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如何正确选型蒸汽管径和阀门?

2022-05-05 09:01:57 安博anbo(中国)阀门

如何正确选型蒸汽管径和阀门?



蒸汽系统输送的目的是把正确的压力,充足的蒸汽量输送至使用点。蒸汽管道和阀门的正确选型,是为了确保用汽设备正常运行,并且满足工艺要求和生产效率。


毕竟,良好的设备运行,才能保证生产出高品质的产品,而好产品是增强企业市场竞争力的根本。

一、为什么蒸汽管道要严格选型?


1、管道选型过大意味着:


A、管道、阀门、接头等费用增加。


B、安装费用更高,包括支撑、保温等。


C、由于热损失增加,蒸汽管道内形成的冷凝水量增加。这也意味着需要更多的蒸汽疏水或湿蒸汽达到用汽点。


例如:


A、80mm口径蒸汽管道的安装费用比50mm口径蒸汽管道的安装费用高出44%,而50mm口径的管道已经能提供足够的蒸汽量了。


B、由于更多的传热面积,80mm绝热管的热损失比50mm绝热管的损失多21%。80mm非绝热管的热损失比50mm非绝热管的热损失多50%。



2、管道选型过小意味着:


A、高的蒸汽流速产生高的蒸汽压力降,到达用汽点时压力过低,从而降低用汽设备的性能。


B、用汽点没有足够的蒸汽量,影响生产效率。


C、蒸汽流速加快,容易产生冲蚀、水锤现象和噪声污染。


为了帮助管理者更好的设计或优化蒸汽系统,接下来以新建一家饲料厂做为案例,从管道合理布局和阀门选型方面,为您梳理设计思路,让你快速撑握蒸汽管径和阀门的正确选




二、新建饲料厂案例背景:


1、饲料厂已知情况如下


2台4吨锅炉,蒸汽压力6~8Barg。饲料厂分二期施工,后期会增加生产线。


若锅炉效率按85%*8吨=能产生的蒸汽量6800KG/H。若锅炉效率按90%*8吨=7200KG/H。



一期机组配置:


1台做猪料的制粒机,产能20T/H,调质器要求蒸汽压力:2~4Barg。


调质器带双层夹套保温,并且有保质器。要求蒸汽压力:0.8~1Barg。


1台水产膨化机,产能10T/H,要求蒸汽压力:4~5Barg


1台水产烘干机,产能10T/H,要求蒸汽压力:6~7Barg


2、如何确定设备用汽量?


蒸汽管道和阀门的选型,都离不开两个基本参数,一是蒸汽压力,二是蒸汽流量。


已知蒸汽压力,那么蒸汽用量该如何确定呢?为避免计算过于繁琐,可采用行业经验值估算即可。


A、猪料制粒机蒸汽用量是按照每生产1吨饲料,会消耗50~80KG蒸汽估算。


再加上有双层保温夹套和保质器用汽,通往夹套的蒸汽,每一层夹套蒸汽用量考虑100KG/H,共300KG/H。


估算得出:20T产能*蒸汽消耗量60KG=1200KG/H+双层夹套和保质器用汽量300KG/H=1500KG/H。


B、水产膨化机是按照每生产1吨膨化料,会消耗80~120KG蒸汽估算。


估算得出:10T产能*蒸汽消耗量100KG=1000KG/H。


C、水产烘干机是按照每生产1吨烘干料,会消耗280~350KG蒸汽估算。


估算得出:10T产能*蒸汽消耗量320KG=3200KG/H。


因此,三台设备蒸汽总用量是:


制粒机1500+膨化机1000+烘干机3200=5700KG/H


备注:


每吨料消耗蒸汽量,这是行业内的平均值。实际可根据各厂家不同的原料、季节、地域、饲料配方、成品的要求来决定取值。


如果你是其他行业,像啤酒、制药、乳业、饮料、造纸等,涉及到不同种类的用汽设备,计算蒸汽用量的方式也会不一样,可关注后期的文章或联系我。


三、锅炉分汽缸至主车间分汽缸总管道,该如何选型设计?


1、总管道尺寸选型


已知:


锅炉蒸汽压力:6~8Barg,一期设备蒸汽总用量:5700KG/H。但需要考虑二期扩建,蒸汽总管的尺寸,需满足后期的最大用汽量,考虑按7200KG/H设计。


管道选型方法,可选择用流速法,或者是压降法。案例我会以流速法的数据详细介绍,压降法有兴趣学习可私下咨询,方法都是大同小异。


下图为《蒸汽管道选型表(速度)》截图

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如上图所示:(点击放大,看得更清楚)


表中最左列为压力barg,第二列为允许的蒸汽流速m/s,在这两个条件的限定下,查表即可知道,选择不同的管径下,蒸汽的最大流通能力是多少。


当入口压力是6Barg时,允许流速是30m/s时 ,DN125流通能力是5393KG/H,DN150流通能力是7891KG/H。



当入口压力是8Barg时,允许流速是30m/s 时,DN125流通能力是6847KG/H,DN150流通能力是10017KG/H。


即使最大压力8Barg时,DN125口径还是不能满足要求,并且完全没有余量。


因此,总管道需选型DN150,才能满足最大用汽量7200KG/H的输送。

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关于蒸汽允许流速需要说明一下:


A、一般未减压前,流速考虑不超过30m/s是安全流速,如果流速过快会对管道、阀件的冲蚀磨损加快,寿命变短。长期运行在高流速下,管道法兰与阀门连接也会容易损坏,会有安全隐患。



B、减压后,2~6米内蒸汽马上进入设备使用,为了避免压力损失和蒸汽的平稳性,因此,选型时建议流速考虑20~25m/s为佳,30m/s为次选。


2、锅炉分汽缸至车间分汽缸,疏水点布置


锅炉房至主车间距离有200米,蒸汽在输送中产生的冷凝水,需通过合理设置疏水点排出。避免管道积水,引起腐蚀、水锤冲击、影响蒸汽品质等问题。



疏水点的合理布置:


对于蒸汽主管道,所有上升、下降管、转弯或管道末端,必须设置疏水点。

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每隔30~50m 设一个疏水点,并配以尺寸合适的集水井。让冷凝水顺利的陷落到集水井的空间内,然后通过疏水阀及时排出。


若没有集水井,冷凝水很难进入安装疏水阀的小管道内,而是直接被蒸汽推到下游,导致后端蒸汽湿度大,产生水锤等问题。

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由于严格计算管道冷凝率,会涉及到很多影响因素,我们按照经验值估算即可。


在保温正常的情况下,蒸汽冷凝率按经验值考虑5~10%。


一般北方地区,由于环境温度低,建议考虑10%。热电厂供汽,冷凝率可按10%估算。


7200KG蒸汽量*冷凝率10%=720KG/H。


200米途中设计4组疏水点,每组KWSS-ZK系列疏水阀需承担排水能力720/4组=180KG/H


选择维远疏水阀型号KWSS-ZK-10,排水能力达600KG/H,完全能满足要求。

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四、制粒机分配管、KWSS-ZK减压阀选型、夹套选型

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工况参数:蒸汽用汽1500KG/H。入口压力6~8KG,二次压力2~4KG


1、分配管选型

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如上图所示:


当入口压力是6Barg,允许流速是30m/s 时,DN50流通能力是923KG/H,DN65流通能力是1536KG/H。


当入口压力是7Barg,允许流速是30m/s 时,DN50流通能力是1048KG/H,DN65流通能力是1774KG/H。


当入口压力是8Barg,允许流速是30m/s 时,DN50流通能力是1172KG/H,DN65流通能力是1950KG/H。


因此,未减压前的管道,需满足1500KG/H的蒸汽量,选用DN65为佳。

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如上图所示:


经减压到2Barg后, 允许流速是30m/s 时,DN80流通能力是953KG/H,DN100流通能力是1606KG/H。


经减压到3Barg后,允许流速是30m/s 时,DN80流通能力是1248KG/H,DN100流通能力是2104KG/H。


经减压到4Barg后,允许流速是30m/s 时,DN80流通能力是1540KG/H,DN100流通能力是2596KG/H。


因此,为了避免产生压损,减压后的管道,仍要满足1500KG/H的蒸汽量,需扩管至DN100为佳,DN80次选。


2、减压阀选型过大或过小的影响:


A、若减压阀选型过大时,因为阀门长期处于小开度状态,当阀瓣和阀座在小缝下过蒸汽时,蒸汽流速会成倍增加,飞快的流速会造成密封面过度冲蚀,影响减压稳定性及寿命。


B、若减压阀选型过小时,即蒸汽量供应不足,无法达到设定压力。并且流量在供不应求的情况下,减压阀膜片会濒繁调整,不仅零部件容易损坏,还会引起异常噪音和震动。


因此,实际用汽量占减压阀额定量30~70%之间,此时选型最为合理。


经过选型后,只要满足减压范围和最大用汽量,减压阀可以缩径使用。比原管道小一号口径,是很常见的选型。

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如上图所示:


当入口压力6Barg,减压至3Barg时,DN40减压阀最大额定量为1570KG/H。DN50最大额定量为2430KG/H。


若选型DN40,实际用量1500KG/H,已占了额定量的95%,明显偏小了。


选用DN50 1500/2430=61.7%,符合选型原则。因此,选用DN50减压阀为佳。


3、双层夹套和保质器


由于双层夹套和保质器蒸汽压力要求是0.8~1Barg,蒸汽流量300KG/H。


若从8Barg减至0.8Barg,已接近减压阀极限减压比10:1,对减压阀稳定性和寿命会有影响。


因此,通往夹套和保质器的蒸汽,取汽点最好是减压后的2~4Barg处。


此处涉及到三路分汽点,为了保证用汽点蒸汽的干饱和度,建议设置足够大的竖管。


蒸汽从竖管上部取汽,冷凝水掉落到竖管底部积聚,并通过疏水阀及时排出。



双层调质器进汽口管径,可与设备厂家预留的开口一致。或者根据蒸汽量选型用DN50、DN65、DN80均可。


由于调质工艺对温度和含水率有严格要求,建议选用KWZK比例调节阀控制蒸汽流量。


若手动调质时,由于阀门需在低开度下濒繁调节流量,建议选择阀瓣有节流功能的可调式波纹管KWZK截止阀。

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夹套和保质器管道、减压阀口径,均可选用DN25。三处夹套盘管产生的冷凝水,可共用一组DN25疏水阀。


由于夹套压力较低,有冷凝水回收道的工况,为了避免高压处冷凝水串压,导致低压疏水阀排不出水,必须要分开设计回水管。
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此部份安装时有两个建议:


A、使用变径管安装建议:(KWZK减压阀缩径)


蒸汽管路上不能使用同心变径管接头﹐因为收窄的地方在管的中心,不能有效迅速排走积水,应采用偏心变径管接头。

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B、KWZK系列Y型过滤器的安装建议


过滤器安装时应确保过滤网篮处于低部位置,网篮不应低于管道水平面﹐否则将形成冷凝水积存而导致水锤。

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膨化机、烘干机管道和减压阀选型,都是按照此思路选型,此处就不重复论述。


五、烘干机比例控制阀和疏水阀选型


1、烘干机工况参数


蒸汽用量3200KG/H,二次压力6~7KG。烘干机共8组加热器。


每2组共用一台控制阀自动控温,每台控制阀蒸汽量=3200/4组=800KG/H。


每组加热器单独设计疏水阀,每组疏水阀需承担疏水量=3200/8组=400KG/H。


2、比例控制阀选型


选用控制阀时,需根据蒸汽压力和蒸汽用量,通过计算公式确认KV值,再确认控制阀口径。


否则很有可能造成阀门选择过大或过小,直接影响到控制稳定性、精确度和使用寿命,严重的还会引起管道振动、水锤等。


经过合理选型的控制阀,开度控制在50~90%为佳。



最大流量系数Kv 值:


是指控制阀全开时能通过的最大流量。


定义:额定流量系数Kv=50 的控制阀表示控制阀全开,控制阀两端压降为100kpa 时,每小时可通过5~40℃的水量是50M3

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通过代入公式图片关键词,800/13.8/6=9.66。KV值=9.66。再对照KV值与口径表得知,选择用DN50口径下,KV=40为佳。或DN40,KV=25均可。

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把参数输入计算公式验算开度,当KV值=40,在最大流量时控制阀开度是63.72%。

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3、KWSS-ZK疏水阀选型过大或过小的影响


A、KWSS-ZK疏水阀排量选型过大时,阀嘴容易被汽蚀冲蚀。疏水阀体积大,而浮球腔体内冷凝水量太少,不足以形成水密封保护,导致阀嘴长期祼露在水位线上方,容易泄漏蒸汽。


B、KWSS-ZK疏水阀排量选型过小时,排水能力不够,无法及时将冷凝水排除干净,造成设备内积水,进而导致水锤和设备换热效率降低、升温缓慢等问题。

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8组加热器单独设计疏水阀,每组疏水阀需承担疏水能力=3200/8组=400KG/H。


蒸汽压力6~7Barg,选择维远型号KWSS-ZK-10,DN40疏水阀,此型号排水能力1500KG/H。


烘干机对升温效率有很高的要求,必须留有足够的余量,推荐安全系数1.5倍。


注意:型号KWSS-ZK-10,-10是代表阀嘴压差,选型时需大于实际蒸汽压力即可。

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这里需要重点说一下,过去很多老管道的设计,都是几组加热器共用一台大排量的疏水阀,这种布置叫群组疏水(如上图)。容易导致疏水不顺畅积水,影响升温效率。


新建厂或改造中,必须要杜绝群组疏水。

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通过以上阐述,相信您对蒸汽管道和阀门的选型有了清晰的思路。

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