减温减压装置工作原理和应用

一、 减温减压装置的工作原理
 
当供应的高温高压过热蒸汽输送到各用汽点后，必须先进入减压减温装置，将过热蒸汽的压力和温度降至接近所要求的饱和状态（一般为接近饱和温度3-5℃）后，再送到折成换热设备使用。
 
 
 
     有两种最基本的减温器形式。
 
1.      非接触式
 
 冷却蒸汽的介质不和被冷却的过热蒸汽直接接触。较冷的液体、气体和蒸汽均可以用作冷却介质。周围空气也可以用作冷却介质。这种类型的减温器如同壳管式换热器。过热蒸汽进入换热器的一侧，冷却介质进入换热器的另一侧。当过热蒸汽的温度进行控制，可以调节：进口过热蒸汽的流量，或者冷却介质的流量。
 
 2.      直接接触式
 
 用来冷却蒸汽的介质（通常为水）直接和过热蒸汽混合，如下图的文丘利和直接喷射型减温减压系统。
 
        过热蒸汽首先减压后进入减压器。冷却水直接与过热蒸汽混合，吸收过热蒸汽的热量并蒸发成蒸汽。而过热蒸汽则被冷却。一定量的冷却水通过减温器内部的雾化和混合装置被加入。加入冷却水量的控制是通过测量减温器下游的蒸汽温度来实现的。所以能产生干燥的蒸汽。这样就可以避免下有管道和设备的损坏及冲蚀。
 
      所有的直接接触式减温器都必须将进入的水打碎成小水滴，以增加水的表面积/体积比。水的表面积/体积比越大，水滴的蒸发速度越快，蒸汽降温越快。产生小水滴的过程通常称为“雾化”。喷入减温水的雾化质量的好坏，将直接影响减温系统的控制性能，不同类型的减温器采用不同的减温水雾化方法。
 
       值得引起注意的是物化的水滴与蒸汽混合，水滴蒸发（同时蒸汽冷却）是一个需要时间的过程，不会瞬间完成。因此，大部分的减温过程不是发生在减温器内部，而是在减温器出口的下游管道内。所以，对一个良好的见闻起来说，安装其下游的管道设计也是至关重要的。
 
       以上所述我们不难理解为什么冷却水滴和过热蒸汽需要一段混合良好的时间。如果混合不良，水分不能从过热蒸汽中有效吸收热量，水滴的蒸发过程就不彻底，造成减温器下游有水滴溢出，减温器出口温度无法控制。因此，水滴应该尽可能长时间的悬浮在下游管道中。为了确保这一点，下游管道应该保持相对高的流动速度以维持下游管道足够的湍流。该速度要高于一般的蒸汽分配系统的蒸汽流速。这就是为什么减温器和相应的管道通常（并非所有）要比蒸汽分配系统管道小。
 
      用于冷却的水源通常选择：锅炉补给水、脱矿水、去离子水、凝结水。
 
城市用自来水或制程用水也可能使用，但取决于给水的硬度。水垢可能会积聚在减温器冷却水喷口内部和减温器下游管道的内壁表面。
 
通常，冷却水温度越高越好，这是因为热水滴比冷水滴吸收较少的热量达到蒸发温度，因此蒸发快，从而产生更加高效的减温效果。使用热水也减少水跌落到管道内壁的量。因此应该对给水管道进行保温。通过水控制阀需要压力降。我们前面说过水应该尽可能的热，但应避免通过控制阀产生闪蒸。
 
为了喷入冷却水，减温器喷嘴处的压力必须等于或大于管道内操作蒸汽的压力。不同类型减温器对压力的要求不同但通常最小的压力值如下：
 
喷射性减温器         蒸汽压力 +0.5bar
 
文丘利型减温器       蒸汽压力 +0.1bar
 
蒸汽雾化型减温器     和蒸汽压力相同
 
对于喷射型和文丘利型减温器，在最大水流量时需要最大的压力。值得注意，水流量与冷却水和蒸汽的压差的平方根成正比。因此如果水流量增加4倍，则差压要增加42=16。
 
如果使用了一个独立或者增压泵，则需要一个回流系统确保一直有水通过泵。
 
冷却水耗量计算
 
必须加入足够的水来冷却蒸汽至所需的温度；如果水量不足蒸汽不能充分的冷却，相反如果水量过多可能会产生湿饱和蒸汽．从而导致下游管道和设备的冲蚀。  使用以下的焓平衡方程，可以方便、快速计算所需的冷却水量：
 
 Ms x(hi—hd)=Mw x(hd-hw)
 
 Mw=[Ms X(hi-hd)]/(hd-hw)
 
 其中
 
 Mw=冷却液的量             kg／h
 
    Ms=过热蒸汽量              kg／h
 
 hi=过热状态蒸汽的焓         kJ，kg
 
  hd=减温状态后的蒸汽焓       kJ／kg
 
 hw=冷却液的焓               kJ／kg
 
 
 
二、减温器的结构和类型
 
减温器应对环境条件的变化、蒸汽温度或流量的变化进行有效的调节补偿。其选择取决于以下列因素：
 
u       操作压力
 
u       操作温度
 
u       蒸汽流量
 
u       减温前后的过热度
 
u       所需要的调节比
 
u       可以提供的水压(如果没有足够的压力可能需要一个增压泵)
 
u       最终温度的所需控制精度
 
 
有3种不同类型的减温器，每个减温器均根据现场的过程数据设计以满足其特定的过程需要：
 
（1）喷射型减温器，（2）文丘利型减温器，（3）蒸汽雾化型减温器。
 
 以下将介绍不同类型的减温器的结构和特点。
 
1、文丘利型减温器
 
文丘利型减温器利用节流产生高速区和湍流来帮助实现蒸汽和冷却水的完全接触，从而达到最大的减温效果。减温过程通过三个阶段来完成：
 
第一阶段的减温发生在内部扩散器内。部分蒸汽在内喷嘴内加速并对喷入的水进行雾化。  减温的第二阶段是来自内部扩散器的饱和状雾和剩余的蒸汽在主扩散器内混合。主扩散器本身通过对蒸汽限流产生高速，因此在该区域产生强烈的湍流，完成第二阶段的减温。第三阶段，也是最后的减温阶段发生在减温器的出口下游管道内．在该阶段中悬浮在蒸汽中的剩余水滴蒸发．这样在减温器的下游某一点达到最终要求的温度。
 
本装置将冷却水和管道内壁接触的可能性降低到最小．具有最小的管道冲蚀和最大的减温效果。文丘利减温器的高速混合效果最大。蒸汽流量调节比根据实际的工况变化而变化，对水平安装的减温器其调节比一般为4：1，对垂直安装的减温器其调节比可以达到超过5：1。在和设计良好的减压站一起使用，其蒸汽流量调节比能改进并超过5：1。
 
如果蒸汽流量的调节比超出单个减温器的能力范围，则可以使用两个减温器并联使用，并根据蒸汽流量的变化，实现自动切换。
 
文丘利型减溢器特点
 
调节比一般能满足大部分的工厂应用，对大多数应用，压力比较低。
 
操作简单．没有运动部件。
 
控制精确，通常可以达到饱和温度TsAT+3℃。
 
适用于稳定或变蒸汽条件的应用。
 
2、完整的喷射型减温器
 
一个完整的喷射型减温器安装方便．它包括喷射喷嘴组件、热套管和法兰连接的壳套。
 
这是最简单的一种减温器，冷却液通过一个或多个雾化喷嘴喷入蒸汽流中。雾化喷嘴位于减温器的中心轴上，冷却液以和蒸汽相同的方向喷入蒸汽。
 
该减温器中包括一个热套管．过热蒸汽可以通过热套管和管壳内径之间的环形面。热套管提供了一个热表面，它可以使喷射液快速蒸发，同时可以保护减温器的管壳免受冲蚀。热套管的工作可以使减温器在系统处于低负荷一喷嘴的雾化不是最有效时，确保系统的有效操作。
 
喷射型减温器特点
 
操作简单。没有运动部件。
 
费用低。
 
  零蒸汽压力降。
 
低的流量调节比能力
 
 接近饱和蒸汽温度的能力低(一般最好为TsAT+5℃)。
 
容易引起蒸汽管道内壁的冲蚀。使用内部热套管可以克服该问题．同时也有助于水分的蒸发。
 
应用：比较稳定的蒸汽负荷，比较稳定的蒸汽温度，比较稳定的冷却水温度
 
3、蒸汽雾化型减温器
 
本类型减温器使用辅助的高压蒸汽在减温器的扩散器内对进入的冷却水进行雾化。辅助蒸汽的压力至少是减温器进口蒸汽压力(表压)的1．5倍．其最小压力要求为3 barg。一般，雾化蒸汽的流量为主蒸汽流量的2％一5％。减温过程分两个阶段完成。
 
第1过程在扩散器内完成，冷却水被高速的雾化蒸汽雾化。在减温的第2阶段，来自扩散器的饱和状雾和主管道内的蒸汽混合。蒸发过程发生在减温器出口的管道内．在出口管道内残留的水分悬浮在蒸汽中并逐渐蒸发，这样在减温器下游的某一点达到最终要求的温度。
 
蒸汽雾化型减温器特点
 
冷却液由主蒸汽流的中心引入。
 
冷却液沿蒸汽流方向喷八蒸汽。
 
良好的调节比。蒸汽流量的调节比最大可能达到50：1．但最有效的操作和控制的调节比大约为20：1。对冷却液的调节比，数据相同。
 
结构非常紧凑，在所有的减温器中其长度最短。
 
压力降可以忽略
 
适用于蒸汽流量变化很大，需要高的调节比的应用
 
 
 
三、减温器以及控制部件的安装方位
 
减温器可以水平或者垂直安装，垂直方向安装时蒸汽必须向上流动。斯派莎克强烈反对蒸汽向下流动的垂直方向安装。对于水平方向安装的减温器．理想的安装方向是冷却水的连接口向下(蒸汽雾化型减温器的雾化蒸汽连接口也同样)。其他方向也能达到满意的操作，但排水效果要较差。
 
对于垂直安装．我们建议冷却水管道(和如果需要雾化蒸汽管道)应该从下方连接至减温器的相应连接口。这种布置方式确保在关闭后有最佳的排水效果。
 
减温器和加压阀之间的距离
 
在减压和减温的应用中，减温器应位于减压阀下游至少5倍的管经或1．5米处(系统图中的距离A)。
 
压力感应器至少位于减温器出口法兰的下游1．5米处。但理想的位置是压力感应器应该位于蒸汽使用点．这样压力控制阀可以补偿减温器和使用点之间任何管道压力损失。
 
喷水点和温度感应器之间的距离是至关重要。如果感应器过分接近喷水点，水分的蒸发会不充分，温度感应器会给出错误的读数。温度感应器的位置取决于很多因素．其中最重要的是剩余过热度的值。
 
维持恒定的供给蒸汽压力很重要。
 
减温器后的蒸汽温度控制加水的量。温度越高，控制阀打开越大、加入的水越多。通常减温的目标是将过热蒸汽的温度降低到蒸汽饱和温度以上很小的范围内。但是．如果供给的蒸汽压力上升．其对应的饱和温度也上升。而控制器的设定值没有改变，这样控制系统为了达到设定的温度值将会加入额外的水量，这样会导致蒸汽很湿，从而产生很多问题。
 
在有些应用中蒸汽不能带有水分，在这些应用中建议在减温器的下游安装一汽水分离装置。这样可以保护下游管道和设备免受在控制系统失效或者非正常操作情况下如启动阶段时水分的侵害。在减温后的蒸汽温度接近饱和温度或者大调节比的应用(例如，对于喷水型减温器，调节比>2：1：对于文丘利型减温器，调节比>3：1：对于蒸汽雾化型减温器，调节比>5：1)在下游也建议安装汽水分离装置。  汽水分离装置必须安装在温度感应器的下游，这样使水分有足够的时间蒸发。和汽水分离装置配套使用的疏水阀应该能防止空气的堵塞，从疏水阀出来的排放管应该具有足够的能力以排放冷却水并近可能地垂直安装。
 
 建议在冷却水的供给管道上安装过滤器以保护控制阀和减温器的小孔堵塞。同时建议在过热蒸汽压力控制阀的上游安装过滤器。
 
 在涉及到减压控制的应用中，在减压阀的下游应安装安全阀以备出现下列情况时保护减温器和下游的设备：
 
 压力控制系统失效时出现超压
 
 压力控制系统失效时出现超温。
 
减温器和下游设备必须能满足过热蒸汽的最高温度限制．以确保在压力和温度控制系统失效时系统安全。
 
当考虑整个系统时，应该牢记减温器只是减温系统的一个部件。很显然，如果所安装的控制系统调节比低于减温器，则整个减温系统的调节比也降低。例如，在一个特定的减温减压系统中，如冷却水控制阀的调节比低于减温器，则冷却水控制阀的调节比将限制整个减压减温系统的调节比。