CN116972325A - 一种蒸汽疏水设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸汽疏水设备及其使用方法。蒸汽疏水设备设有凝结水入口管(11)、凝结水出口管道(9)、筒形容器(1)、连通管(3)，筒形容器(1)的顶板上设有散热管(2)。自凝结水出口管道(9)的入口至凝结水出口管道(9)的出口，依次设有第一阀门(51)、第一法兰(41)、孔板(10)、第二法兰(42)、第一异径管(61)、混合室(7)、第二异径管(62)和第二阀门(52)。混合室(7)上设有内伸管(8)。连通管(3)的一端位于筒形容器(1)内，连通管(3)的另一端与内伸管的顶部相连。本发明公开了上述蒸汽疏水设备的使用方法。本发明主要用于石油化工行业管网蒸汽伴热产生的凝结水的回收系统。

Description

一种蒸汽疏水设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种阻汽排水的蒸汽疏水设备及其使用方法。

背景技术

石油化工行业的管网中，有许多工艺管道采用蒸汽(指水蒸汽)伴热，蒸汽伴热管道的管径一般为DN20、DN25、DN32(DN表示公称直径，毫米)。伴热后的蒸汽变成凝结水，多处凝结水经过疏水阀后汇集到一根凝结水母管上，然后利用余压送入管网凝结水总管。存在的问题是：疏水阀经常因偏离设计工况等原因不能正常工作，起不到阻汽排水的作用，导致较多的蒸汽进入凝结水总管，使得凝结水总管产生水击和振动，损坏管道和设备。多数疏水阀是断续工作的，凝结水会对母管产生间断冲击、加剧了凝结水总管的水击和振动。疏水阀为介质单向流动的管道元件，当凝结水总管产生水击时，凝结水管系无法吸收水击能量，从而减缓或消除水击。

发明内容

本发明的目的是提供一种蒸汽疏水设备及其使用方法，以解决现有的疏水阀所存在的因经常不能正常工作而导致较多的蒸汽进入凝结水总管、使得凝结水总管产生水击等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种蒸汽疏水设备，设有凝结水入口管、凝结水出口管道，凝结水入口管与凝结水入口管道相连，其特征在于：疏水设备还设有筒形容器、连通管，凝结水入口管设于筒形容器的侧面，凝结水出口管道的入口连接于筒形容器的底部，筒形容器的顶板上设有散热管，自凝结水出口管道的入口至凝结水出口管道的出口，依次设有第一阀门、第一法兰、孔板、第二法兰、第一异径管、混合室、第二异径管和第二阀门，混合室上设有内伸管，连通管的一端位于筒形容器内，连通管的另一端与内伸管的顶部相连。

筒形容器立式设置，由上部的圆筒形筒体和下部的倒置圆锥面形筒体组成，筒形容器也可以仅仅是一个圆筒形筒体，混合室为水平设置的圆管，混合室的两端分别与第一异径管和第二异径管的大口径端相连，第一异径管的小口径端与第二法兰相连，孔板夹紧于第一法兰和第二法兰之间。

连通管由连通管第一竖直段、连通管水平段和连通管第二竖直段组成，连通管水平段位于筒形容器内凝结水的设定液位高度处，连通管第一竖直段位于筒形容器内，连通管第一竖直段的底部开口位于筒形容器内凝结水的设定液位的下方。

上述蒸汽疏水设备的使用方法是：凝结水通过凝结水入口管进入筒形容器的下部，筒形容器内维持设定液位，少量蒸汽位于筒形容器内凝结水液位的上方，一部分蒸汽进入散热管被散热冷凝，冷凝水向下落入筒形容器的下部，筒形容器下部的凝结水通过凝结水出口管道以及第一阀门、孔板、第一异径管、混合室、第二异径管和第二阀门流出。

凝结水流经孔板时降压，降压后产生微量蒸汽、变成汽液两相流并进入混合室，当筒形容器内的凝结水液位高于设定液位即高于连通管水平段的高度时，筒形容器内的一部分凝结水通过连通管以及内伸管进入混合室，另一部分凝结水通过凝结水出口管道以及第一阀门、孔板和第一异径管进入混合室，凝结水以两路同时流出筒形容器、进入混合室，使得筒形容器内的凝结水液位下降，直至达到设定液位。当筒形容器内的凝结水液位低于连通管第一竖直段底部开口的高度时，筒形容器内凝结水液位上方的蒸汽通过连通管以及内伸管进入混合室，混合室内汽水混合物的体积增大、流动阻力增大，通过凝结水出口管道以及第一阀门、孔板和第一异径管进入混合室的凝结水的流量减小，使得筒形容器内的凝结水液位上升，直至达到连通管第一竖直段的底部开口高度处、接近于设定液位。

采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明可以自动控制筒形容器内的凝结水液位，可靠地阻汽排水。由于在筒形容器内凝结水液位的控制过程中只有少量的蒸汽进入混合室(参见本说明书具体实施方式部分的说明)，并从混合室进入凝结水母管和凝结水总管，所以防止了凝结水总管产生水击和振动。同时由于本发明蒸汽疏水设备是连续工作的，凝结水从混合室排出时不会对凝结水母管产生间断冲击、加剧凝结水总管的水击和振动。(2)本发明蒸汽疏水设备没有阻止汽液倒流的元件，汽液可以正反两个方向流动。正向流动时，筒形容器内的汽液进入混合室，再从混合室流出、进入凝结水母管和凝结水总管。反向流动时，汽液按相反的方向流动。凝结水总管产生水击时，汽液反向流动，从凝结水总管进入凝结水母管、混合室、筒形容器，在筒形容器内凝结水液位上方蒸汽所处的空间有效地释放水击能量，从而减缓或消除凝结水总管的水击现象。

本发明主要用于石油化工行业管网蒸汽伴热产生的凝结水的回收系统，起到阻汽排水的作用，以取代普通的疏水阀。本发明还可用于其它的产生凝结水的设备(例如蒸汽加热器)。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明蒸汽疏水设备的结构与布置示意图。

图2是图1中内伸管的放大示意图。

图3是图2中的A—A剖视图。

图4是图2中的B—B剖视图。

图1至图4中，相同附图标记表示相同的技术特征。附图标记表示：1—筒形容器；2—散热管；3—连通管；31—连通管第一竖直段；32—连通管第二竖直段；33—连通管水平段；41—第一法兰；42—第二法兰；43—第三法兰；44—第四法兰；51—第一阀门；52—第二阀门；61—第一异径管；62—第二异径管；7—混合室；8—内伸管；9—凝结水出口管道；10—孔板；11—凝结水入口管；12—缝隙；13—旁通管道；14—旁通阀门；15—设定液位。

具体实施方式

参见图1，本发明的蒸汽疏水设备设有凝结水入口管11、凝结水出口管道9、筒形容器1、连通管3。凝结水入口管11设于筒形容器1的侧面，与凝结水入口管道相连。筒形容器1的顶板上设有散热管2。凝结水出口管道9的入口连接于筒形容器1的底部，凝结水出口管道9的出口与凝结水母管相连，凝结水母管再通过管道与凝结水总管相连。自凝结水出口管道9的入口至凝结水出口管道9的出口，依次设有第一阀门51、第一法兰41、孔板10、第二法兰42、第一异径管61、混合室7、第二异径管62和第二阀门52。孔板10的侧面设有把手，第一异径管61和第二异径管62均为大小头。混合室7上设有内伸管8，混合室7与内伸管8焊接在一起。连通管3的一端位于筒形容器1内，连通管3的另一端与内伸管8的顶部相连。

图1所示的筒形容器1立式设置，由上部的圆筒形筒体和下部的倒置圆锥面形筒体组成，圆筒形筒体的顶部设有顶板。倒置圆锥面形筒体的大口径顶部与圆筒形筒体的底部焊接连接，倒置圆锥面形筒体的小口径底部与凝结水出口管道9的入口相连。筒形容器1也可以仅仅是一个圆筒形筒体，设有顶板和底板，凝结水出口管道9的入口连接于所述的底板上。上述的圆筒形筒体，直径一般均为DN250～DN600。

散热管2的顶部封闭，底部敞口、与筒形容器1的内腔相通。散热管2带有散热片，散热片可以做成环形肋片，也可以做成纵向鳍片，肋化系数一般为2～3。散热管2的长度一般为200～400毫米，散热管2的直径(管子的直径)一般为DN100～DN300。散热管2的直径小于筒形容器1圆筒形筒体的直径，两种直径匹配的一些例子见表1。

混合室7为水平设置的圆管，长度一般为200～400毫米，混合室7的直径(公称直径)比与混合室7连接的凝结水出口管道9的公称直径大2～3级。混合室7的两端分别与第一异径管61和第二异径管62的大口径端相连，第一异径管61和第二异径管62对称地设置于混合室7的两端。第一异径管61的小口径端与第二法兰42相连，孔板10夹紧于第一法兰41和第二法兰42之间。

图1所示的连通管3由连通管第一竖直段31、连通管水平段33和连通管第二竖直段32组成。连通管水平段33位于筒形容器1内凝结水的设定液位15高度处。连通管第一竖直段31位于筒形容器1内，连通管第一竖直段31的底部开口(作为连通管3的一端)位于筒形容器1内凝结水的设定液位15的下方，连通管第一竖直段31的底部开口至设定液位15的距离一般为100～200毫米。连通管第二竖直段32的底部开口(作为连通管3的另一端)设有第三法兰43，内伸管8的顶部设有第四法兰44，连通管第二竖直段32的底部开口与内伸管8的顶部通过第三法兰43和第四法兰44相连。

凝结水入口管11一般设置1～10个，水平设置。凝结水入口管11设置2个以上时(图1所示设置的是4个)，在竖直方向上间隔排列。最下面的一个凝结水入口管11至少比设定液位15高出100毫米；另外，最下面的一个凝结水入口管11至筒形容器1底部的距离一般为筒形容器1总高度的50％～70％。最上面的一个凝结水入口管11至少比筒形容器1的顶板低100毫米；另外，最上面的一个凝结水入口管11至筒形容器1顶板的距离一般为筒形容器1总高度的15％～30％。

参见图1、图2、图3和图4，内伸管8为竖直设置的圆管，上部位于混合室7外，下部位于混合室7内。内伸管8位于混合室7内的部分的侧面开设有缝隙12，内伸管8的底部封闭。缝隙12水平开设，开设若干个，在竖直方向上间隔排列。每个缝隙12在水平面上的投影形状为圆弧形，相邻的两个缝隙12在水平面上的投影关于内伸管8在所述水平面上的投影中心点成中心对称。每个缝隙12的宽度t一般为5～10毫米，所有缝隙12的总面积一般是连通管3横截面积的1.5～2倍。缝隙12的面积是缝隙12在内伸管8内壁上的面积，连通管3的横截面积按连通管3的内径计算。

在混合室7清理检修时，第一阀门51和第二阀门52均关闭。参见图1，蒸汽疏水设备可以设有旁通管道13，旁通管道13上设有旁通阀门14。旁通管道13的一端连接于凝结水出口管道9位于凝结水出口管道9入口与第一阀门51之间的管段上，旁通管道13的另一端连接于凝结水出口管道9位于第二阀门52与凝结水出口管道9出口之间的管段上。在混合室7清理检修时，筒形容器1下部的凝结水通过凝结水出口管道9以及旁通管道13和旁通阀门14进入凝结水母管。

第一阀门51、第二阀门52和旁通阀门14，均为汽液可以双向通过的普通的闸阀、截止阀等。

图1所示蒸汽疏水设备的使用方法是：凝结水入口管道内的凝结水(饱和凝结水)通过凝结水入口管11进入筒形容器1的下部，筒形容器1内维持设定液位15，阻断蒸汽。少量蒸汽(水蒸汽)位于筒形容器1内凝结水液位的上方，一部分蒸汽进入散热管2被散热冷凝，冷凝水向下落入筒形容器1的下部。筒形容器1下部的凝结水(包含上述的冷凝水)通过凝结水出口管道9以及第一阀门51、孔板10、第一异径管61、混合室7、第二异径管62和第二阀门52流出，进入凝结水母管，再从凝结水母管进入凝结水总管。

筒形容器1内凝结水液位的控制过程为：凝结水流经孔板10时降压，降压后产生微量蒸汽、变成汽液两相流并进入混合室7。孔板10压降导致的凝结水气化率一般为1％～3％(百分数为质量百分数)，主要通过调整孔板10节流孔的孔径来达到。凝结水的气化率是凝结水流经孔板10后产生的蒸汽的质量与凝结水流经孔板10前的质量的比值。当筒形容器1内的凝结水液位高于设定液位15(即高于连通管水平段33的高度)时，筒形容器1内的一部分凝结水通过连通管3以及内伸管8进入混合室7。筒形容器1内的另一部分凝结水通过凝结水出口管道9以及第一阀门51、孔板10和第一异径管61进入混合室7。凝结水以两路同时流出筒形容器1、进入混合室7，使得筒形容器1内的凝结水液位下降，直至达到设定液位15。图1中，用未注附图标记的箭头示意性地表示凝结水的流动方向。

当筒形容器1内的凝结水液位低于连通管第一竖直段31底部开口的高度时(即筒形容器1内的凝结水液位位于连通管第一竖直段31底部开口的下方)，筒形容器1内凝结水液位上方的蒸汽通过连通管3以及内伸管8进入混合室7，混合室7内汽水混合物的体积增大、流动阻力增大；通过凝结水出口管道9以及第一阀门51、孔板10和第一异径管61进入混合室7的凝结水的流量减小，且筒形容器1内的凝结水只有这一路进入混合室7，使得筒形容器1内的凝结水液位上升，直至达到连通管第一竖直段31的底部开口高度处、接近于设定液位15。筒形容器1内的凝结水液位上升到连通管第一竖直段31的底部开口及以上时，筒形容器1内凝结水液位上方的蒸汽就不再通过连通管3以及内伸管8进入混合室7。

蒸汽从内伸管8进入混合室7，是从内伸管8上的缝隙12进入混合室7。采用本发明附图所示的缝隙12的益处是，蒸汽从缝隙12进入混合室7后，可以均匀地与混合室7内的凝结水混合、避免混合时的振动。

混合室7内的凝结水和蒸汽通过凝结水出口管道9以及第二异径管62和第二阀门52流出，进入凝结水母管，再从凝结水母管进入凝结水总管。进入凝结水母管和凝结水总管的凝结水和蒸汽，蒸汽质量占凝结水和蒸汽总质量的5％以下。

表1

Claims (10)

1.一种蒸汽疏水设备，设有凝结水入口管(11)、凝结水出口管道(9)，凝结水入口管(11)与凝结水入口管道相连，其特征在于：疏水设备还设有筒形容器(1)、连通管(3)，凝结水入口管(11)设于筒形容器(1)的侧面，凝结水出口管道(9)的入口连接于筒形容器(1)的底部，筒形容器(1)的顶板上设有散热管(2)，自凝结水出口管道(9)的入口至凝结水出口管道(9)的出口，依次设有第一阀门(51)、第一法兰(41)、孔板(10)、第二法兰(42)、第一异径管(61)、混合室(7)、第二异径管(62)和第二阀门(52)，混合室(7)上设有内伸管(8)，连通管(3)的一端位于筒形容器(1)内，连通管(3)的另一端与内伸管(8)的顶部相连。

2.根据权利要求1所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：筒形容器(1)立式设置，由上部的圆筒形筒体和下部的倒置圆锥面形筒体组成，筒形容器(1)也可以仅仅是一个圆筒形筒体，混合室(7)为水平设置的圆管，混合室(7)的两端分别与第一异径管(61)和第二异径管(62)的大口径端相连，第一异径管(61)的小口径端与第二法兰(42)相连，孔板(10)夹紧于第一法兰(41)和第二法兰(42)之间。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：连通管(3)由连通管第一竖直段(31)、连通管水平段(33)和连通管第二竖直段(32)组成，连通管水平段(33)位于筒形容器(1)内凝结水的设定液位(15)高度处，连通管第一竖直段(31)位于筒形容器(1)内，连通管第一竖直段(31)的底部开口位于筒形容器(1)内凝结水的设定液位(15)的下方。

4.根据权利要求3所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：连通管第一竖直段(31)的底部开口至设定液位(15)的距离为100～200毫米，连通管第二竖直段(32)的底部开口与内伸管(8)的顶部通过第三法兰(43)和第四法兰(44)相连。

5.根据权利要求4所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：凝结水入口管(11)设置1～10个，凝结水入口管(11)设置2个以上时，在竖直方向上间隔排列，最下面的一个凝结水入口管(11)至少比设定液位(15)高出100毫米，最上面的一个凝结水入口管(11)至少比筒形容器(1)的顶板低100毫米。

6.根据权利要求5所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：内伸管(8)为竖直设置的圆管，上部位于混合室(7)外，下部位于混合室(7)内，内伸管(8)位于混合室(7)内的部分的侧面开设有缝隙(12)，内伸管(8)的底部封闭。

7.根据权利要求6所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：内伸管(8)上的缝隙(12)水平开设，开设若干个，在竖直方向上间隔排列，每个缝隙(12)在水平面上的投影形状为圆弧形，相邻的两个缝隙(12)在水平面上的投影关于内伸管(8)在所述水平面上的投影中心点成中心对称，每个缝隙(12)的宽度为5～10毫米，所有缝隙(12)的总面积是连通管(3)横截面积的1.5～2倍。

8.根据权利要求1至6中任何一项所述的蒸汽疏水设备，其特征在于：蒸汽疏水设备设有旁通管道(13)，旁通管道(13)上设有旁通阀门(14)，旁通管道(13)的一端连接于凝结水出口管道(9)位于凝结水出口管道(9)入口与第一阀门(51)之间的管段上，旁通管道(13)的另一端连接于凝结水出口管道(9)位于第二阀门(52)与凝结水出口管道(9)出口之间的管段上。

9.权利要求3所述蒸汽疏水设备的使用方法，其特征在于：凝结水(饱和凝结水)通过凝结水入口管(11)进入筒形容器(1)的下部，筒形容器(1)内维持设定液位(15)，少量蒸汽(水蒸汽)位于筒形容器(1)内凝结水液位的上方，一部分蒸汽进入散热管(2)被散热冷凝，冷凝水向下落入筒形容器(1)的下部，筒形容器(1)下部的凝结水通过凝结水出口管道(9)以及第一阀门(51)、孔板(10)、第一异径管(61)、混合室(7)、第二异径管(62)和第二阀门(52)流出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：凝结水流经孔板(10)时降压，降压后产生微量蒸汽、变成汽液两相流并进入混合室(7)，当筒形容器(1)内的凝结水液位高于设定液位(15)即高于连通管水平段(33)的高度时，筒形容器(1)内的一部分凝结水通过连通管(3)以及内伸管(8)进入混合室(7)，另一部分凝结水通过凝结水出口管道(9)以及第一阀门(51)、孔板(10)和第一异径管(61)进入混合室(7)，凝结水以两路同时流出筒形容器(1)、进入混合室(7)，使得筒形容器(1)内的凝结水液位下降，直至达到设定液位(15)。当筒形容器(1)内的凝结水液位低于连通管第一竖直段(31)底部开口的高度时，筒形容器(1)内凝结水液位上方的蒸汽通过连通管(3)以及内伸管(8)进入混合室(7)，混合室(7)内汽水混合物的体积增大、流动阻力增大，通过凝结水出口管道(9)以及第一阀门51、孔板(10)和第一异径管(61)进入混合室(7)的凝结水的流量减小，使得筒形容器(1)内的凝结水液位上升，直至达到连通管第一竖直段(31)的底部开口高度处、接近于设定液位(15)。