结合经验浅议蒸汽管道设计中的几点体会

陈栋

摘要：蒸汽管道蒸汽管道是热力管道的一种，主要用于采暖、通风、空调用汽、工业用气的热力管道。本文从工艺系统和管道布置角度出发，阐述了蒸汽管道管径的合理原则、管道布置和应力的结合、蒸汽疏水系统的设置、蒸汽冷凝液的回收以及蒸汽管道布置避免水锤现象的设计要点，可供参考。

关键词：蒸汽管道；管道布置；设计要点

一、蒸汽管道管径的选择

在对蒸汽输送管道配管布置前，工艺系统应根据蒸汽需求量正确选择管道直径。如果管径过大，投资增多，热损失加大，形成的冷凝水也相应增加；如果管径过小，蒸汽使用点压力会下降，没有足够的蒸汽量．且流速过高，容易产生水锤和冲蚀。因此，要根据实际需要的流量、压力、流速来选择合适的管径。

如果管廊上的蒸汽管道布局总体向上，应逐步增大管径，按照不超过15 m/s的流速来计算管径。因为在这种情况下，冷凝水必须向下与蒸汽反向流动，降低蒸汽流速可防止管道底部的冷凝水膜厚度增加而被流动的蒸汽携带起来。

二、蒸汽管道的布置

对于公称管径DN<150 mm且温度低于230℃的一般蒸汽管道，可不进行应力计算，但对于大部分大直径的高温管道，应谨慎处理，管道布置必须符合应力计算要求。

蒸汽管道布置在管廊时，一般通过设置“Ⅱ”形补偿器吸收管道的热膨胀。管廊上蒸汽管道的“Ⅱ”形补偿器设置的位置应通过管道应力分析计算确定。常规设置如图l所示，“Ⅱ”彤补偿器宜设置在两固定点节点10和80的中部，不在中部时，其与固定点的间距不应小于两固定点间距的三分之一；“Ⅱ”形补偿器两侧应设置导向架如节点20和70，导向架与“Ⅱ”形补偿器的距离应根据管道应力确定，宜为(32 -40)DN。“Ⅱ”形补偿器的伸出段靠近弯头处如节点40和50应设置承重架，防止弯头处一次应力超限。

“Ⅱ”形补偿器固定点的推力应根据管道应力计算结果确定。计算管廊上蒸汽管道的应力和支架的推力时，蒸汽管道应作为完整的管系进行应力计算，而不是通过固定点分成几个管系进行应力计算。另外，当管廊上同时存在不同规格的蒸汽管道时，应集中设置“Ⅱ”形补偿器，管径较大、温度较高需要较大热补偿的管道宜设置在外侧，反之设置在内侧，如图2所示。各管道间距应考虑高温引起的横向位移，且各管道的固定点尽量设置在同一点，便于结构设计。

蒸汽管道布置在装置内时，特别是与动设备管嘴相连时，应通过应力分析校核管道柔性和设备管嘴载荷。工艺装置内蒸汽管道上严禁使用波纹管膨胀节来吸收管道的热膨胀，因为波纹管膨胀节价格昂贵，并且容易破坏。与动设备相连的蒸汽管道配管，通常为满足配管空间限制和应力要求，管道和应力要反复修改很多次，才能达到一致。所以，通常管道布置应参考经典模式设计，这样可提高设计工作效率。

离心式压缩机和透平机管道布置中，支架多采用弹簧支架，用于支撑阀门和管道，管嘴同轴线处加限位架。

三、疏水系统的设置

饱和蒸汽通过管道输送时，不管保温材质多好，保温厚度多厚，管道总有一定的散热损失，使蒸汽沿着主管长度方向产生冷凝。蒸汽中的冷凝水不仅使热能减少，且影响换热效果。冷凝水积聚在管道内，管道有效横截面积减小，蒸汽流速增加，甚至会超过推荐上限。更重要的是，冷凝水如果不被排除，将积聚管道内，导致冲蚀、水锤现象等问题发生。所以在蒸汽管道设计时，应采取管道坡度和疏水设置除去蒸汽中的冷凝水。

蒸汽管道布置在管廊时，如果管道布局总体向下，要有一定的坡度，坡度以1/250为宜；在30～50 m之间加一个冷凝水排放点；重新布置至高点时，最好增加汽水分离器或疏水器。如果管道布局总体向上，除逐步增大管径，且每15 m增加一个疏水点。布置疏水点时，一定要有集水槽，否则疏水点就不起作用。常规疏水系统设置根据主管尺寸设置稍有不同，具体见图3，其中疏水系统中放净阀应布置在便于操作处，疏水阀前需设置前后切断阀和检查阀。

对于过热蒸汽，局部管道热损失不会导致其降至饱和而产生冷凝液，所以一般来说，不需要设置疏水。但蒸汽管道在开车或暖管阶段会产生大量凝液，所以对于过热蒸汽管道的低点，应设排液设施。

对于蒸汽伴热管道，每根管道在冷凝液返回端必须配套疏水设置。典型的蒸汽伴热系统见图4。蒸汽伴热系统的组成为：蒸汽总管、蒸汽引入管、蒸汽分配站、蒸汽伴管，冷凝水收集站、冷凝水引出管、冷凝水总管。管道设计时应注意：蒸汽引入管从蒸汽主管顶部引出，并在靠近引出处设切断阀；为防止蒸汽窜入凝结水管网而致使系统背压升高，干扰凝结水系统正常运行，疏水阀组不宜设置旁路阀；伴管蒸汽应从高点引入，沿被伴热管道由高向低敷设，凝结水应从低点排出，应尽量减少u形弯，以防止产生气阻和液阻。管径设置见表2。

四、蒸汽凝液的回收

管廊上蒸汽凝液管道一般与蒸汽管道同层布置。当凝液管道上设“Ⅱ”形补偿器时，为防止水锤，可以设计成水平方向的“Ⅱ”形补偿器，或设计成立管为倾斜段的“Ⅱ”形补偿器。

疏水阀的出口压力决定于疏水阀后的系统压力，因此，高低压蒸汽系统的疏水阀可合用一个凝结水系统，不会互相干扰；但当疏水阀设置旁通管时，必须将不同压力的蒸汽疏水阀出来的凝液分别接至各自的凝液回收总管。为保证凝结水畅通，公称直径等于或大于50 mm的支管应顺介质流向450，斜接在凝液回收总管顶部；公称直径小于50 mm的支管可900直接在凝液回收总管顶部。凝液回收系统用的疏水阀宜选用法兰连接，疏水阀入口管道不应有袋形。当凝液回收总管高于疏水阀时，除热动力式疏水阀外，宜在疏水阀后设置止回阀。止回阀宜设置在靠近凝液主管的水平管道上，否则在停机阶段冷凝水将有可能倒流至蒸汽管道中。

五、避免水锤现象

水锤是高速流动的冷凝水丸碰撞管道安装件、阀门或设备时产生的噪声和振动。上述疏水系统的设置就是为了避免水锤现象发生，除此之外，为避免水锤现象发生，还要在管道布置中注意以下细节：

(1)分支管道的连接应该从主管道的上方取蒸汽；

(2)管道要尽量减少缩口、变径、弯道和支管；

(3)合理设置管道支撑，以防管道局部下沉；

(4)管道同心变径应使用偏心变径，底边保持平直；

(5)过滤器的滤网应当水平安装。

六、结束语

综上所述，蒸汽管道或蒸汽冷凝液管道的设计相当重要，在设计过程中，系统和配管、应力专业需要紧密配合来完成该管道的设计，既要经济合理、整齐美观，又要满足应力要求。只有这样才能保证装置安装投产后，安全长期运行。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。