蒸汽系统教材.docx

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蒸汽系统教材

课程大纲：

一、常用单位换算：

1扬程

2扬量

3电功

4转速、效率

5口径

6公式

二、泵浦（PUMPS）的种类：

1动力区分

2结构原理区分

3轴封

三、选泵、使用泵的要领：

1扬量

2扬程

3系统曲线

4系统曲线与各泵HQ曲线之应用

5泵吸入侧之探讨（NPSH曲线）

6资料参数之认识

7并联与串联运转

8计算练习题

四、马达电机：

1规格标准（IEC，NEMA）

2散热种类（TEPC,ODP,水冷）

3绝缘等级

4防尘防水等级

5安装规格

五、泵的检查及维修保养：

1使用前检查

2使用中检查

3使用后检查

一、常用单位换算：

1.扬程：

1米（M，公尺）=3.28英尺（Feet）

1公斤/平方公分（kg/cm2）=0.9807巴（bar）

=14.21磅/平方英寸（1b/in2,psi）=10米（M，公尺）

1atm（大气压力）=10.335mH2O=1.033kg/cm2=760mmHg

2.扬量：

1加仑/分（GPM）=0.2271立方米/时（m3/Hr）

1立方米/时（m3/Hr）=1000公升/时（l/Hr）=1000公斤/时（Kg/Hr）

3.电功电频（f）:

Hertz（Hz）=Cycle=∞

电压（E）:

Voltage（V）

电流（I）:

Amp（A）

电阻（R）:

Omega（Ω）

1马力（Hp）=0.75电功率（kw）=750瓦（w）

4.转速、效率转速（RPM、min-1）

能量效率Efficiency（η）

1BHP=0.016m3/Hr（蒸发量）1BTU=0.252kcal

5.口径3/8”三分10mm（A）

1/2”四分15mm（A）

3/4”六分20mm（A）

1”1寸25mm（A）

11/4”1寸2分32mm（A）

11/2”1寸半40mm（A）

2”2寸50mm（A）

21/2”2寸半65mm（A）

3”3寸80mm（A）

4”4寸100mm（A）

5”5寸125mm（A）

6”6寸150mm（A）

8”8寸200mm（A）

10”10寸250mm（A）

12”12寸300mm（A）

6.公式：

转速（RPM,min-1）=120f/Pf:

电频P:

极数

水马力（WHP）=Q*H*r*g

（理论马力）流量Q：

m3/Hr,扬程H：

M，比重r，重力加速度g

轴马力（BHP）=WHP/η效率（η）

电功率（kw）=√3EICosθ（三相）

=EICosθ（单相）

电流（I）=E/RT电压（E），总电阻（RT）

流量（GPM）=9.83√ΔHD2ΔH（FT）D（in）

总扬程（TH）=（P2-P1）/r+（Z2-Z1）+（V22-V12）/2g+Hf

Hmax=A–NPSH–Hf–Hv-Hs

H1/H2=（N1/N2）2Q1/Q2=N1/N2BHP1/BHP2=（N1/N2）3

Q1/Q2=D1/D2H1/H2=（D1/D2）2P1/P2=（D1/D2）3

二、泵浦的种类:

1.动力区分：

人力驱动、风力驱动、水力驱动、动物驱动、蒸汽驱动、引擎驱动、

马达驱动

2.结构原理区分：

离心泵（CentrifugalPump）

轴向动力泵混流泵（MixedFlowPump）

Kinetic轴流泵（AxialPump）旋叶式（Propeller）

磨擦泵（RegenerativePump）

活塞式（Piston）

往复泵（ReciprocatingPump）

柱塞式（Plunger）

泵浦正排量力泵

PumpsPositive转子式（Piston）

Displacement齿轮式（Gear）

Pump旋转泵（RotaryPump）轮叶式（Vane）

螺旋式（Screw）

曲杆式（Crank）

其他喷射泵（JetPump）

OtherType空气扬升泵（AirLiftPump）

3.

轴封：

压盖式（填料式）轴封

机械式轴封

油封圈轴封

动轴封

无轴封

三、选泵、使用泵的要领：

1.扬量：

输送流体,必须达到规定的输送量,也称流量。

单位：

m3/Hr,GPM,……

2.扬程：

输送机械向单位重量流体提供的能量称为该机械的压头或扬程。

单位：

m

总扬程=静扬程+动扬程

即TH=（P2-P1）/r+（Z2–Z1）+（V22-V12）/2g+Hf

1静扬程：

（P2-P1）/r+（Z2–Z1）

其中（P2-P1）/r称为压力水头，即吸水面与排水面之压力差。

再换算成高度单位，1kg/cm2约等于10M。

（Z2–Z1）称为高度水头，即吸水面与排水面之高度差。

静扬程是固定不变的，不会因流量改变而改变。

2动扬程：

（V22-V12）/2g+Hf

其中（V22-V12）/2g称为速度水头，即吸入侧与排出侧之速度能差。

Hf称为损失

水头，即从吸入口到排出口间，由于管路摩擦及接头阀等造成之摩擦损失。

3.系统曲线：

以流量为横坐标，总扬程为纵坐标，绘出因流量变化而总扬程因而变化

的点连成之曲线。

4.系统曲线与泵浦HQ曲线之应用：

安装在管路中的泵其输液量即为管路的流量，在该流量下泵提供的扬程必恰等于管路所要求的压头。

因此，离心泵的实际工作状况（流量、压头）是由泵特性和管路特性共同决定的。

系统曲线与各泵之HQ曲线之交汇点为实际作工点，明确显示出需求泵型号的选择。

5.泵吸入侧之探讨（NPSH曲线）

泵之吸入能力，实际是由于吸入端造成局部负压（真空），让大气压力将水压进泵，

有时由于此负压，比当时液体之蒸汽压还小，而造成液体汽化现象。

此汽化气泡随叶

轮打至高压处，而产生瞬间凝缩，由于体积急剧缩小，造成巨大压力波，造成损害泵

之现象。

此过程即称为汽蚀（CAVITATION）。

为了避免汽蚀产生，实有必要在选定泵之后，对吸入条件做一检讨。

此可以下列公

式检验：

Hmax=A–Hf–Hv–NPSH–Hs

6.资料参数之认识：

1效率曲线：

同一台泵因作工点之不同，而产生不同之效率、将点连成之曲线。

2轴马力曲线：

同一台泵因作工点之不同、而产生不同之需求轴马力，将点连成之曲

线，亦同于公式计算而产生。

3零件之材质说明。

4尺寸说明表。

5其他资料参数说明。

7.流量调节：

如果工作点的流量和所需的输送量有误差，应设法改变工作点的位置，即进行流量调节。

离心泵出口处的管路上安装调节阀。

改变阀门的开度即改变管路阻力系数可改变管路特性曲线的位置，使调节后管路特性曲线与泵特性曲线的交点移至适当的位置，满足流量调节的要求。

优点：

操作简便、灵活。

对于调节幅度不大而经常需要改变流量时，应用广泛。

缺点：

增加了管路损失，降低效率。

改变泵的特性曲线（例如改变转速、叶轮直径等）。

例如恒压控制系统等。

并联与串联运转：

．将二台以上泵以并联方式安装，并同时运转，将得数量泵之扬量总和作工曲线（需

选择同范围扬程之泵）。

．将二台以上泵以串联方式安装，并同时运转，将得数量泵之扬程总和作工曲线（需

选择同范围扬量之泵）。

8.计算练习题：

1将水自水池泵至水塔，流量15m3/Hr，塔高25m，管径65A，管长400m，凸缘弯管10

个，凸缘闸阀2个，止回阀1个。

求计算总扬程，绘出系统曲线，并选出适当的水泵。

②将水自桶泵至喷嘴排出，流量4T/Hr，桶高2m，喷嘴高2m，管长40m，管径40A（内

径36.48mm），喷嘴直径2mm，共10个喷嘴，弯管2个，闸阀2个，止回阀1个，请计

算总扬程，绘出系统曲线，并选出适当之泵型号。

将热水自桶槽泵至锅炉，流量需16T/Hr，桶高5m，表压力2kg/cm2，锅炉高2m,压力

20kg/cm2，管径65A，吸入侧管长10m，弯管2个，闸阀1个，排出侧管长20m,弯管4

个，闸阀1个，止回阀2个，请计算总扬程，并选出适当的泵型号，并确认泵会不会

有问题。

四、马达电机：

1规格：

标准型式绝缘等级防尘防水等级安装规格S.F.

IECTEFCY90℃IP.XXB31.0

NEMAODPA105℃B141.1

水冷却E120℃B51.15

B130℃B3/B14

F155℃B35

H180℃

G180℃以上

2使用电压：

单相：

100V，110V，120V，200V，220V，230V

三相：

220V，240V，380V，400V，415V，440V，460V，……

接法：

Δ，Y，（低、高电压）

相位改变：

正转，反转

五、泵的检查及维修保养：

1.使用前检查

1）接头与阀是否装置妥当，管路是否漏气或漏水，尤其吸入侧更要注意，吸入侧泄漏，

会吸入空气，造成局部干转，轴封易磨损，或压力打不上。

2）排气是否完全，空气若积在PUMP内，会造成局部干转或压力打不上，最好於排气

孔装置旋塞，易于实施排气。

3）吸入口是否堵塞，水脏或易积水垢时更应注意，堵塞造成吸不到水，干转，压力打

不上，甚至CAVITATION。

4）水槽是否有水，水槽若没水或水位过低，会造成PUMP全面干转。

2.使用中检查

1）系统条件是否正常，包括压力、流量，出口应装置阀，以便随时观察与调整压力。

2）检查电流是否过大，电流过大通常有几个原因：

A.水力：

工作条件不正常，流量过大。

B.机械：

PUMP内部零件摩擦，异物卡住或轴偏心运转，造成负荷过大。

C.电力：

马达轴承磨损，线圈破皮，漏电等。

D.电压不足：

过低或过高。

3）是否有异声，异声的原因有几种：

A.马达轴承磨损。

B.积空气，流体不连续而产生冲击的声音。

C.CAVITATION，产生气爆与震动的声音。

D.金属摩擦的声音。

E.异物跑进PUMP内。

3.使用后保养

1）清洗：

叶片，导叶室等有任何杂质、碎屑、积垢、结晶物均应清除。

水越脏，保养

周期应越短。

2）更换零件：

检查各部零件是否磨损，磨损严重者应予更换。

A.轴封：

检查SEAL表面是否完整，O-RING是否松脱、变形。

B.WEARRING，NECKRING：

若磨损过多应予更换。

C.叶片、导叶室：

磨损过多而影响其功能者应予更换。

蒸汽系统

一．传热概述

1．传热操作，目的：

a．加热或冷却，使物料达到指定的温度。

b．换热，以交换利用热量或冷量。

c．保温，以减少热量或冷量的损失。

2．传热过程中冷热流体的接触方式（一般分成三种，所用设备等也不相同）。

a.直接接触式传热（冷、热流体直接接触，传热中伴有传质过程同时发生）。

b.间壁式传热：

工艺上不允许冷、热流体直接接触。

冷、热流体通过设备进行的热量传递总过程通常称为传热（或换热）过程，流体与壁面之间的热量传递过程称为给热过程。

热量传递的三个步骤：

热流体给热于管壁（或间壁）一侧

热量自管壁一侧传导至管壁另一侧

管壁另一侧给热于冷流体

3．蓄热式传热

4．载热体及其选择：

为将冷流体加热或热流体冷却，必须用另一种流体供给或取去热量，此流体称为载热体。

工业常用加热剂：

热水、饱和水蒸汽、矿物油、熔盐和烟道气等。

二．蒸汽的基本知识（饱和蒸汽范围）

1．压强和温度的关系，有一定的关系且一一对应。

2．潜热、显热的比例，运用中各自的特点。

3．冷凝给热过程的热阻：

蒸汽冷凝作为一种加热方法在工业生产中得到广泛应用。

在蒸汽冷凝加热过程中，加热介质为饱和蒸汽。

饱和蒸汽与低于其温度的冷壁接触时，将凝结为液体，释放出汽化潜热。

在饱和蒸汽冷凝过程中，汽液两相共存，对于纯物质蒸汽的冷凝，系统只有一个自由度。

因此，恒压下只能有一个汽相温度。

也就是说，在冷凝给热时汽相不可能存在温度梯度。

已知在传热过程中，温差是由热阻造成的。

汽相主体不存在温差，意味着汽相内不存在任何热阻。

这是因为蒸汽在壁面冷凝的同时，汽相主体中的蒸汽必流向壁面以填补空位。

而这种流动所需的压降极小，可以忽略不计。

在冷凝给热过程中，蒸汽凝结而产生的冷凝液形成液膜将壁面覆盖。

因此，蒸汽的冷凝只能在冷凝液表面上发生，冷凝时放出的潜热必须通过这层液膜才能传给冷壁。

可见，冷凝给热过程的热阻几乎全部集中于冷凝液膜内。

这是蒸汽冷凝给热过程的一个主要特点。

4．膜状冷凝和滴状冷凝：

饱和蒸汽冷凝给热过程的热阻主要集中在冷凝液，因此，冷凝液的流动状态对给热系数必有极大的影响。

冷凝液在壁面上的存在和流动方式有两种类型：

膜状和滴状。

当冷凝液能润湿壁面时，冷凝液在壁面上呈膜状，否则将成为滴状。

呈滴状冷凝时，冷凝液在壁面上不能形成完整的液膜将蒸汽与壁面隔开，大部分冷壁直接暴露于蒸汽，因此热阻小得多。

实验结果表明，滴状冷凝的给热系数比膜状冷凝的给热系数大5~10倍。

5．蒸汽系统中影响热交换的二大因素：

a．不凝液气体的影响：

不凝液气体的积聚，将对给热过程带来不利影响。

例如，当蒸汽中含有1%空气时，冷凝给热系数将降低60%之多。

这是因为在汽液界面上，可凝性蒸汽不断凝结，不凝性气体则被阻留，故越接近界面不凝气体的分压越高。

这样，可凝性蒸汽抵达液膜表面进行冷凝之前，必须以扩散方式穿过不凝性气体富集的气体层。

扩散过程的阻力引起蒸汽分压及相应的饱和温度下降，使液膜温度低于蒸汽主体的饱和温度。

这相当于附加一额外热阻，使蒸汽冷凝给热系数大为降低。

纯蒸汽冷凝时，汽相不存在热阻。

这是因为纯蒸汽可依靠整体流动抵达液膜表面以填补冷凝所造成的空位。

并不存在扩散的问题。

b．冷凝液存在的影响Q=K*A*Δt

6．蒸汽系统中水锤对系统和设备的危害。

7．热交换的三个过程：

a.输送b.凝结水的排放c.回收。

三．冷凝水回收

1冷凝水回收的重要性

蒸汽中所含热能由显热和潜热组成，当蒸汽释放出潜热后变成冷凝水，冷凝水所含热量占蒸汽总能量的20％～30％，冷凝水回收的目的在于把排放的冷凝液的热量重新用于其他工艺过程，以及冷凝液本身作为补水，同时保持蒸汽设备的最高效率。

2冷凝水回收的好处（包括热量回收和冷凝水回收）

a热量回收的好处

（1）节省锅炉燃料

（2） 提高锅炉效率

b冷凝水回收的好处

（3）节约工业用水

（4）节约处理成本

c其他好处

（5）由于减少重油的消耗而减弱空气污染

（6）蒸汽疏水器无操作噪音

3冷凝水回收的方式

（1）开放式回收。

基本和泵

（2）密闭式回收。

用gt或高压泵

4冷凝水回收的方法

（1）疏水器直接回收

（2）疏水器加一个离心泵

（3）冷凝水回收泵（GP、GT）

（4）高压泵打回锅炉。

5冷凝水量计算

Qs=Q×SpHt×Δt

Hfg

Qs冷凝水量kg/hr

Q产品加工量kg/hr

Δt产品进出口温差

SpHt比热水＝1

Hfg潜热

6冷凝水回收效益计算

蒸汽系统产品的介绍

1.疏水阀及分类

分成三大类：

a热静力式b热动力式c机械式

2.阀门3.回收系统4.流量计

5.控制阀6.检测设备7.机械动力泵（GP,GT）

8.温控阀9.逆止阀10.排空气阀

11.观察镜12.蒸汽系统中其他常用产品

四．蒸汽系统的理解和选型、计算

1．理解系统图的图标含义、功能、作用。

2．蒸汽系统中泵的选型计算等。

Cv及Cv值的含义:

当流体以1kg/h流过阀门,且产生了1bar的压降,定义该阀的Cv值为1。

（流体是清水）

Cv值的计算:

ControlValveBasics

ControllerSP-F70

Fordirectheating

EqualPercentLinear

（与…）相等的,百分比直线形状的

Cv以水为标准1kg/h（11b/h）1bar（psi）

ΔP=P1-P2=1bar

Flow1kg/h∴Cv=1

公制Cv值计算：

Cv=

Q*K

13.67√ΔP（P1+P2）

ΔP

Cv=

Q*K

11.9P1

ΔP≥P2/2

Q：

最大流量（kg/h）P1：

上游压力P2：

下游压力

ΔP=P1-P2（过热蒸汽℃-饱和蒸汽℃）

K：

1，过热蒸汽时K=1+（0.0013*过热度℃

Kv=0.857*Cv（us）=1.029*Cv（uk）

Cv（us）=1.167*Kv=1.2*Cv（uk）

Cv（uk）=0.972*Kv=0.833*Cv（us）

例:

12.3kg/cm2GTo8.3kg/cm2G（饱和蒸汽）

Flow=3015kg/h

ΔP=（12.3+1）-（8.3+1）=4kg/cm2<8.3/2=4.15kg/cm2

Cv=

Q*K

13.67√ΔP（P1+P2+2）

∴

=

3015*1

13.67√4.0*（12.3+8.3+2）

=23.2calculatedCv（Cv计算值）

安全系数:

Cv=Cv/0.7=23.2/0.7=33.1

例:

18.3kg/cm2GTo8.3kg/cm2G

Flow=3015kg/h

ΔP=（18.3+1）-（8.3+1）=10.0kg/cm2>18.3/2=9.15kg/cm2

Cv=

Q*K

11.9*（P1+1）

∴

=

3015*1

11.9*（18.3+1）

=

=13.12（Cv计算值）

安全系数:

Cv=Cv/0.7=13.12/0.7=18.7

c．二次（闪）蒸汽的计算

Fs=

Qd*（hd’-hh’）

r

公式：

Fs:

QuantityofFlashSteam（kg/h）

Qd:

QuantityofCondensate（kg/h）

hd’:

SpecificEnthalpyofCondensate（kg/h）

hh’:

SpecificEnthalpyofSaturationWateratsetHeaterPressure（KJ/kg）

r：

LatentHeatofSteamatHeaderPressure（KJ/kg）

例：

冷凝水自3kg/cm2压力蒸汽排放至大气压，排量3400kg/h,请计算二次蒸汽量。

Fs=

3400kg/h*（562-419）KJ/kg

2257KJ/kg

=215kg/h

Fs=

3400kg/h*（133.417-99.172）Kcal/kg

539.64Kcal/kg

Or：

=215kg/h

主持人马天余

您知道不良蒸汽疏水器的蒸汽浪费量吗？

疏水器的节能与选型之一

（摘要）蒸汽疏水器节能潜力和浪费能源共存。

靠疏水器，能节约多少能源或者浪费多少能源。

本系列文章将系列介绍疏水器的特点、种类、故障检查方法及疏水器蒸汽损失的计算图等。

（关键词）蒸汽疏水、疏水器、蒸汽损失

众所周知，锅炉产生蒸汽要消耗能源。

节约蒸汽就是节约能源。

锅炉产生的蒸汽除少数直接用于生产过程外，大部分是用其潜热。

蒸汽在输送过程中和间接加热过程中放出潜热，放出潜热后就形成冷凝水。

蒸汽带水不仅给蒸汽的输送带来水击危险，而且严重地影响热用户的换热效果。

从系统中有效的、不间断的除去冷凝液，一是为了排除蒸汽在输送过程中由于热损失而形成的冷凝水，防止水击；二是为了给热用户供应干饱和蒸汽，保证蒸汽携带的热量；三是及时排除面式热交换器产生的蒸器冷凝液，保证热交换器的热交换空间和换热效果。

蒸汽疏水器就是这样一种有冷凝液一经形成就立即排除、防止蒸汽逸出、排除空气和其他不凝气体功能的热力设备。

热力工作者都知道蒸汽疏水器的功能。

但不是每一位热力工作者都清楚质量不好或者已经损坏的疏水器浪费的蒸汽量。

日本TLV公司经过大量地调查研究，找到了疏水器浪费的蒸汽量的计算曲线。

以盘式疏水器为例，若一个盘式疏水器在0.5Pa的压力下跑汽，就相当于3mm直径孔的跑汽，若以每天8h计，一年要损失蒸汽56t，若以每天24h计，一年要损失蒸汽168t。

若一吨蒸汽耗燃料煤140kg（或者燃料油70kg），则一个盘式疏水器损坏后一年（以每天24h计）要损失燃料煤23.5t（或者燃料油11.8t）。

想一想，一个疏水器要损失这么多燃料，100台、1000台疏水器要损失多少燃料?

一个工厂、一个行业又要损失多少燃料呢?

化工行业是工业部门的用蒸汽大户，1997能源消费总量折标煤1．25亿t，占全国总耗量的9％左右。

而在能源消费总量中，消耗于锅炉燃料又占能源消费总量的绝大部分。

化工企业，供热系统使用的疏水器数以千计万计，疏水器产品出于东南西北，且质量有好坏，管理有优有次，维护有良有差。

在你们车间、工厂，有多少疏水器，它们的运行情况怎样，你清楚吗?

仅靠疏水器，能节约多少能源或者浪费多少能源，这笔帐你算过吗?

（未完待续）

收稿日期：

2000-03-03