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流体控制工程

减压阀的优点

减压阀是一种调节阀,可将出口处的流体压力保持在比入口处的流体压力低的一个固定的压力上。

减压阀的主要用途不仅是减压,它的本来目的是随着负荷的波动而动态地控制流量。

尽管减压阀根据各种运作方式会有所不同,但理论上,通过节流孔对管路内的通路进行截流“Throttling”从而达到减压,在这一点上没有太大的差异。

换言之,利用通过蒸汽绝热膨胀产生的状态变化,这样不仅通过减压阀之后的压力会变化,而且温度、潜热和容积也会发生变化。

这些变化会产生如下效果:

1. 提高蒸汽质量

减压既是蒸汽的绝热膨胀,随着压力的变化潜热也随之变化,所以干燥度也将得到改善。
例如,将 0.7MPa,干燥度为 95% 的 饱和蒸汽减压至 0.1MPa后,

0.7MPa 干燥度为 95% 的潜热 : 2,055 kJ/kg × 0.951,952kJ/kg (A)
0.7MPa 的显热 : 719kJ/kg (B)

总热量=AB=1,952 kJ/kg + 719 kJ/kg =2,671kJ/kg (C)

减压时,假定由于通过减压阀而产生的摩擦,热量损失等为零,

0.1MPa 的显热:504kJ/kg(D)

从总热量中减去显热量,作为潜热量。

潜热量 = C-D=2,671 kJ/kg - 504 kJ/kg=2,167 kJ/kg (E)

0.1MPa 饱和蒸汽的潜热:2,209 kJ/kg(F)

干燥度 = E/F = 2,167 kJ/kg 除以 2,209 kJ/kg符号98.1%

将0.7MPa,干燥度为 95% 的蒸汽减压至 0.1MPa后,干燥度将从 95% 提高到 98.1%。
此外,输送高干燥度的蒸汽可使系统内导热表面的冷凝水膜变薄,从而提高热交换能力。

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2. 通过减压增加潜热达到节能

饱和蒸汽的压力越高,其蒸汽中包含的潜热就越小,显热就会增大。
这说明利用间接加热时,越是压力高,热量的损失就越大。

在间接加热的情况下,如使用超过必要的高压,将会浪费非常多的热量。因此,通过减压效果使潜热量增加,最终实现节能的目标。 
关于可以达到多少减压程度,可通过热交换部分的温度条件以及蒸汽供给口的尺寸来确保,或者不受由于减压而使热交换能力下降的影响作为前提条件。

3. 减少含水率

现在的高性能锅炉,尽量使用高压生产蒸汽,可控制回水的含水率在较低的水平,从而保证了高干燥度的蒸汽提供。
这样可提高蒸汽的热交换率,并且对生产性或节能上来说也非常重要。

4. 均一的加热条件

使用减压阀可将二次压力保持在一定范围,从而稳定了系统的加热状态,使热交换速度保持恒定,实现稳定的生产率。

5. 配管成本的节减

在到减压阀之前可以用高压输送蒸汽,
这样可使管道口径减到最小。
使用小口径管道可减少保温材料或管道接头,还能减少散热面积,从而减少热量使用增大节能效果。

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建议

在蒸汽管道中,压力损失、噪音和管道磨损会因管道中的流动速度变快而呈指数方式增大。减小管道口径虽然能降低设备成本,但同时也会使流速加快。因此,必须综合考虑各种因素来选定最经济的管道口径。
通常情况下,

饱和蒸汽 :20-30 m/s
过热蒸汽 30-60 m/s

[其他注意点]
越是低压的蒸汽,它的容积比会迅速增大,且更容易受管道阻力。在低压下,压力损失的影响是较大的原因。 因此,必须充分考虑管道中的流速
如果将来打算增添设备,应根据最大蒸汽量计算后,并留有余地的选择管道口径。

计算蒸汽流量
蒸汽的比重量(γ)会随着低压而急剧变小。
根据左记的计算公式,蒸汽流量(G)恒定时,
如果蒸汽的比重量(γ)变小,管道口径(d)则变大。
也就是说蒸汽输送时时用高压,在需要低压蒸汽的系统之前进行减压
,这样可降低输送管道的材料成本。

计算

列题
求以 1.0MPa 和 0.1MPa 的压力输送 500kg/h 的蒸汽时所需的管道口径。

问题示例

如上所述,以 1.0MPa 的压力输送时,应使用 32A 的管子;以 0.1MPa 的压力输送时,应使用 80A 的管道。

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