減溫減壓裝置工作原理和應用

一、 減溫減壓裝置的工作原理
 
當供應的高溫高壓過熱蒸汽輸送到各用汽點后，必須先進入減壓減溫裝置，將過熱蒸汽的壓力和溫度降至接近所要求的飽和狀態（一般為接近飽和溫度3-5℃）后，再送到折成換熱設備使用。
 
 
 
     有兩種最基本的減溫器形式。
 
1.      非接觸式
 
 冷卻蒸汽的介質不和被冷卻的過熱蒸汽直接接觸。較冷的液體、氣體和蒸汽均可以用作冷卻介質。周圍空氣也可以用作冷卻介質。這種類型的減溫器如同殼管式換熱器。過熱蒸汽進入換熱器的一側，冷卻介質進入換熱器的另一側。當過熱蒸汽的溫度進行控制，可以調節：進口過熱蒸汽的流量，或者冷卻介質的流量。
 
 2.      直接接觸式
 
 用來冷卻蒸汽的介質（通常為水）直接和過熱蒸汽混合，如下圖的文丘利和直接噴射型減溫減壓系統。
 
        過熱蒸汽首先減壓后進入減壓器。冷卻水直接與過熱蒸汽混合，吸收過熱蒸汽的熱量并蒸發成蒸汽。而過熱蒸汽則被冷卻。一定量的冷卻水通過減溫器內部的霧化和混合裝置被加入。加入冷卻水量的控制是通過測量減溫器下游的蒸汽溫度來實現的。所以能產生干燥的蒸汽。這樣就可以避免下有管道和設備的損壞及沖蝕。
 
      所有的直接接觸式減溫器都必須將進入的水打碎成小水滴，以增加水的表面積/體積比。水的表面積/體積比越大，水滴的蒸發速度越快，蒸汽降溫越快。產生小水滴的過程通常稱為“霧化”。噴入減溫水的霧化質量的好壞，將直接影響減溫系統的控制性能，不同類型的減溫器采用不同的減溫水霧化方法。
 
       值得引起注意的是物化的水滴與蒸汽混合，水滴蒸發（同時蒸汽冷卻）是一個需要時間的過程，不會瞬間完成。因此，大部分的減溫過程不是發生在減溫器內部，而是在減溫器出口的下游管道內。所以，對一個良好的見聞起來說，安裝其下游的管道設計也是至關重要的。
 
       以上所述我們不難理解為什么冷卻水滴和過熱蒸汽需要一段混合良好的時間。如果混合不良，水分不能從過熱蒸汽中有效吸收熱量，水滴的蒸發過程就不徹底，造成減溫器下游有水滴溢出，減溫器出口溫度無法控制。因此，水滴應該盡可能長時間的懸浮在下游管道中。為了確保這一點，下游管道應該保持相對高的流動速度以維持下游管道足夠的湍流。該速度要高于一般的蒸汽分配系統的蒸汽流速。這就是為什么減溫器和相應的管道通常（并非所有）要比蒸汽分配系統管道小。
 
      用于冷卻的水源通常選擇：鍋爐補給水、脫礦水、去離子水、凝結水。
 
城市用自來水或制程用水也可能使用，但取決于給水的硬度。水垢可能會積聚在減溫器冷卻水噴口內部和減溫器下游管道的內壁表面。
 
通常，冷卻水溫度越高越好，這是因為熱水滴比冷水滴吸收較少的熱量達到蒸發溫度，因此蒸發快，從而產生更加高效的減溫效果。使用熱水也減少水跌落到管道內壁的量。因此應該對給水管道進行保溫。通過水控制閥需要壓力降。我們前面說過水應該盡可能的熱，但應避免通過控制閥產生閃蒸。
 
為了噴入冷卻水，減溫器噴嘴處的壓力必須等于或大于管道內操作蒸汽的壓力。不同類型減溫器對壓力的要求不同但通常最小的壓力值如下：
 
噴射性減溫器         蒸汽壓力 +0.5bar
 
文丘利型減溫器       蒸汽壓力 +0.1bar
 
蒸汽霧化型減溫器     和蒸汽壓力相同
 
對于噴射型和文丘利型減溫器，在最大水流量時需要最大的壓力。值得注意，水流量與冷卻水和蒸汽的壓差的平方根成正比。因此如果水流量增加4倍，則差壓要增加42=16。
 
如果使用了一個獨立或者增壓泵，則需要一個回流系統確保一直有水通過泵。
 
冷卻水耗量計算
 
必須加入足夠的水來冷卻蒸汽至所需的溫度；如果水量不足蒸汽不能充分的冷卻，相反如果水量過多可能會產生濕飽和蒸汽．從而導致下游管道和設備的沖蝕。  使用以下的焓平衡方程，可以方便、快速計算所需的冷卻水量：
 
 Ms x(hi—hd)=Mw x(hd-hw)
 
 Mw=[Ms X(hi-hd)]/(hd-hw)
 
 其中
 
 Mw=冷卻液的量             kg／h
 
    Ms=過熱蒸汽量              kg／h
 
 hi=過熱狀態蒸汽的焓         kJ，kg
 
  hd=減溫狀態后的蒸汽焓       kJ／kg
 
 hw=冷卻液的焓               kJ／kg
 
 
 
二、減溫器的結構和類型
 
減溫器應對環境條件的變化、蒸汽溫度或流量的變化進行有效的調節補償。其選擇取決于以下列因素：
 
u       操作壓力
 
u       操作溫度
 
u       蒸汽流量
 
u       減溫前后的過熱度
 
u       所需要的調節比
 
u       可以提供的水壓(如果沒有足夠的壓力可能需要一個增壓泵)
 
u       最終溫度的所需控制精度
 
 
有3種不同類型的減溫器，每個減溫器均根據現場的過程數據設計以滿足其特定的過程需要：
 
（1）噴射型減溫器，（2）文丘利型減溫器，（3）蒸汽霧化型減溫器。
 
 以下將介紹不同類型的減溫器的結構和特點。
 
1、文丘利型減溫器
 
文丘利型減溫器利用節流產生高速區和湍流來幫助實現蒸汽和冷卻水的完全接觸，從而達到最大的減溫效果。減溫過程通過三個階段來完成：
 
第一階段的減溫發生在內部擴散器內。部分蒸汽在內噴嘴內加速并對噴入的水進行霧化。  減溫的第二階段是來自內部擴散器的飽和狀霧和剩余的蒸汽在主擴散器內混合。主擴散器本身通過對蒸汽限流產生高速，因此在該區域產生強烈的湍流，完成第二階段的減溫。第三階段，也是最后的減溫階段發生在減溫器的出口下游管道內．在該階段中懸浮在蒸汽中的剩余水滴蒸發．這樣在減溫器的下游某一點達到最終要求的溫度。
 
本裝置將冷卻水和管道內壁接觸的可能性降低到最?。哂凶钚〉墓艿罌_蝕和最大的減溫效果。文丘利減溫器的高速混合效果最大。蒸汽流量調節比根據實際的工況變化而變化，對水平安裝的減溫器其調節比一般為4：1，對垂直安裝的減溫器其調節比可以達到超過5：1。在和設計良好的減壓站一起使用，其蒸汽流量調節比能改進并超過5：1。
 
如果蒸汽流量的調節比超出單個減溫器的能力范圍，則可以使用兩個減溫器并聯使用，并根據蒸汽流量的變化，實現自動切換。
 
文丘利型減溢器特點
 
調節比一般能滿足大部分的工廠應用，對大多數應用，壓力比較低。
 
操作簡單．沒有運動部件。
 
控制精確，通?？梢赃_到飽和溫度TsAT+3℃。
 
適用于穩定或變蒸汽條件的應用。
 
2、完整的噴射型減溫器
 
一個完整的噴射型減溫器安裝方便．它包括噴射噴嘴組件、熱套管和法蘭連接的殼套。
 
這是最簡單的一種減溫器，冷卻液通過一個或多個霧化噴嘴噴入蒸汽流中。霧化噴嘴位于減溫器的中心軸上，冷卻液以和蒸汽相同的方向噴入蒸汽。
 
該減溫器中包括一個熱套管．過熱蒸汽可以通過熱套管和管殼內徑之間的環形面。熱套管提供了一個熱表面，它可以使噴射液快速蒸發，同時可以保護減溫器的管殼免受沖蝕。熱套管的工作可以使減溫器在系統處于低負荷一噴嘴的霧化不是最有效時，確保系統的有效操作。
 
噴射型減溫器特點
 
操作簡單。沒有運動部件。
 
費用低。
 
  零蒸汽壓力降。
 
低的流量調節比能力
 
 接近飽和蒸汽溫度的能力低(一般最好為TsAT+5℃)。
 
容易引起蒸汽管道內壁的沖蝕。使用內部熱套管可以克服該問題．同時也有助于水分的蒸發。
 
應用：比較穩定的蒸汽負荷，比較穩定的蒸汽溫度，比較穩定的冷卻水溫度
 
3、蒸汽霧化型減溫器
 
本類型減溫器使用輔助的高壓蒸汽在減溫器的擴散器內對進入的冷卻水進行霧化。輔助蒸汽的壓力至少是減溫器進口蒸汽壓力(表壓)的1．5倍．其最小壓力要求為3 barg。一般，霧化蒸汽的流量為主蒸汽流量的2％一5％。減溫過程分兩個階段完成。
 
第1過程在擴散器內完成，冷卻水被高速的霧化蒸汽霧化。在減溫的第2階段，來自擴散器的飽和狀霧和主管道內的蒸汽混合。蒸發過程發生在減溫器出口的管道內．在出口管道內殘留的水分懸浮在蒸汽中并逐漸蒸發，這樣在減溫器下游的某一點達到最終要求的溫度。
 
蒸汽霧化型減溫器特點
 
冷卻液由主蒸汽流的中心引入。
 
冷卻液沿蒸汽流方向噴八蒸汽。
 
良好的調節比。蒸汽流量的調節比最大可能達到50：1．但最有效的操作和控制的調節比大約為20：1。對冷卻液的調節比，數據相同。
 
結構非常緊湊，在所有的減溫器中其長度最短。
 
壓力降可以忽略
 
適用于蒸汽流量變化很大，需要高的調節比的應用
 
 
 
三、減溫器以及控制部件的安裝方位
 
減溫器可以水平或者垂直安裝，垂直方向安裝時蒸汽必須向上流動。斯派莎克強烈反對蒸汽向下流動的垂直方向安裝。對于水平方向安裝的減溫器．理想的安裝方向是冷卻水的連接口向下(蒸汽霧化型減溫器的霧化蒸汽連接口也同樣)。其他方向也能達到滿意的操作，但排水效果要較差。
 
對于垂直安裝．我們建議冷卻水管道(和如果需要霧化蒸汽管道)應該從下方連接至減溫器的相應連接口。這種布置方式確保在關閉后有最佳的排水效果。
 
減溫器和加壓閥之間的距離
 
在減壓和減溫的應用中，減溫器應位于減壓閥下游至少5倍的管經或1．5米處(系統圖中的距離A)。
 
壓力感應器至少位于減溫器出口法蘭的下游1．5米處。但理想的位置是壓力感應器應該位于蒸汽使用點．這樣壓力控制閥可以補償減溫器和使用點之間任何管道壓力損失。
 
噴水點和溫度感應器之間的距離是至關重要。如果感應器過分接近噴水點，水分的蒸發會不充分，溫度感應器會給出錯誤的讀數。溫度感應器的位置取決于很多因素．其中最重要的是剩余過熱度的值。
 
維持恒定的供給蒸汽壓力很重要。
 
減溫器后的蒸汽溫度控制加水的量。溫度越高，控制閥打開越大、加入的水越多。通常減溫的目標是將過熱蒸汽的溫度降低到蒸汽飽和溫度以上很小的范圍內。但是．如果供給的蒸汽壓力上升．其對應的飽和溫度也上升。而控制器的設定值沒有改變，這樣控制系統為了達到設定的溫度值將會加入額外的水量，這樣會導致蒸汽很濕，從而產生很多問題。
 
在有些應用中蒸汽不能帶有水分，在這些應用中建議在減溫器的下游安裝一汽水分離裝置。這樣可以保護下游管道和設備免受在控制系統失效或者非正常操作情況下如啟動階段時水分的侵害。在減溫后的蒸汽溫度接近飽和溫度或者大調節比的應用(例如，對于噴水型減溫器，調節比>2：1：對于文丘利型減溫器，調節比>3：1：對于蒸汽霧化型減溫器，調節比>5：1)在下游也建議安裝汽水分離裝置。  汽水分離裝置必須安裝在溫度感應器的下游，這樣使水分有足夠的時間蒸發。和汽水分離裝置配套使用的疏水閥應該能防止空氣的堵塞，從疏水閥出來的排放管應該具有足夠的能力以排放冷卻水并近可能地垂直安裝。
 
 建議在冷卻水的供給管道上安裝過濾器以保護控制閥和減溫器的小孔堵塞。同時建議在過熱蒸汽壓力控制閥的上游安裝過濾器。
 
 在涉及到減壓控制的應用中，在減壓閥的下游應安裝安全閥以備出現下列情況時保護減溫器和下游的設備：
 
 壓力控制系統失效時出現超壓
 
 壓力控制系統失效時出現超溫。
 
減溫器和下游設備必須能滿足過熱蒸汽的最高溫度限制．以確保在壓力和溫度控制系統失效時系統安全。
 
當考慮整個系統時，應該牢記減溫器只是減溫系統的一個部件。很顯然，如果所安裝的控制系統調節比低于減溫器，則整個減溫系統的調節比也降低。例如，在一個特定的減溫減壓系統中，如冷卻水控制閥的調節比低于減溫器，則冷卻水控制閥的調節比將限制整個減壓減溫系統的調節比。