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1、第五章 室内蒸汽供热系统,第一节：蒸汽作为供热系统热媒的特点第二节：室内蒸汽供暖系统第三节：室内蒸汽高压供热系统第四节：疏水器及其它附属设备第五节：室内低压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题第六节：室内高压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题,5-1 蒸汽作为供热系统热媒的特点,蒸汽作为供热（暖）系统的热媒，应用极为普遍。右图是蒸汽供热的原理图。蒸汽从热源1沿蒸汽管路2进入散热设备4，蒸汽凝结放出热量后，凝水通过疏水器5再返回热源重新加热。,蒸汽供热原理图1-热源；2-蒸汽管路；3-分水器；4-散热设备；5-疏水器；6-凝水管路；7-凝水箱；8-空气管；9-凝水泵；10-凝水管,第五章 室内
2、蒸汽供热系统,蒸汽作为热媒的特点,与热水作为供热（暖）系统的热媒相对比，蒸汽具有如下一些特点。1.热水在系统散热设备中，靠其温度降放出热量，而且热水的相态不发生变化。蒸汽在系统散热设备中，靠水蒸汽凝结成水放出热量，相态发生了变化。2.热水在封闭系统内循环流动，其状态参数（主要指流量和比容）变化很小。蒸汽和凝水在系统管路内流动时，其状态参数变化比较大，还会伴随相态变化。,第五章 室内蒸汽供热系统,3.在热水供暖系统中，散热设备内热媒温度为热水流进和流出散热设备的平均温度。蒸汽在散热设备中定压凝结放热，散热设备的热媒温度为该压力下的饱和温度。4.蒸汽供暖系统中的蒸汽比容，较热水比容大得多。所以在蒸
3、汽管道中可以采用高流速。5.由于蒸汽具有比容大，密度小的特点，因而在高层建筑供暖时，不会像热水供暖那样，产生很大的水静压力。,第五章 室内蒸汽供热系统,5-2 室内蒸汽供暖系统,一、蒸汽供暖系统分类,第五章 室内蒸汽供热系统,一、蒸汽供暖系统分类,第五章 室内蒸汽供热系统,二、低压蒸汽供暖系统的基本型式,图5-2所示是重力回水低压蒸汽供暖系统示意图。在系统运行前，锅炉充水至I-I平面。锅炉加热后产生的蒸汽，在其自身压力作用下，克服流动阻力，沿供汽管道输进散热器内，并将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱入凝水管，最后，经连接在凝水管末端的B点处排出。蒸汽在散热器内冷疑放热。凝水靠重力作用沿凝水管路
4、返回锅炉，重新加热变成蒸汽。,第五章 室内蒸汽供热系统,（a）上供式,（b）下供式,（a）上供式（b）下供式,第五章 室内蒸汽供热系统,重力回水低压蒸汽供暖系统型式简单，无需设置凝水箱和凝水泵，运行时不消耗电能，宜在小型系统中采用。但在供暖系统作用半径较长时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。如仍用重力回水方式，凝水管里面-高度就可能达到甚至超过底层散热器的高度，底层散热器就会充满凝水、并积聚空气，蒸汽就无法进入，从而影响散热。因此，当系统作用半径较大，供汽压力较高（通常供汽表压力高于20kPa）时，就都采用机械回水系统。,第五章 室内蒸汽供热系统,室内蒸汽供暖机械回水系统,不
5、同于连续循环重力回水系统，机械回水系统是一个“断开式”系统。凝水不直接返回锅炉，而首先进入凝水箱。然后再用凝水泵将凝水送回热源重新加热。在低压蒸汽供暖系统中，凝水箱布置应低于所有散热器和凝水管。进凝水箱的凝水干管应作顺流向下的坡度，使从散热器流出的凝水靠重力自流进入凝水箱。机械回水系统的最主要优点是扩大了供热范围，因而应用最为普通。,第五章 室内蒸汽供热系统,图5-3是机械回水的中供式低压蒸汽供暖系统的示意图。,机械回水低压蒸汽供暖系统示,1-低压恒温 式疏水器；2-凝水箱；3-空气管；4-凝水泵,第五章 室内蒸汽供热系统,低压蒸汽供暖系统在设计中应注意的问题：,1.在设计低压蒸汽供暖系统时，
6、一方面尽可能采用较低的供汽压力，另一方面系统的干式凝水管又与大气相通；因此，散热器内的蒸汽压力只需比大气压力稍高一点即可，靠剩余压力以保证蒸汽流入散热器所需的压力损失，并靠蒸汽压力将散热器中的空气驱入凝水管。2.设计时，散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为15002000Pa。,第五章 室内蒸汽供热系统,3.当供汽压力符合设计要求时，散热器内充满蒸汽。进入的蒸汽量恰能被散热器表面冷凝下来，形成一层凝水薄膜，凝水顺利流出，不积留在散热器内，空气排除干净，散热器工作正常。当供汽压力降低，进入散热器中的蒸汽量减少，不能充满整个散热器，散热器中的空气不能排净，或由于蒸汽冷凝，造成微负压而从干式凝水管吸
7、入空气。,第五章 室内蒸汽供热系统,由于低压蒸汽的比容比空气大，蒸汽将只占据散热器上部空间，空气则停留在散热器下部。在此情况下，沿散热器壁流动的凝水，在通过散热器下部的空气区时，将因蒸汽饱和分压力降低及器壁的散热而发生过冷却，散热器表面平均温度降低，散热器的散热量减少。,反之，当供汽压力过高时，进入散热器的蒸汽量超过了散热表面的凝结能力，便会有未凝结的蒸汽窜入凝水管；同时，散热器的表面温度随蒸汽压力升高而高出设计值，散热器的散热量增加。在实际运行过程中，供汽压力总有波动，为了避免供汽压力过高时未凝结的蒸汽窜入凝水管，可在每个散热器出口或在每根凝水立管下端安装疏水器。4.在蒸汽供暖管路中，排除沿
8、途凝水，以免发生蒸汽系统常有的“水击”现象，是设计中必须认真重视的一个问题。在蒸汽供暖系统中，沿管壁凝结的沿途凝水可能被高速的蒸汽流裹带，形成随蒸汽流动的高速水滴；落在管底的沿途凝水也可能被高速蒸汽流重新掀起，形成“水塞”，,第五章 室内蒸汽供热系统,并随蒸汽一起高速流动，在遭到阀门、拐弯或向上的管段等使流动方向改变时，水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击，就产生“水击”，出现噪声、振动或局部高压，严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。为了减轻水击现象，水平敷设的供汽管路，必须具有足够的坡度，并尽可能保持汽、水同向流动。供汽干管汽水同向流动时，i=0.003，散热器支管i=0.010.02。供
9、汽干管向上拐弯处，必须设置疏水装置。同时，在下供式系统的蒸汽立管中，汽、水呈逆向流动，蒸汽立管要采用比较低的流速，以减轻水击现象。,第五章 室内蒸汽供热系统,介绍欧美国家常采用的一种单管下供下回式低压蒸汽供暖系统的图式,单管下供下回式低压蒸汽供暖系统1-阀门；2-自动排气阀,第五章 室内蒸汽供热系统,特点,1.节省管道2.散热器支管与立管的连接点必须低于散热器 出口平面。3.立管汽水逆向流动4.每个散热器上，必须装自动排气阀，设在散热器1/3高度处。,5-3 室内高压蒸汽供热系统,在工厂中，生产工艺用热往往需要使用较高压力的蒸汽。因此，利用高压蒸汽作为热媒，向工厂车间及其辅助建筑物各种不同用途
10、的热用户（生产工艺、热水供应、通风及供暖热用户等）供热，是一种常用的供热方式。,第五章 室内蒸汽供热系统,图5-8所示是一个厂房的用户入口和室内高压蒸汽供暖系统示意图。,图5-8 室内高压蒸汽供暖示意图,1-室外蒸汽管；2-室内高压蒸汽供热管；3-室内高压蒸汽供暖管；4-减压装置；5-补偿器；6-疏水器；7-开式凝水箱；8-空气管；9-凝水泵；10-固定支点；11-安全阀,第五章 室内蒸汽供热系统,室内高压蒸汽供暖系统特点,高压蒸汽通过室外蒸汽管路进入用户入口的高压分汽缸。根据各种热用户的使用情况和要求的压力不同，季节性的室内蒸汽供暖管道系统宜与其它热用户的管道系统分开，即从不同的分汽缸中引出
11、蒸汽分送不同的用户。当蒸汽入口压力或生产工艺用热的使用压力高于供暖系统的工作压力时，应在分汽缸之间设置减压装置（见图5-8）。,第五章 室内蒸汽供热系统,室内各供暖系统的蒸汽，在用热设备冷凝放热，冷凝水沿凝水管道流动，经过疏水器后汇流到凝水箱，然后，用凝结水泵压送回锅炉房重新加热。凝水箱可布置在该厂房内，也可布置在工厂区的凝水回收分站或直接布置在锅炉房内。凝水箱可以与大气相通，称为开式凝水箱（如图5-8中7所示），也可以密封且具有一定的压力，称为闭式凝水箱。,凝水通过疏水器的排水孔和沿疏水器后面的凝水管路流动时，由于压力降低，相应的饱和温度降低，凝水会部分重新汽化，生成二次蒸汽。同时，疏水器因
12、动作滞后或阻汽不严也必会有部分漏气现象。因此，疏水器后的管道流动状态属两相流（蒸汽与凝水）。靠疏水器后的余压输送凝水的方式，通常称为余压回水。当工业厂房的蒸汽供热系统使用较高压力时，凝水管道内生成的二次汽量就会增多。如有条件利用二次汽，则可将使用压力较高的室内各热用户的高温凝水先引入专门设置的二次蒸发箱（器），通过二次蒸发箱分离出二次蒸汽，再就地利用。分离后留下的纯凝水靠压差作用送回凝水箱。,第五章 室内蒸汽供热系统,设置二次蒸发箱的室内高压蒸汽供暖示意图,1-暖风机；2-泄水阀；3-疏水装置；4-止回阀；5-二次蒸发箱；6安全阀；7蒸汽压力调节阀；8排气阀,第五章 室内蒸汽供热系统,5-4
13、疏水器及其它附属设备,一、疏水器（一）疏水器的分类 根据疏水器的作用原理不同，可分为三种类型的疏水器。（1）机械型疏水器 利用蒸汽和凝水的密度不同，形成凝水液位，以控制凝水排水孔自动启闭工作的疏水器。主要产品有浮筒式、钟形浮子式、自由浮球式、倒吊筒式疏水器等。,第五章 室内蒸汽供热系统,吊桶式疏水器（机械型）,特点体积大、排量小，活动部件多，筒内易沉渣，维修量大。,（2）热动力型疏水器,利用蒸汽和凝水热动力学（流动）特性的不同来工作的疏水器。主要产品有圆盘式、脉冲式、孔板或迷宫式疏水器等。,特点体积小，重量轻，结构简单，安装维修方便，但有周期性漏气现象，且当凝水量较小时，会发生连续漏气现象，周
14、围环境温度较高时，排水量减少。,（3）热静力型（恒温型）疏水器,利用蒸汽和凝水的温度不同引起恒温元件膨胀或变形来工作的疏水器。主要产品有波纹管式、双金属片式和液体膨胀式疏水器等。,温调式疏水器（热静力型）,特点要求加工工艺较高，适用于排除过冷凝水，但不易安装在周围环境温度高的场合.,（二）疏水器的作用,自动阻止蒸汽逸漏而且迅速排除用热设备中的凝结水，同时排除系统中积存的空气和其他不凝性气体。,（三）疏水器的选择,（1）疏水器排水量即确定排水小孔的直径或面积 G=0.1APd2p kg/h AP疏水器的排水系数，查附录5-1 p疏水器前后的压力差,KPa。d 疏水器的排水阀孔直径，mm.（2）疏
15、水器的选择倍率K 疏水器的实际排水量应大于用热设备的理论排水量，即 Gsh=GlK GL用热设备的理论排水量,kg/h K选择倍率，查表5-1,（3）疏水器前后压力确定 P1疏水器前压力A.疏水器用于排除管路凝结水，P1=Pb Pb 疏水点的蒸汽表压力；B.疏水器安装在用热设备出口，P1=0.95Pb Pb 用热设备前的蒸汽表压力；C.疏水器安装在凝水干管末端，P1=0.7Pb Pb 供热系统的入口蒸汽表压力；,P2疏水器后压力，P2 不得大于疏水器的最大背压P2max（厂家提供数据），一般P2=0.5P1 如果疏水器后按干式凝水管设计，P2=0,（四）疏水器与管路的连接方式,（a）不带旁通管
16、水平安装（b）带旁通管水平安装（c）旁通管垂直安装,（d）旁通管垂直安装（e）不带旁通管并联安装（f）带旁通管并联安装,第五章 室内蒸汽供热系统,疏水器前后需设置阀门，用以截断检修用。疏水器前后应设置冲洗管和检查管。冲洗管位于疏水器前阀门的前面，用以放空气和冲洗管路。检查管位于疏水器与后阀门之间，用以检查疏水器工作情况。图5-16（b）为带旁通管的安装方式。实践表明：装旁通管极易产生副作用。因此，对小型供暖系统和热风供暖系统，可考虑不设旁通管（如图5-16a）。对于不允许中断供汽的生产用热设备，为了进行检修疏水器，应安装旁通管和阀门。当多台疏水器并联安装（图5-16f）时，也可不设旁通管（图5
17、-16e）。,第五章 室内蒸汽供热系统,二、减压阀,1.原理：通过调节阀孔大小，对蒸汽进行节流达到减压目的，并能自动地阀后压力维持在一定范围内。2、种类 活塞式减压阀：工作可靠、工作温度和压力较高，使用范围广。波纹管式减压阀：调节范围大、压力波动范围小，适用于减为低压的低压蒸汽供暖系统薄膜式减压阀：,第五章 室内蒸汽供热系统,波纹管减压阀,3、减压阀选择：根据所需减压的前后压力大小，计算出蒸汽流量，然后确定阀孔面积。当减压前后压力比大于57倍时，应串联两个减压阀。选择计算见课本4、减压阀的安装：必须有旁通管，阀前后有关断阀、压力表等,5-4 疏水器及其它附属设备,三、二次蒸发箱（器）二次蒸发箱
18、的作用是将室内各用汽设备排出的凝水，在较低的压力下分离出一部分二次蒸汽，并将低压的二次蒸汽输送到热用户利用，二次蒸发箱构造简单，如图5-20所示。高压含汽凝水沿切线方向的管道进入箱内，由于进口阀的节流作用，压力下降，凝水分离出一部分二次蒸汽。水的旋转运动更易使汽水分离，水向下流动，沿凝水管送回凝水箱去。,二次蒸发箱,第五章 室内蒸汽供热系统,5-5室内低压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题,蒸汽在管道流动时，同样有摩擦压力损失和局部阻力损失。计算蒸汽管道内的单位长度摩擦压力损失（比摩阻）时，同样可利用第四章式（4-2）即达西维斯巴赫公式进行计算。在利用上式为基础进行水力计算时，虽然蒸汽的流量
19、因沿途凝结而不断减少，蒸汽的密度也因蒸汽压力沿管路降低而变小，但这些变化并不大，在计算低压蒸汽管路时可以忽略，而认为这个管段内的流量和整个系统的密度是不变的。低压蒸汽供暖管路的局部压力损失的确定方法与热水供暖管路相同，各构件的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5-4,第五章 室内蒸汽供热系统,在进行低压蒸汽供暖系统管路的水力计算时，同样先从最不利的管路开始，亦即从锅炉到最远散热器的管路开始计算。为保证系统均匀可靠地供暖，尽可能使用较低的蒸汽压力供暖，进行最不利的管路的水力计算时，通常采用控制比压降或按平均比摩阻方法进行计算。最不利管路各管段的水力计算完成后，即可进行其它立
20、管的水力计算。可按平均比摩阻法来选择其它立管的管径，但管内流速不得超过下列的规定最大允许流速（见暖通规范）；当汽、水同向流动时 30m/s 当汽、水逆向流动时 20m/s,第五章 室内蒸汽供热系统,控制比压降法（每米总阻力损失不超过100pa/m）或平均比摩阻法根据锅炉工作压力确定最不利管路平均比摩阻，建议不超过100pa/m.,（5）凝水管径确定干式凝水管为非满管流湿式凝水管为满管流凝水管径可根据各段负荷查附录5-5确定,例题，见书P144,【例题5-1】图5-21为重力回水的低压蒸汽供暖管路系统的一个支路。锅炉房设在车间一侧。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立管
21、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。,第五章 室内蒸汽供热系统,5-6室内高压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题,室内高压蒸汽供暖管路的水力计算原理与低压蒸汽完全相同。室内蒸汽供暖管路的水力计算任务同样也是选择管径和计算其压力损失，通常采用平均比摩阻法或流速法进行计算。计算从最不利环路开始。有平均比摩阻法、流速法和限制比摩阻法。,第五章 室内蒸汽供热系统,1.平均比摩阻法,已知蒸汽系统的初始压力，最不利管路的阻力损失不应超过初始压力的1/4。所以，平均比摩阻为 为摩擦阻力占总的阻力损失的百分数，（高压蒸汽系统=0.8。查附录4-8）,2、流速法,通常室内高压蒸汽供暖系统起始压力较高，蒸汽管路采用较高的流速，仍能保证在用热设备出口有较高的剩余压力，因此暖通规范规定：高压蒸汽供暖系统的最大允许流速不大于下列数值：汽水同向流动 80m/s 汽水逆向流动 60m/s工程设计中，为保证节点压力平衡，最不利管路常采用的流速为1540m/s，其他支管的管径可采用较高流速，但不得超过最大流速。,
