单元6 蒸汽采暖系统

供热工程,GONG RE GONG CHENG,单元6 蒸汽采暖系统,单元6 蒸汽采暖系统,知 识 目 标：1、熟悉蒸汽采暖系统的基本原理和特点； 2、熟悉常见蒸汽采暖系统形式 ；3、掌握蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备安装方法；4、掌握低压蒸汽采暖系统的水力计算方法；5、掌握高压蒸汽采暖系统水力计算方法。 能力目标：1、能熟练运用常用的水力计算图表，能够进行一般蒸汽采暖系统的水力计算；2、能够进行蒸汽采暖系统的管路及设备的布置与安装；3、能够进行蒸汽采暖系统附属设备的选择及安装。,目 录,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,课题2 蒸汽采暖系统,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,1,2,3,4,课题5 高压蒸汽采暖系统的水力计算,5,以水蒸汽作为热媒的采暖系统称为蒸汽采暖系统。图6-1是蒸汽采暖系统的原理图。水在锅炉中被加热成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽靠自身压力作用通过管道流入散热器内，在散热器内放热后，蒸汽变成凝结水，凝结水经过疏水器后沿凝结水管道返回凝结水箱内，再由凝结水泵送入锅炉重新被加热变成蒸汽。,6.1.1蒸汽采暖系统的基本原理,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,图6.1 蒸汽采暖系统原理图l-蒸汽锅炉；2-散热器；3-疏水器；4-凝结水箱；5-凝水泵；6-空气管,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,蒸汽采暖系统的凝结水回收方式，应根据二次蒸汽利用的可能性及室外地形，管道敷设方式等决定，可采用以下几种回水方式：（1）闭式满管回水；（2）开式水箱自流或机械回水；（3）余压回水。,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,散热设备的热负荷为Q时，散热设备所需的蒸汽量可按下式计算 式中 Q散热设备的热负荷，W； G所需的蒸汽量，kgh； 蒸汽在凝结压力下的汽化潜热，kJkg； A单位换算系数，1W=l JS=36001000 kJh=3.6 kJh。,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,与热水相比，蒸汽作为热媒有如下特点：（1）用蒸汽作为热媒，可同时满足对压力和温度有不同要求的多种用户的用热要求。 （2）蒸汽在散热设备内定压放出汽化潜热，热媒平均温度为相应压力下的饱和温度。 （3）蒸汽和凝结水在管路内流动时，状态参数(密度和流量)变化大，甚至伴随相变。 （4）蒸汽密度比水小，适用作高层建筑高区的(特别是高度大于160m的特高层建筑)采暖热媒，不会使建筑物底部的散热器超压。（5）蒸汽热惰性小，供汽时热得快，停汽时冷得也快。（6）蒸汽流动的动力来自于自身压力。 （7）用蒸汽作热媒时，散热器和管道的表面温度高于100。以水为热媒时，大部分时间散热器表面平均温度低于80。 （8）蒸汽管道系统间歇工作。,课题1 蒸汽采暖系统的基本原理和特点,课题2 蒸汽采暖系统,（1）根据蒸汽压力大小不同可分：高压蒸汽采暖系统(表压0.07MPa)、低压蒸汽采暖系统（表压0.07MPa）和低真空蒸汽采暖系统(绝对压力0.1Mpa)。根据供汽汽源的压力、对散热器表面最高温度的限度和用热设备的承压能力来选择高压或低压蒸汽采暖系统。工业建筑及其辅助建筑可用高压蒸汽采暖系统。低真空采暖系统因需要抽真空设备，同时运行管理复杂，国内外用得都很少。（2） 根据立管的数量可分：单管蒸汽采暖系统和双管蒸汽采暖系统。单管系统易产生水击和汽水冲击噪声，所以多采用垂直双管系统。,6.2.1 蒸汽采暖系统的类型,（3）根据蒸汽干管的位置可分：上供下回式、中供式和下供下回式。其蒸汽干管分别位于各层散热器上部、中部和下部。为了保证蒸汽、凝结水同向流动，防止水击和噪声，上供下回式系统用得较多。（4）根据凝结水回收动力可分：重力回水和机械回水。（5） 根据凝结水系统是否通大气可分：开式系统(通大气)和闭式系统(不通大气)。（6）根据凝结水充满管道断面的程度分为：干式回水和湿式回水。,课题2 蒸汽采暖系统,6.2.2.1 重力回水低压蒸汽采暖系统图6-2为重力回水低压蒸汽采暖系统原理图。,图6-2 重力回水低压蒸汽采暖系统(a)上供式；(b)下供式l-锅炉；2-蒸汽管；3-干式自流凝结水管；4-湿式凝结水管；5-空气管；6-散热器；7-截止阀；8-水封,6.2.2 低压蒸汽采暖系统的形式,课题2 蒸汽采暖系统,6.2.2.2 机械回水低压蒸汽采暖系统机械回水低压蒸汽采暖系统的主要特点是供汽压力小于0.07MPa以及凝结水依靠水泵的动力送回热源重新加热。图6-3为中供式机械回水低压蒸汽采暖系统原理图。,图6-3 中供式机械回水低压蒸汽采暖系统l-蒸汽管；2-凝结水管；3-回热源的凝结水管；4-空气管；5-通气管；6-凝结水箱；7-凝结水泵；8-止回阀；9-散热器；lO-截止阀；11-疏水器,课题2 蒸汽采暖系统,图中的高度h应满足防止凝结水泵汽蚀的需求，见表6-1。机械回水低压蒸汽采暖系统，适用于较大型系统。,表6-1 凝结水泵的凝水温度、最大吸入压力、最小正压力,课题2 蒸汽采暖系统,6.2.3.1 高压蒸汽采暖系统的技术经济特性凡压力大于70kpa的蒸汽称为高压蒸汽。高压蒸汽与低压蒸汽相比，有下列特点：（1）供汽压力高，流速大，系统作用半径大，但沿程管道热损失也大。对于同样的热负荷，所需管径小；但如果沿程凝结水排除不畅时，会产生严重水击；（2）散热器内蒸汽压力高，表面温度也高，对于同样的热负荷，所需散热面积少；但易烫伤人和烧焦落在散热器上的有机尘，卫生和安全条件差；（3）凝水温度高。容易产生二次蒸汽。,课题2 蒸汽采暖系统,6.2.3 高压蒸汽采暖系统的形式,6.2.3.2 开式高压蒸汽采暖系统图6-4为开式上供下回式高压蒸汽采暖系统的示意图。,图6-4 开式上供下回高压蒸汽采暖系统示意图1-高压分汽缸；2-工艺用户供汽管；3-低压分汽缸；4-减压阀；5-减压阀旁通管；6-压力表；7-安全阀；8-供汽主立管；9-水平供汽干管；lO-供汽立管；1l-供汽支管；12-方形补偿器；13-疏水器；14-凝结水箱；15-凝结水泵；16-通气管,课题2 蒸汽采暖系统,6.2.3.3 设置二次蒸发箱的高压蒸汽采暖系统图6-5是设置二次蒸发箱的高压蒸汽采暖系统。,图6-5 设置二次蒸发箱的高压蒸汽采暖系统1-高压用汽设备；2-放水阀；3-疏水器；4-止回阀；5-二次蒸发箱；6-安全阀；7-压力调节器,课题2 蒸汽采暖系统,布置管道时应注意以下几点：（1）为了便于检修或停汽时泄水，当汽水同向流动时， 蒸汽干管坡度不应小于0.002， 一般采用0.003，当汽水逆向流动时，蒸汽干管坡度不应小于0.005。凝结水管道坡度不应小于0.002，一般采用0.003。管道的最低点设泄水阀。管道设有坡度不仅是为了便于泄水，也是为了便于排除蒸汽管道中的凝结水或管道内的空气。（2）凝结水管过门需要进行竖向绕弯前进时，应在绕弯的部分装设空气绕行管和泄水阀(或丝堵)，见图66。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.3.1 蒸汽采暖系统管道的布置,（3）水平的蒸汽管道需要做竖向抬高时，应装设疏水器和排污阀，以防止在这些部位集聚凝结水和沉积杂质。例如在地沟中布置干管时，由于管道必须有一定的坡度，所以当管路很长时，末端和始端的高度差必然很大，地沟需要很深。为了减小地沟深度，应该把蒸汽管在适当的地方抬高，同时要把沿途凝结水就地排入凝结水管中。,图66 凝结水管过门,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,（4）蒸汽管道的温度变化比热水管道大，因此管道热胀冷缩比较剧烈。为了防止管道被破坏，对于较长的水平和垂直管段，应装伸缩器，或在管段中间增加可以进行自然补偿的转弯。管道转弯部分的弯曲半径应不小于6d8d(d为管道直径)。 （5）水平管道的管径由粗变细时，宜采用偏心连接(包括焊接和采用偏心异径管箍连接)。与热水采暖系统供水管不同的是蒸汽管道变径时应使管道底部是平的，以使管道中凝结水流动畅通。 （6）为了使立管能够补偿其本身的热胀长度，防止连接点过大的位移，立管上下两端应做成乙字弯或用弯管与干管连接。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.3.2.1 疏水器（1）疏水器的种类根据作用原理不同，可分以下几种： 1)利用疏水器内凝结水液位变化动作的机械型疏水器。浮筒式、吊桶式(倒吊桶式)、浮球式疏水器均属于此类疏水器。 2)依靠蒸汽和凝结水流动时热动力特性不同来工作的热动力型疏水器。热动力式、脉冲式属于此类疏水器。 3)依靠疏水器内凝结水的温度变化来排水阻汽的热静力式(恒温型)疏水型。波纹管式、双金属片式疏水器均属于此类疏水器。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.3.2 排除凝结水的设备,（2） 疏水器的工作原理 1)浮筒式疏水器 浮筒式疏水器的构造如图6-7所示。,图6-7 浮筒式疏水器1-浮筒；2-外壳；3-顶针；4-阀孔；5-放气阀；6-重块；7-水封套筒排气孔,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,2)热动力式疏水器热动力式疏水器的构造原理如图6-8所示。,图6-8 热动力式疏水器1-阀体；2-阀片；3-阀盖；4-控制室；5-过滤器,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,3)恒温式疏水器 恒温式疏水器用于低压蒸汽系统，其构造原理如图6-9所示。,图6-9 恒温式疏水器1-外壳；2-波纹盒；3-锥形阀；4-阀孔,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.3.2.2 疏水器的选择计算(1) 疏水器的选择 选择疏水器时，应使其排水能力大于用热设备的理论排水量，即： 式中 疏水器设计排水量，kgh； 用热设备的理论排水量， kgh； K 疏水器的选择倍率。不同热用户系统的疏水器选择倍率K值，可按表6-2进行选择。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,表6-2 疏水器选择倍率K值,注：P表压力。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,(2)疏水器排水量的计算疏水器的排水量可按下式计算：式中 G 疏水器的排水量，kgh； AP 疏水器的排水系数； d 疏水器的排水阀孔直径，mm； P 疏水器前后压差，kPa。 当通过冷水时，疏水器的排水系数AP=32；当通过饱和凝结水时，按设计手册或生产厂家的产品样本选用。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,(3)疏水器前、后压力的确定原则疏水器前、后设计压力及其设计压差的数值，关系到疏水器孔径的选择以及疏水器后余压回水管路资用压力的大小。疏水器前的表压力P1取决于疏水器在蒸汽供热系统中连接的位置。当疏水器用于排除蒸汽管路的凝结水时，Pl=Pb(Pb为疏水点处的蒸汽管中的表压力)；当疏水器安装在用热设备(如换热器、暖风机等)的出口凝结水支管上时，P1=0.95Pb(Pb为用热设备前的蒸汽表压力)；当疏水器安装在凝结水干管末端时，P1=0.7Pb(Pb为供热系统入口蒸汽的表压力)。 凝结水通过疏水器及其排水阀孔时，有能量损失，使其背压P2比其进口压力Pl低。为保证疏水器正常工作，必须有一个最小的压差Pmin。如Pl给定后，P2不得超过某一最大允许值P2max。 P2maxP1-Pmin,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.3.2.3 疏水器的安装如图6-10所示为几种常用的疏水器安装方式。,图6-10 疏水器的安装 l-疏水器；2-旁通管；3-冲洗管；4-检查管；5、6-截止阀；7-止回阀,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,疏水器的安装要求是：(1)疏水器应安装在便于操作和检修的位置，安装应平整，支架应牢固。连接管路应有坡度，其排水管与凝结水干管(回水)相接时，连接口应在凝结水干管的上方；(2)管道和设备需设疏水器时，必须做排污短管(座)，排污短管(座)应有不小于150mm的存水高度，在存水高度线上部开口接疏水器，排污短管(座)下端应设法兰盖；(3)应设置必要的法兰和活接头等，以便于检修拆卸。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,当外网压力超过用户的允许压力时，可设置减压阀来减少建筑物入口供水干管上的压力。常用的减压阀有活塞式减压阀（Y43H-10、Y43H-16）、波纹管式（Y44T-10）减压阀和弹簧薄膜式（Y42SD-25）减压阀等，如图6-11所示为活塞式减压阀工作原理图。,图6-11 活塞式减压阀工作原理图,6.3.3 减压阀,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,减压阀的安装是以阀组的形式表现的，如图6-12所示。阀组由减压阀、控制阀、压力表、安全阀、冲洗管和旁通管等组成。其安装尺寸见表6-3。,图6-12 减压阀安装（a）活塞式旁通管垂直安装；（b）活塞式旁通管水平安装；（c）薄膜式、波纹管式旁通管水平安装,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,表6-3 减压阀安装尺寸(mm),课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,减压阀的安装要求：（1）减压阀有方向性，安装时不要将方向装反，并应使它垂直安装在水平管道上。旁通管的直径一般应比减压阀直径小12号。（2）为防止减压阀后压力超过允许的限度，阀后应安装安全阀。（3）蒸汽系统的减压阀前应安装疏水器。,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,二次蒸发箱的作用是将各用汽设备排出的凝结水，在较低压力下扩容，分离出一部分二次蒸汽，并将其输送到热用户加以利用。二次蒸发箱实际上是一个扩容器，构造如图6-13所示。,6.3.4 二次蒸发箱,图6-13 二次蒸发箱,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,一般二次蒸发箱的容积V按每1m3容积每小时分离出2000m3蒸汽来确定，则所需二次蒸发箱的蒸汽容积可按下式计算：式中 V 二次蒸发箱的容积，m3； G 流入二次蒸发箱的凝结水量，kgh； x 每1kg凝结水的二次汽化率，kgkg； 蒸发箱内的压力所对应的蒸汽比容，m3kg。 蒸发箱其容积中20存水，80为蒸汽分离空间。 蒸发箱的截面积按蒸汽流速不大于2.0ms来计算，水流速不应大于O.25ms。二次蒸发箱的型号及规格见国家标准图集,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,安全水封用于闭式凝结水回收系统，其组成如图6-14所示。,6.3.5 安全水封,图6-14 安全水封A-压力罐；B-真空贮水罐；C-下贮水罐,课题3 蒸汽采暖系统的管路布置及附属设备,6.4.1.1 蒸汽管路低压蒸汽采暖系统的水力计算原理、基本公式与热水采暖系统相同。同样有沿程阻力损失Py，和局部阻力损失Pj。 单位长度沿程阻力损失(比摩阻)，可由达西维斯巴赫公式进行计算。即,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,式中 R 单位长度沿程阻力损失，Pa/m 管段的摩擦阻力系数； d管子内径，m； 流体在管道内的流速，m/s； 流体的密度，kg/m3。,6.4.1 低压蒸汽采暖系统水力计算的原则和方法,附录6-1给出低压蒸汽采暖系统管路水力计算表，制表时蒸汽的密度取值均为0.6 kg/m3计算。局部阻力损失的计算公式为：各局部阻力系数值同样可按附录4-2确定，其动压头值可见附录6-2。在散热器入口处，蒸汽应有15002000Pa的剩余压力，以克服阀门和散热器入口的局部阻力，使蒸汽进入散热器，并将散热器内的空气排出。,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,平均比摩阻法是在已知锅炉或室内入口处蒸汽压力条件下进行计算。 式中 ： Rpj平均比摩阻，Pa/m; 沿程压力损失占总压力损失的百分数，取=0.6； Pg锅炉出口或室内用户入口的蒸汽表压力，Pa； 2000散热器入口处的蒸汽剩余压力，Pa； 最不利环路管段的总长度，m。,Rpj=,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,6.4.1.2 凝结水管路低压蒸汽采暖系统凝结水管路，在排气管前的管路为干凝结水管路，管路截面的上半部为空气，管路截面下半部流动凝结水，凝结水管路必须保证0.005以上的向下坡度，属非满管流状态。排气管后面的凝结水管路，可以全部充满凝结水，称为湿凝结水干管,其流动状态为满管流。在相同热负荷条件下，湿式凝结水管选用的管径比干式的小。低压蒸汽采暖系统干凝结水管路和湿凝结水管路的管径选择表可见附录6-3。,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,【例6-1】 图6-15所示为重力回水的低压蒸汽管路系统的一个支路。每个散热器的热负荷均为4000W。每根立管及每个散热器的蒸汽支管上均装有截止阀。每个散热器凝水支管上装一个恒温式疏水器。总蒸汽立管保温。,6.4.2 低压蒸汽采暖系统水力计算示例,图6-15 例题6-l的管路计算图 图中小圆圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷(W)，下行表示管段长度(m)。罗马数字表示立管编号。,要求确定各管段的管径及锅炉蒸汽压力。,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,表6.4 低压蒸汽采暖系统管路水力计算表,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,表6-5 低压蒸汽采暖系统的局部阻力系数汇总表,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,表6-6 低压蒸汽采暖系统凝结水管径,课题4 低压蒸汽采暖系统的水力计算,（1）平均比摩阻法当蒸汽系统的起始压力已知时，为使疏水器能正常工作和留有必要的剩余压力使凝结水排入凝结水管网，在工程设计中，高压蒸汽采暖系统最不利环路的供汽管，其总压力损失不应大于起始压力的25。平均比摩阻可按下式确定：式中 Rpj 平均比摩阻，Pa/m; 摩擦压力损失占总压力损失的百分数，按附录4-8对高压蒸汽采暖系统取=0.8； P 蒸汽采暖系统的起始表压力，Pa； l 最不利环路的总长度，m。,课题5 高压蒸汽采暖系统的水力计算,6.5.1 高压蒸汽采暖系统水力计算的基本原则和方法,（2）流速法如果室内高压蒸汽采暖系统的起始压力较高，在保证用热设备有足够的剩余压力的情况下。蒸汽管路可以采用较高的流速，但暖通空调规范规定，高压蒸汽采暖系统的最大允许流速不应超过： 汽水同向流动时 80ms 汽水逆向流动时 60ms在工程设计中，为保证系统正常运行，最不利环路的推荐流速值要比最大允许流速低得多。通常采用=1540ms。,课题5 高压蒸汽采暖系统的水力计算,【例6-2 】 图6-16所示为室内高压蒸汽采暖管路系统的一个支路。各散热器的热负荷均为4000W。用户入口处设分汽缸，与室外蒸汽热网相接。在每一个凝水支路上设置疏水器