浅谈蒸汽凝结水管径计算

曲舵 马银红

摘要：本文根据蒸汽凝结水管道中流体流动的不同状态，将工程中凝结水回收系统的管路分为不同的阶段，结合其常见的工程算法，分别对不同类型的蒸汽凝结水管道，介绍了不同的管径确定方法，并总结和提出了在设计及计算过程中需要注意的一些常见问题。

关键词：蒸汽凝结水 管径 计算

引言

蒸汽作为集中供热系统的热媒 ,可以同时解决采暖、洗浴、医院、工业等不同用户的用热问题，应用极为普遍[1]。蒸汽在供热系统内流动过程中由于传热、压降发生相态变化，变成凝结水[2]。

在现有的工业、民用甚至市政项目中，蒸汽在用汽设备中被使用的实际上仅仅是其潜热，蒸汽的显热—蒸汽凝结水所具有的热量价值及未被污染的蒸汽凝结水本身所具有的洁净软水的价值被全部排入下水道，导致环境热污染和能源浪费。

在蒸汽作为热媒被利用的过程中，未被污染的蒸汽凝结水可以直接作为锅炉给水。一般来说，饱和凝结水平均含有蒸汽热能的20%～50%左右[3、4]，如不回收，不但损失热能，也将增加锅炉给水处理费用，增加锅炉排污量及由此带走的热损失。因此，蒸汽凝结水回收系统的设计无疑将带来可观的经济效益、环境效益及社会效益。而在蒸汽凝结水回收系统的设计过程中，蒸汽凝结水管道的管径计算是其中一个必要又有难度的环节。

一、常用管径确定方法

蒸汽凝结水通常情况下为汽水混合物，其管径计算方法比较复杂，详细而精确的算法并不适合工程设计。因此，在工程设计时，设计人员通常采取将蒸汽凝结水管道的水力计算条件作出不同的简化，进而衍生出不同的确定凝结水管径的方法。

其一是根据多年的工作经验，采取将凝结水管径确定为比相应的蒸汽管道管径小1~2号；或者将蒸汽凝结水管道视为纯高温热水，忽略其含汽部分，近而采用计算高温热水管径的方法来计算凝结水管道；还有将查表与水力计算相结合的方法，这种方法在相关书籍中有一定的介绍，但有些介绍并不完善，这种方法在本文第三部分余压凝结水管径计算方法的介绍中将加以完善。

二、 管径分类计算方法

其实，上文介绍的这几种蒸汽凝结水管径确定方法都有失片面。准确来讲，不同类型的凝结水管道，有不同的管径确定方法。下面根据蒸汽凝结水管道中流体流动的状态分类来分别介绍其管径确定方法。

理论上来讲，蒸汽凝结水管道中流体的流动状况常表现为满管流动、非满管流动及两相满管流动三种情况[5]。

1.满管流动是指单相的纯凝结水的满管流动，其流动规律与流动狀态与热水管道基本一致，可视为热水管道。满管流动的凝结水管道管径计算方法按照热水管道的管径计算公式或查热水管道管径选择图表即可。

热水管道管径计算公式如下：

其中，qm为工作状态下的质量流量，w为工作状态下的流速，ρ为工作状态下的密度。

据此，选取合适的流速，即可算出满管流动凝结水管道的管径。

工程设计当中，此种类型的凝结水管道常位于凝结水回收装置之后，如厂区的凝结水管道。其管径计算可按热水管道管径计算方法确定，只是凝结水管道由于加压后饱和水成分部分汽化，仍为汽水混合物，又凝结水输送通常非连续进行，故应适当考虑凝结水回收的最大流量，如设蒸汽流量为10t/h，凝结水最大流量可考虑增大50%，即15t/h。此种估算方法非绝对，仅为经验值。当管道压力高时，可适当放大压损，取较小管径；当管道压力低时，应减小压损，取较大管径。

另，站房内部凝结水回收装置最大处理水量也应取凝结水量的1.5倍。

2.非满管流动是指凝结水管道中的流体由汽水两相组成，汽与水分层，或汽与水分段两相非满管流动。整个管道的横断面，不完全充满水或不完全充满均匀分布的汽水混合物。非满管流动的凝结水管道流体流动状况极为复杂。

工程设计当中，此类凝结水管道常位于汽水换热设备与疏水装置之间。在工程设计当中，多数情况下此段凝结水管道只需概略计算即可，故选取管径常常查相关图表确定。

3.两相满管流动是指凝结水管道中的流体是乳状的汽水混合物，满管两相流动。其流动规律可认为与热水管道相似，但管内流体的密度其实是汽水混合物的密度。此种凝结水管道亦称余压凝结水管道。

工程设计当中，此种凝结水管道常位于疏水装置之后，凝结水加压装置之前。计算方法简述如下：

1.1根据凝结水管道介质流向，确定凝结水起始点压力p1，假定凝结水管道终点压力p2；

1.2由 得出起点和终点的压差 ，由此压差查汽水混合物平均密度 ；

1.3根据凝结水流量qm查余压凝结水管道计算图，根据压力损失R及流速w取适当的管径DN；

1.4再经密度修正： ， ；

1.5最后，也是最关键的一步，即根据密度修正后的压力损失，即实际压力损失，计算终点的实际压力P2，若P2≈P2,则说明此管径可取，否则，须重新假定凝结水管道终点压力，重新按照上述步骤计算，如此反复，直到得出使假定终点压力与实际终点压力大致相等的管径方可。

上述计算步骤中，最后一步校验尤为重要，不可省略。

三、 小结

工程设计当中，有些时候并不过度精确要求蒸汽凝结水的管径计算，所以很多情况下并不会详细的计算各种流动状态下的凝结水管道的管径，而是将整个凝结水系统都简化视为汽水混合物满管流动或高温热水管道满管流动，这需要视具体情况而定。但无疑凝结水管道管径确定不可过大也不可过小，管径过大则增大了散热面积，造成不必要的热量损失，同时造成管材的浪费，成本的提高；管径过小无疑会增加系统阻力，造成不必要的压力损失，甚至致使凝结水回收困难。因此，合理分析，配合计算，确定合适的凝结水管径，对于做好蒸汽凝结水回收系统设计非常重要。

参考文献：

[1] 高鲁锋，蒸汽供热管网凝结水损失的影响因素及其分析[J].能源工程，2008（1）：50-54.

[2] SU S P, CUNDYV A. Heat loss in insulated pipe-the influence of thermal contact resistance: a case study [J]. Composites PartB: Engineering, 1996,27(1):85 - 93.

[3] 徐荣军，炼油厂凝结水回收技术，河南化工，2003，32（7）：32~33

[4] 蔡文海，蒸汽凝结水回收技术的几个问题，能源与环境，2005，23（2）：34~35

[5] 实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008:639-644.