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)比也降低。例如，在一個(gè)特定的減溫減壓系統(tǒng)中，如冷卻水控制閥的調(diào)節(jié)比低于減溫器，則冷卻水控制閥的調(diào)節(jié)比將限制整個(gè)減壓減溫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)比。
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