第四章--蒸汽供热系统

14:04:021第四章蒸汽供热系统以蒸汽为热媒，向供暖、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等热用户供热的供热系统，称蒸汽供热系统。14:04:022蒸汽作为热媒的特点（与热水相比）：①适应性广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管道初投资低蒸汽：主要靠相变放出热量(放出汽化潜热)水：靠温度降低放出热量，无相变。③散热设备面积小蒸汽在散热设备的热媒平均温度为相应压力下的饱和温度；热水在散热设备内的热媒平均温度为进、出口水温平均值。4、对于高层建筑高区不会使建筑物底部的设备和散热器超压。14:04:023③散热设备面积小蒸汽在散热设备的热媒平均温度为相应压力下的饱和温度；热水在散热设备内的热媒平均温度为进、出口水温平均值。水汽tt水汽水汽kktkQF水汽FF14:04:024④，对于高层建筑高区(特别是高度大于160m的特高层建筑)，不会使建筑物底部的设备和散热器超压。水汽14:04:025第一节低压蒸汽供暖系统一、蒸汽供暖系统的分类以蒸汽为热媒，只向供暖热用户供热的供热系统，称为蒸汽供暖系统。1．按供汽压力高压蒸汽采暖系统P(表压)＞0.07MFa低压蒸汽采暖系统P(表压)≤0.07MPa真空蒸汽采暖系统P(绝对压力)＜0.1MPa2．按立管的数量单管（国内绝大多数）双管（立管中为汽水两相流，易产生水击和汽水冲击声，很少使用）14:04:0263．按蒸汽干管的位置上供式、中供式和下供式。4．按凝结水回收动力重力回水和机械回水。5．按凝结水系统是否与大气相通开式系统(通大气)和闭式系统(不通大气)。6．按凝结水充满管道断面的程度干式回水和湿式回水。14:04:027二、蒸汽供暖系统热媒的选择蒸汽供暖系统热媒的选择，见表4-l。14:04:02814:04:029三、低压蒸汽供暖系统低压蒸汽供暖系统供汽表压力=70kPa，一般供汽压力约为5-20kPa，温度为100-110℃。所以系统长度不能太长，一般控制在200m以内。1．低压蒸汽供暖系统的工作原理⑴机械回水低压蒸汽采暖系统⑵重力回水低压蒸汽采暖系统14:04:0210图4-1上分式机械回水低压蒸汽供暖系统图1--室外蒸汽管；2--宅内蒸汽干管；3--蒸汽立管；4--散热器支管；5--凝结水支管；6--凝结立管；7--凝结水干管；8--凝结水箱；9--凝结水泵；10--疏水器；11--减压阀；12--止回阀14:04:0211图4—2上分式重力回水低压蒸汽供暖系统图1--蒸汽总立管；2--室内蒸汽干管；3--蒸汽立管；4—蒸汽支管；5--凝水支管；6—凝水立管；7--凝水干管14:04:02122．低压蒸汽供暖系统形式按蒸汽干管的位置分为：上供式、中供式和下供式。按立管的数量分为：单管式和双管式。14:04:0213双管上供下回式h200~250mm适用范围室温需调节的多层建筑特点常用双管做法易上冷下热图式：14:04:0214双管下供下回式图式：适用范围室温需调节的多层建筑特点可缓解上冷下热现象供汽立管需加大需设地沟室内顶层无供汽水平干管，美观14:04:0215双管中供式适用范围当顶层无法布置水平干管的多层建筑特点缓解上冷下热现象接层方便图式：14:04:0216单管下供下回式适用范围三层以下建筑特点单立管，汽水逆向流动，立管管径大室内无供汽水平干管，美观安装简便，造价低需设地沟图式：14:04:0217单管上供下回式图式：适用范围多层建筑特点常用单管做法安装简便，造价低14:04:02183．设计要点⑴为简化计算，在低压蒸汽采暖系统水力计算时，不考虑沿途蒸汽密度的变化和沿途凝结水对蒸汽流量的影响。⑵为了防止凝结水泵内产生汽蚀，水泵应在凝结水箱最低水位以下。⑶蒸汽管或凝结水管通过门或洞口时采用图4-7的方式。14:04:0219图4-7干式凝结水管过门装置1-Φ15空气绕行管2-凝结水管3-泄水口14:04:0220⑷蒸汽管应能及时排除沿途凝结水，以防水击，水平供汽管道要考虑坡度，并尽可能使蒸汽和沿途凝结水同向流动。蒸汽干管汽水同向流动时，坡度i宜采用0.003，≮0.002。进入散热器支管的坡度i＝0.0l-0.02。蒸汽干管向上拐弯处，必须设置疏水器。⑸凝结水管应能及时排出凝结水和空气，要考虑坡度和坡向，要保证干、湿凝水干管高度。14:04:0221⑹散热器排气阀安装位置在低压蒸汽采暖系统中，低压蒸汽空气，散热器内如有空气，则上部是蒸汽，中下部是空气，底部是凝结水。如图4-3(a)所示。①如进入散热器的蒸汽流量正好全部满足冷凝要求，则凝结水沿散热器壁呈膜状向下流动，内部全充满蒸汽，如图4-3(b)、图4-3′(a)所示。②如果进入散热器的蒸汽量小于给定热负荷对应的数量，则下部积聚未被排走的空气，如图4-3′(b)所示。③如果进入散热器的蒸汽量少或凝结水排除不畅，则散热器内的凝结水位将升高，如图4-3′(c)所示。自动排气阀安装位置：距散热器底部的高度为l/3的散热器全高。蒸汽空气14:04:0222图4-3′蒸汽散热器内的凝结与空气聚集图4-3散热器内蒸汽凝结示意图14:04:0223⑺低压蒸汽进入散热器后，压力降低到接近大气压，散热器凝结水支管上可不设疏水器。也可在每一支路或一个立管上设一个疏水器。①疏水器的作用：自动、迅速地排出设备与管道中的空气（包括不凝性气体）和凝结水，并阻止蒸汽逸漏。②恒温式疏水器恒温式疏水器是低压疏水装置中常用的一种疏水器，如图4-4所示。14:04:0224构造：过滤器、锥形阀、波纹管、校正螺丝、外壳。波纹管内有少量易蒸发液体（如酒精）。工作原理：当饱和温度的凝结水→疏水器→凝水温度液体蒸发温度→波纹管内的液体瞬时蒸发→蒸汽的压力增高→波纹管沿轴线伸长→带动阀芯→关闭凝水通路，防止蒸汽逸出。当凝水温度↓，波纹管自动收缩，锥形阀打开，凝水排出。图4-4恒温式疏水器14:04:0225第二节低压蒸汽供暖系统的水力计算一、低压蒸汽管道的水力计算散热器前蒸汽管：水力计算与蒸汽压力有关（蒸汽密度是随压力变化）。散热器后的凝结水管：水力计算与管内是否充满水有关。在低压蒸汽供暖系统中，靠锅炉出口处蒸汽本身的压力，使蒸汽沿管道流动，最后进入散热器凝结放热。14:04:02261．沿程阻力损失⑴比摩阻⑵管段的沿程阻力损失2．局部压力损失3．压力损失22vdRRLPy22vPjjyPPP14:04:02274．水力计算方法及步骤⑴先从最不利管路开始，即从锅炉房到最远的散热器的管路开始计算。⑵最不利管路的水力计算，通常采用:控制比压降法：将最不利管路的每1m总压力损失控制在约100Pa／m。平均比摩阻法：已知锅炉或室内入口处蒸汽压力P下，按平均比摩阻选管径。LPRgpj)2000(14:04:0228⑶其他并联环路的水力计算按平均比摩阻选择管径，管内流速≯最大允许流速：蒸汽、水同向流动：30m/s蒸汽、水逆向流动：20m/s⑷并联支路节点压力不平衡率一般控制在25％以内。⑸考虑凝结水和空气的影响，蒸汽干管始端管径在50mm以上时，末端管径不小于32mm；蒸汽干管始端管径在50mm以下时，末端管径不小于25mm。14:04:0229二、凝结水管的确定干式凝结水管：为非满管流动，部分截面流水，部分截面排空气，可能产生二次蒸汽，要求管径大。湿式凝结水管：为满管流动，当系统不产生二次蒸汽时使用，但需安装排空气装置。凝结水管管径：根据凝结水管负担的供热量来确定，见附录4-3。凝水干管的坡度：i≮0.005，且凝水干管始端管径一般≮25mm；个别始端负荷不大时，可≮20mm。散热器凝水支管一般用15mm。湿式凝水管的空气管管径一般采用15mm。14:04:0230第三节高压蒸汽供热系统一、高压蒸汽供热系统（室外管网）1．系统型式单管系统：对要求不同参数的各用户，一般采用一根管道输送，必要时在用户入口处加减压阀或减温减压器或减温器。双管或多管系统：当生产要求蒸汽压力差别很大，单管输送不能满足要求或不经济时，可考虑采用双管或多管输送。14:04:02312．系统连接方式⑴与生产工艺用户连接一般采用间接加热的方式，这样有利于提高凝结水的回收率。⑵与采暖、通风用户的连接一般经减压阀减压后，再进入散热器或暖风机。如用户需热水供暖，则可在用户入口处安装汽—水换热器或蒸汽喷射器。⑶与生活热水用户的连接采用间接连接，通过容积式换热器或汽—水加热器的连接方式；不宜采用蒸汽直接加热的连接方式。14:04:02323．凝结水回收系统⑴系统作用回收热量（80~100℃）回收水量（软化水，热电厂凝结水，除盐水）⑵定义蒸汽在用热设备凝结放热后，凝结水经疏水器、管道及设备返回热源的回水管，称为凝结水回收系统。⑶分类按是否与大气相通：开式和闭式按流动方式：单相流（满管流和非满管流）和两相流按驱使凝结水流动的动力：重力回水(靠水位差或坡度)和机械回水（靠水泵）14:04:0233二、高压蒸汽供暖系统1．系统的特点高压蒸汽供暖系统：供汽表压力P70kPa，≯400kPa。高压蒸汽供暖与低压蒸汽供暖相比，主要特点是：优点：蒸汽压力高，温度高，散热器F↓，d↓，供热半径↑。缺点：卫生条件差，热损失大，管理运行复杂。14:04:02342．系统基本形式⑴系统分类双管系统、单管系统；同程式系统、异程式系统。单管系统：汽、水在一根管子里流动，容易产生水击现象，所以很少采用。异程式系统：小型供暖系统可采用。⑵常用系统形式上供下回式、上供上回式和水平串联式，见表4-6。14:04:0235上供下回式适用范围单层公用建筑或工业厂房特点常用做法，可节约地沟14:04:0236上供上回式适用范围工业厂房暖风机供暖系统特点节约地沟，检修方便系统泄水不便14:04:0237水平串联式适用范围构造简单，造价低散热器接口处易漏水漏汽特点节约地沟，检修方便系统泄水不便14:04:02383．系统工作原理图4-6室内上供下回式高压蒸汽供暖系统示意图14:04:02394．设计要点⑴计算蒸汽管时，应根据散热器内的压力选用不同的水力计算表。⑵尽可能采用上供式和同程式。⑶在入口处，根据需要设不同压力分汽缸，分汽缸上应安装压力表、安全阀及疏水装置。⑷在干管上设补偿器。14:04:0240⑸在散热器入口和出口设截止阀，以调节蒸汽量，保证关断。⑹散热器后应设疏水器。当疏水器本身无止回功能时，应在疏水器后的凝水管上设置止回阀。⑺高压蒸汽管道除经常拆卸检修的地方用法兰连接外，尽量用焊接，不用螺纹连接，以防泄漏。⑻其他要求同低压蒸汽管道。14:04:0241第四节高压蒸汽供热系统的水力计算室外高压蒸汽管路：管路较长，压降较大，蒸汽密度变化大，水力计算时密度变化不能忽略，应详细计算。室内高压蒸汽管路：管路较短，压降较小，蒸汽密度变化小，在水力计算时可以忽略蒸汽密度的变化。室内高压蒸汽是从70kPa-400kPa，压力范围较大，在水力计算时应采用不同蒸汽压力下的蒸汽管径计算表。14:04:0242一、室内高压蒸汽供暖系统水力计算1．基本公式室内高压蒸汽供暖系统水力计算，一般采用当量长度法。2．管径选择及其压力损失计算采用平均比摩阻法或流速法。⑴平均比摩阻法①已知系统起始点蒸汽压力，计算最不利管路的平均比摩阻②根据Rpj和Q，查蒸汽管路水力计算表，确定d，计算ΔP。)(dLLRPLPRpj25.014:04:0243⑵流速法《暖通规范》规定，高压蒸汽供暖系统的最大允许流速不应大于下列数值：汽、水同向流动时80m/s汽、水逆向流动时60m/s在工程实践中，总结出不同管径的允许流速和推荐流速，见表4-7。①选最不利环路②根据Q和允许流速，查蒸汽管路水力计算表，确定管径d，计算ΔP。14:04:02443．计算方法及步骤⑴蒸汽管路计算