张宝龙
(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)
蒸汽管网水击的分析与改造
张宝龙
(阳煤集团太原化工新材料有限公司，山西 太原 030400)
针对阳煤集团太原化工新材料有限公司蒸汽凝水管网水击现象进行分析，找到了蒸汽管网水击的原因，最后结合管网的实际情况，提出了合理的改造方案，此方案实施后消除了管网的水击现象。对消除蒸汽管网水击有一定的参考价值。
蒸汽管网;水击;方案;消除
引言
水击作为一种管道内瞬变流动的压力波，当管道内某一截面流体的流速发生改变时就会引起水击。蒸汽冷凝水管网作为一种高速流动的压力波载体，当遇到事故等异常现象时可能引起水击。阳煤集团太原化工新材料有限公司作为一家以煤、苯为原料的化工企业，蒸汽作为热源时，蒸汽凝结水管网也会出现水击现象，甚至部分管道的水锤现象非常严重。特别是当蒸汽管网温度较高时，管道内空泡的形成和溃灭时常发生，这样伴随的水击现象通常不可避免，轻则管道震动或破裂，阀门等被损坏而大量漏水，造成部分装置联锁停车；重则酿成设备损坏，人员伤亡、全公司联锁停车。因此，基于蒸汽冷凝水管网水击原因的分析并寻找改造方案至关重要。
1 管网水击原因分析
1.1 蒸汽凝水管网的概况
冷凝水主管网如图1所示，管网采用冷凝水本身的重力作用回收冷凝液。1#罐和2#罐是0.5 MPa蒸汽冷凝液储罐，伴热管线中为0.6 MPa蒸汽冷凝液，北部管线为0.6 MPa蒸汽冷凝液和少量0.5 MPa蒸汽冷凝液混合流体，其余管线多为0.6 MPa蒸汽冷凝液。各部分的蒸汽冷凝液通过同一条总管回收送往3#罐。根据现场观察，管网中震动较为严重的管线分别是管a、管b、管c和管d处，在图中用▲标注。
图1 蒸汽管网中水击严重的管网简图
1.2 管网水击的原因
1) 在实际生产中可以清楚看到在管a、b末端会产生严重的水击，通过对管a、b末端压力检测，我们发现气压力变为0.45 MPa、0.42 MPa，低于饱和蒸汽(0.5 MPa)的压力。因此，在管a、b末端，管内可能有少量凝液发生二次汽化，气体聚集形成气穴，在受压的情况下，凝液在管道内以较大的流速通过。当气穴溃灭时，凝液重新组合便会产生水击。
2) c管中水锤的存在是由于凝结水进入主回水管道。随着压力的降低，空化现象变得越来越严重，管道中的流体变成气液两相流。起初，由于气相较小，流速较低，二者处于相对层流状态。随着气体体积的增大，气体流量增大，凝结水进入湍流状态，易于形成较大气穴造成液柱分离，液柱重新组合时便会产生水击。
3) 在主回水管与伴热管之间，有时会发生水击现象，主要是由于主回水管与伴热管间压力不同造成的。主回水管中蒸汽冷凝液操作压力为0.5 MPa，而伴热管线中蒸汽冷凝液操作压力为0.6 MPa。理论上不同压力的蒸汽凝液应分别与不同的凝液回水总管连接，然而，本管网在设计时将两种不同压力蒸汽冷凝液使用了同一条回收总管。首先，0.6 MPa饱和冷凝液加入回收主管后会加剧管网汽化，汽化量的加大，流体流速增加，使得管网更容易产生液柱分离。其次，0.6 MPa冷凝液加入主管后，会引起主管流量、流速变化，而流速增加或流向的改变均会引起管道内压力的变化，由于管道内本身就存在汽化现象，压力的迅速变化会引起汽化后空泡的溃灭，从而产生水击。
2 蒸汽管网水击的改造方案
1) 如图2所示，新增一条回水管线，将1#和2#罐的蒸汽冷凝液通过新增管道送往3#罐；而伴热管线中的冷凝水则通过先前的回水管线送往3#罐，这样既能实现不同压力的蒸汽冷凝液经不同的管道分别送入3#罐，避免两种不同压力蒸汽冷凝液混合引发水击，同时还能降低主回水管压降防止汽化发生。
图2 方案示意图
2) 提高1#罐和2#罐液面的控制高度，增加管内凝液的压力。
3) 将新增管线的阀门设置在距离3#罐较近的位置，使1#罐和2#罐处阀门全开。这样做既可提高阀门前压力，防止阀前压力突变引起水击现象；也可使调节阀门减压后的凝液二次气化蒸汽迅速进入
3#罐，避免气体气穴的产生和溃灭现象发生，从而消除水击现象。
3 方案实施效果
改造方案实施前，管网中有几处发生震动，震动较为严重的分别是a处、b处和c处，另外在不同压力的冷凝水凝结出也有震动产生。而在改造方案实施以来，这几处均无异常响动产生，管网运行正常，再没有因为水击造成装置的停车。另外，此方案实现了0.5 MPa和0.6 MPa两种不同压力凝结水分别汇入回水总管。先前水击现象最严重两处(a和b管处)冷凝水通过新增管线直接送入3#罐，提高整个管网内的压力，防止了冷凝水在阀前的汽化，消除了管网的水击现象。
4 结语
通过对蒸汽冷凝水管网发生水击原因的分析，并结合管网实际情况，提出了合理的改造方案，方案实施后消除了管网的水击现象，实现了不同压力等级的冷凝水分别汇入回水总管，提高了整个管网内的压力，防止了冷凝水在管道内的汽化，消除了水击对蒸汽管网的冲击，同时对其他企业改造蒸汽管网，消除水击现象有一定的参考价值。
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Analysis and reform on water hammer in steam pipe system
ZHANG Baolong
(Yangquan Coal Industry Group Taiyuan New Chemical Materials Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030000, China)
This paper mainly discusses the water hammer in Yangquan Coal Group Taiyuan Chemical Industry and New Materials Company. The reasons for the water hammer in steam pipe network are found. Finally, a reasonable solution is proposed in conjunction with the pipe network. After the implementation of scheme, the water hammer phenomenon is eliminated in pipe network, providing some reference value in eliminating water hammer in steam pipe network.
steam pipe network; water hammer; solution; elimination
2017-05-16
张宝龙，男，1987年出生，2014年毕业于太原理工大学，硕士学位，工艺技术员。
10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.04.34
TQ053.6
A
1004-7050(2017)04-0098-02
生产与应用
