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蒸汽管道水击问题的危害和解决

文章作者:上海大有 发表日期:2020年3月26日
1 水击的形成 随着城市化进程的加快,以前位于市区范围内的老电厂、区域锅炉房等热源单位逐渐搬迁至郊区、工业集中区等距离市区较远的地区。而老城区内依然存在着较大的用热需求,不仅有原有的用热单位,而且有新发展的高档办公楼、商场、小区等更需要有充分的热能资源供应。如果距离城区较远的热源点向主城区进行供热,就存在着管网过长、用热单位时间性较强(如大部分非工业用汽都集中在白天)等特性,就会造成蒸汽管网冷凝水过多,形成水击现象。在正常运行的蒸汽管道中,因管壁散热等原因会形成一定数量的冷凝水。下面以工作DN200,保温厚度100mm,外保护管DN500为例计算冷凝水的形成量:管 段 内 饱 和 蒸 汽 的 凝 结 水 量 公 式Gc=3.6qL/r式中 Gc为形成凝结水量,kg/hq为管道单位长度热损失,W/mr为汽化潜热,查表得1.2MPa下数值为985.7kJ/kgJ为管线长度,取5000m。其q=K*S*△k(K为保温材料导热系数,取工程中常用的超细玻璃棉导热系数K=0.056W/m*k,S为散热面积,△k为温度差,取250开尔文),经计算,q=18.4W/m。所以 ,Gc=336kg/h。根据上述计算,该例中5000米长的蒸汽管道每小时产生336kg的冷凝水,如果不及时排出,被汽流推送到某低洼处集中,很容易形成水击。 2 水击的危害 水击是在排水系统中,由于各种原因(压力突然变化等)水流速度或流量突然变化,造成管道中压力(压强)瞬间急剧上升,产生巨大破坏力的现象。水击形成后,以压力波的形式在管道内传播,因蒸汽管道内是蒸汽与冷凝水的混合物,且水击流是相当不稳定的,不能以理想状态的单一流体来计算水击的最大破坏压力。在蒸汽管网运行实践中,对水击破坏的盲板进行分析计算后,发现蒸汽管网水击的瞬时压强最大可达正常运行压力的10倍左右。如此强大的压力作用在管道及管道附件上时,就会造成管道及管道附件的损坏。容易损坏的管道附件有: 2.1 补偿器 补偿器是为了补偿蒸汽管道热伸长量而设置的柔性装置。因市区道路旁管线空间狭小,目前市区直埋管道基本使用的都是波纹管补偿器。波纹管补偿器的优点是占地小,安装方便;而其缺点是使用寿命短(一般的伸缩次数为1000次,其后会金属疲劳),不锈钢波纹管厚度小,承受压力低,容易被水击破坏。 2.2 控制阀等法兰连接处 因控制阀与管道连接大多数为法兰连接,而且控制阀本身也有法兰连接的部位,所以在发生水击时,法兰连接处就成为薄弱环节,水击极度容易就可以将密封垫片破坏。 2.3 流量计 不管是孔板流量计或者涡街式流量计,其中的取压空或震动传感器都容易被水击强大的压力破坏,导致流量计损坏或失准。 2.4 弯头 水击作用在弯头处的力量相当强大,如果弯头焊接时的强度稍弱,其焊口容易被破坏。 2.5 盲板 管道三通处或末端设置盲板的,如果盲板的厚度稍薄或盲板未焊接加强筋,盲板钢板狠容易被水击破坏。 3 水击的解决办法 3.1 管网规划时要合理 尽量在管道末端设置连续用热单位,并将非连续用热单位与连续用热单位搭配设置在同一条管线上,尽量避免将非连续用热单位全部设置在一条管线上 3.2 管网施工时合理设计、严格按图施工、因地制宜管网设计时,应该尽量避免采用直埋的敷设方式,尽量采取沿背街背巷、河边、绿化等处低架或高架敷设。在架空管道中,应按规范设置管道的坡度,在最低点设置疏水装置,如管网较长,应至少每隔500米左右设置疏水装置。如不可避免采用直埋的方式敷设,应尽量根据地形地貌采用自然补偿的方式或者采用方形补偿器,在不得已使用波纹管或套筒补偿器时,应在补偿器的位置按规范设置检查井。直埋管道施工时,土建沟槽坡度要达到设计和规范要求,在最低点必须设置积水装置和疏水装置。所以就要求在管道设计时就精确测量管线并详细调查地形地貌,把最低点设置在有位置安装疏水装置的地点。 3 . 3 管网运行时要根据实际用户性质和管网现状制定操作规范并严格执行比如在管网停汽后送汽时,要先充分暖管,排放冷凝水,然后慢慢提压。可以在规范制定过程中,详细到每个步骤需要多少时间,每个时间需要操作哪些阀门,每个节点有哪些专人负责。在正常运行过程中,要日常巡查每个疏水点是否正常疏水,一旦发现疏水阀损坏,必须及时更换。 3 . 4 在管网日常运营中做好巡查、改造工作在管网运行时及每次停、送汽时,都要做好巡查和记录工作,在哪段冷凝水较多,哪段水击容易发生,都要做好记录和分析工作。冷凝水较多的管段,一般来说是因为保温问题,可以在管道检修时进行完善。在容易发生水击的管段,一般是因为坡度设置错误或者疏水阀未排水,如果坡度设置错误,就因该在管道实际最低处加装疏水装置,如果疏水阀未排水或排水量小,则需要更换疏水阀。 3.5 水击发生时如何处理 如果在送汽、开汽过程中,管网发生水击现象,架空管道表现为抖动,有撞击声,直埋管道表现为地面震动,有撞击声。水击抖动、震动的幅度和频率以及声音根据水击压力的大小而异,水击压力越大,则表现越明显。如果在操作过程中遇到水击,大体可按以下过程处理:第一,立即通知上游阀门,关闭蒸汽或减小来汽压力。(上游阀门关闭时,阀门前疏水应保持疏水)第二,保持引起水击的阀门前疏水的正常疏水。第 三,对操作引起水击的阀门的处理。根据经验,如果水击的程度较小,可以极缓慢的减小此阀门的开度,降低阀前管段流体的流动速度,直至关闭阀门,消除水击。减小此阀门开度的速度需根据水击的强度、撞击的频率来判断。根据经验,一般来说,对轻微水击,可每10分钟降低开度五分之一圈,直至关闭。根据操作经验,如果水击强度较大,应在进行(1)、(2)过程的基础上尽量稳定造成水击阀门的开度,以免盲目关闭此阀门造成水击的反弹。在水击减弱后缓慢降低此阀门的开度。对阀门进行操作时尽量使用较长的操作工具,操作人员做好劳动保护并距离阀门一定距离。如果是架空管道,可自制较长的F型扳手,如果是直埋管道井内的阀门,可自制较长操作叉进行操作。如果水击已经造成了蒸汽的泄露,要在关闭上游阀门及疏水、排汽的同时,做好安全警示工作,特别是在市区道路人员较多处,要保持足够的安全距离。 以上是在蒸汽管网运行时水击方面问题的分析,再根据实际生产中总结的经验得出的针对性的解决办法,以期能对城市蒸汽管网的安全运行有相应的作用。
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