如何正確選型蒸汽管徑和閥門？
如何正確選型蒸汽管徑和閥門？
蒸汽係統輸送的目的是把正確的壓力，充足的蒸汽量輸送至使用點。蒸汽管道和閥門的正確選型，是為了確保用汽設備正常運行，並且滿足工藝要求和生產效率。
畢竟，良好的設備運行，才能保證生產出高品質的產品，而好產品是增強企業市場競爭力的根本。
一、為什麽蒸汽管道要嚴格選型？
1、管道選型過大意味著：
A、管道、閥門、接頭等費用增加。
B、安裝費用更高，包括支撐、保溫等。
C、由於熱損失增加，蒸汽管道內形成的冷凝水量增加。這也意味著需要更多的蒸汽疏水或濕蒸汽達到用汽點。
例如：
A、80mm口徑蒸汽管道的安裝費用比50mm口徑蒸汽管道的安裝費用高出44%，而50mm口徑的管道已經能提供足夠的蒸汽量了。
B、由於更多的傳熱麵積，80mm絕熱管的熱損失比50mm絕熱管的損失多21%。80mm非絕熱管的熱損失比50mm非絕熱管的熱損失多50%。
2、管道選型過小意味著：
A、高的蒸汽流速產生高的蒸汽壓力降，到達用汽點時壓力過低，從而降低用汽設備的性能。
B、用汽點沒有足夠的蒸汽量，影響生產效率。
C、蒸汽流速加快，容易產生衝蝕、水錘現象和噪聲汙染。
為了幫助管理者更好的設計或優化蒸汽係統，接下來以新建一家飼料廠做為案例，從管道合理布局和閥門選型方麵，為您梳理設計思路，讓你快速撐握蒸汽管徑和閥門的正確選
二、新建飼料廠案例背景：
1、飼料廠已知情況如下
2台4噸鍋爐，蒸汽壓力6~8Barg。飼料廠分二期施工，後期會增加生產線。
若鍋爐效率按85%*8噸=能產生的蒸汽量6800KG/H。若鍋爐效率按90%*8噸=7200KG/H。
一期機組配置：
1台做豬料的製粒機，產能20T/H,調質器要求蒸汽壓力：2~4Barg。
調質器帶雙層夾套保溫，並且有保質器。要求蒸汽壓力：0.8~1Barg。
1台水產膨化機，產能10T/H,要求蒸汽壓力：4~5Barg
1台水產烘幹機，產能10T/H,要求蒸汽壓力：6~7Barg
2、如何確定設備用汽量？
蒸汽管道和閥門的選型，都離不開兩個基本參數，一是蒸汽壓力，二是蒸汽流量。
已知蒸汽壓力，那麽蒸汽用量該如何確定呢？為避免計算過於繁瑣，可采用行業經驗值估算即可。
A、豬料製粒機蒸汽用量是按照每生產1噸飼料，會消耗50~80KG蒸汽估算。
再加上有雙層保溫夾套和保質器用汽，通往夾套的蒸汽，每一層夾套蒸汽用量考慮100KG/H，共300KG/H。
估算得出：20T產能*蒸汽消耗量60KG=1200KG/H+雙層夾套和保質器用汽量300KG/H=1500KG/H。
B、水產膨化機是按照每生產1噸膨化料，會消耗80~120KG蒸汽估算。
估算得出：10T產能*蒸汽消耗量100KG=1000KG/H。
C、水產烘幹機是按照每生產1噸烘幹料，會消耗280~350KG蒸汽估算。
估算得出：10T產能*蒸汽消耗量320KG=3200KG/H。
因此，三台設備蒸汽總用量是：
製粒機1500+膨化機1000+烘幹機3200=5700KG/H
備注：
每噸料消耗蒸汽量，這是行業內的平均值。實際可根據各廠家不同的原料、季節、地域、飼料配方、成品的要求來決定取值。
如果你是其他行業，像啤酒、製藥、乳業、飲料、造紙等，涉及到不同種類的用汽設備，計算蒸汽用量的方式也會不一樣，可關注後期的文章或聯係我。
三、鍋爐分汽缸至主車間分汽缸總管道，該如何選型設計？
1、總管道尺寸選型
已知：
鍋爐蒸汽壓力：6~8Barg，一期設備蒸汽總用量：5700KG/H。但需要考慮二期擴建，蒸汽總管的尺寸，需滿足後期的最大用汽量，考慮按7200KG/H設計。
管道選型方法，可選擇用流速法，或者是壓降法。案例我會以流速法的數據詳細介紹，壓降法有興趣學習可私下谘詢，方法都是大同小異。
下圖為《蒸汽管道選型表（速度）》截圖
如上圖所示：（點擊放大，看得更清楚）
表中最左列為壓力barg，第二列為允許的蒸汽流速m/s，在這兩個條件的限定下，查表即可知道，選擇不同的管徑下，蒸汽的最大流通能力是多少。
當入口壓力是6Barg時，允許流速是30m/s時 ，DN125流通能力是5393KG/H，DN150流通能力是7891KG/H。
當入口壓力是8Barg時，允許流速是30m/s 時，DN125流通能力是6847KG/H，DN150流通能力是10017KG/H。
即使最大壓力8Barg時，DN125口徑還是不能滿足要求，並且完全沒有餘量。
因此，總管道需選型DN150，才能滿足最大用汽量7200KG/H的輸送。
關於蒸汽允許流速需要說明一下：
A、一般未減壓前，流速考慮不超過30m/s是安全流速，如果流速過快會對管道、閥件的衝蝕磨損加快，壽命變短。長期運行在高流速下，管道法蘭與閥門連接也會容易損壞，會有安全隱患。
B、減壓後，2~6米內蒸汽馬上進入設備使用，為了避免壓力損失和蒸汽的平穩性，因此，選型時建議流速考慮20~25m/s為佳，30m/s為次選。
2、鍋爐分汽缸至車間分汽缸，疏水點布置
鍋爐房至主車間距離有200米，蒸汽在輸送中產生的冷凝水，需通過合理設置疏水點排出。避免管道積水，引起腐蝕、水錘衝擊、影響蒸汽品質等問題。
疏水點的合理布置：
對於蒸汽主管道，所有上升、下降管、轉彎或管道末端，必須設置疏水點。
每隔30~50m 設一個疏水點，並配以尺寸合適的集水井。讓冷凝水順利的陷落到集水井的空間內，然後通過疏水閥及時排出。
若沒有集水井，冷凝水很難進入安裝疏水閥的小管道內，而是直接被蒸汽推到下遊，導致後端蒸汽濕度大，產生水錘等問題。
由於嚴格計算管道冷凝率，會涉及到很多影響因素，乐鱼官网按照經驗值估算即可。
在保溫正常的情況下，蒸汽冷凝率按經驗值考慮5~10%。
一般北方地區，由於環境溫度低，建議考慮10%。熱電廠供汽，冷凝率可按10%估算。
7200KG蒸汽量*冷凝率10%=720KG/H。
200米途中設計4組疏水點，每組KWSS-ZK係列疏水閥需承擔排水能力720/4組=180KG/H
選擇維遠疏水閥型號KWSS-ZK-10,排水能力達600KG/H，完全能滿足要求。
四、製粒機分配管、KWSS-ZK減壓閥選型、夾套選型
工況參數：蒸汽用汽1500KG/H。入口壓力6~8KG，二次壓力2~4KG
1、分配管選型
如上圖所示：
當入口壓力是6Barg，允許流速是30m/s 時，DN50流通能力是923KG/H，DN65流通能力是1536KG/H。
當入口壓力是7Barg，允許流速是30m/s 時，DN50流通能力是1048KG/H，DN65流通能力是1774KG/H。
當入口壓力是8Barg，允許流速是30m/s 時，DN50流通能力是1172KG/H，DN65流通能力是1950KG/H。
因此，未減壓前的管道，需滿足1500KG/H的蒸汽量，選用DN65為佳。
如上圖所示：
經減壓到2Barg後， 允許流速是30m/s 時，DN80流通能力是953KG/H，DN100流通能力是1606KG/H。
經減壓到3Barg後，允許流速是30m/s 時，DN80流通能力是1248KG/H，DN100流通能力是2104KG/H。
經減壓到4Barg後，允許流速是30m/s 時，DN80流通能力是1540KG/H，DN100流通能力是2596KG/H。
因此，為了避免產生壓損，減壓後的管道，仍要滿足1500KG/H的蒸汽量，需擴管至DN100為佳，DN80次選。
2、減壓閥選型過大或過小的影響：
A、若減壓閥選型過大時，因為閥門長期處於小開度狀態，當閥瓣和閥座在小縫下過蒸汽時，蒸汽流速會成倍增加，飛快的流速會造成密封麵過度衝蝕，影響減壓穩定性及壽命。
B、若減壓閥選型過小時，即蒸汽量供應不足，無法達到設定壓力。並且流量在供不應求的情況下，減壓閥膜片會瀕繁調整，不僅零部件容易損壞，還會引起異常噪音和震動。
因此，實際用汽量占減壓閥額定量30~70%之間，此時選型最為合理。
經過選型後，隻要滿足減壓範圍和最大用汽量，減壓閥可以縮徑使用。比原管道小一號口徑，是很常見的選型。
如上圖所示：
當入口壓力6Barg，減壓至3Barg時，DN40減壓閥最大額定量為1570KG/H。DN50最大額定量為2430KG/H。
若選型DN40，實際用量1500KG/H，已占了額定量的95%，明顯偏小了。
選用DN50 1500/2430=61.7%，符合選型原則。因此，選用DN50減壓閥為佳。
3、雙層夾套和保質器
由於雙層夾套和保質器蒸汽壓力要求是0.8~1Barg，蒸汽流量300KG/H。
若從8Barg減至0.8Barg，已接近減壓閥極限減壓比10：1，對減壓閥穩定性和壽命會有影響。
因此，通往夾套和保質器的蒸汽，取汽點最好是減壓後的2~4Barg處。
此處涉及到三路分汽點，為了保證用汽點蒸汽的幹飽和度，建議設置足夠大的豎管。
蒸汽從豎管上部取汽，冷凝水掉落到豎管底部積聚，並通過疏水閥及時排出。
雙層調質器進汽口管徑，可與設備廠家預留的開口一致。或者根據蒸汽量選型用DN50、DN65、DN80均可。
由於調質工藝對溫度和含水率有嚴格要求，建議選用KWZK比例調節閥控製蒸汽流量。
若手動調質時，由於閥門需在低開度下瀕繁調節流量，建議選擇閥瓣有節流功能的可調式波紋管KWZK截止閥。
夾套和保質器管道、減壓閥口徑，均可選用DN25。三處夾套盤管產生的冷凝水，可共用一組DN25疏水閥。
由於夾套壓力較低，有冷凝水回收道的工況，為了避免高壓處冷凝水串壓，導致低壓疏水閥排不出水，必須要分開設計回水管。
此部份安裝時有兩個建議：
A、使用變徑管安裝建議：（KWZK減壓閥縮徑）
蒸汽管路上不能使用同心變徑管接頭﹐因為收窄的地方在管的中心，不能有效迅速排走積水，應采用偏心變徑管接頭。
B、KWZK係列Y型過濾器的安裝建議
過濾器安裝時應確保過濾網籃處於低部位置，網籃不應低於管道水平麵﹐否則將形成冷凝水積存而導致水錘。
膨化機、烘幹機管道和減壓閥選型，都是按照此思路選型，此處就不重複論述。
五、烘幹機比例控製閥和疏水閥選型
1、烘幹機工況參數
蒸汽用量3200KG/H，二次壓力6~7KG。烘幹機共8組加熱器。
每2組共用一台控製閥自動控溫，每台控製閥蒸汽量=3200/4組=800KG/H。
每組加熱器單獨設計疏水閥，每組疏水閥需承擔疏水量=3200/8組=400KG/H。
2、比例控製閥選型
選用控製閥時，需根據蒸汽壓力和蒸汽用量，通過計算公式確認KV值，再確認控製閥口徑。
否則很有可能造成閥門選擇過大或過小，直接影響到控製穩定性、精確度和使用壽命，嚴重的還會引起管道振動、水錘等。
經過合理選型的控製閥，開度控製在50~90%為佳。
最大流量係數Kv 值：
是指控製閥全開時能通過的最大流量。
定義：額定流量係數Kv=50 的控製閥表示控製閥全開，控製閥兩端壓降為100kpa 時，每小時可通過5～40℃的水量是50M3
通過代入公式
，800/13.8/6=9.66。KV值=9.66。再對照KV值與口徑表得知，選擇用DN50口徑下，KV=40為佳。或DN40，KV=25均可。
把參數輸入計算公式驗算開度，當KV值=40，在最大流量時控製閥開度是63.72%。
3、KWSS-ZK疏水閥選型過大或過小的影響
A、KWSS-ZK疏水閥排量選型過大時，閥嘴容易被汽蝕衝蝕。疏水閥體積大，而浮球腔體內冷凝水量太少，不足以形成水密封保護，導致閥嘴長期祼露在水位線上方，容易泄漏蒸汽。
B、KWSS-ZK疏水閥排量選型過小時，排水能力不夠，無法及時將冷凝水排除幹淨，造成設備內積水，進而導致水錘和設備換熱效率降低、升溫緩慢等問題。
8組加熱器單獨設計疏水閥，每組疏水閥需承擔疏水能力=3200/8組=400KG/H。
蒸汽壓力6~7Barg,選擇維遠型號KWSS-ZK-10，DN40疏水閥，此型號排水能力1500KG/H。
烘幹機對升溫效率有很高的要求，必須留有足夠的餘量，推薦安全係數1.5倍。
注意：型號KWSS-ZK-10，-10是代表閥嘴壓差，選型時需大於實際蒸汽壓力即可。
這裏需要重點說一下，過去很多老管道的設計，都是幾組加熱器共用一台大排量的疏水閥，這種布置叫群組疏水（如上圖）。容易導致疏水不順暢積水，影響升溫效率。
新建廠或改造中，必須要杜絕群組疏水。
通過以上闡述，相信您對蒸汽管道和閥門的選型有了清晰的思路。