蒸汽系統(tǒng)的“頭號殺手”—水錘 

　　解決水錘問題—立刻 

　　水錘不只是一個系統(tǒng)問題，更是個安全問題 。它不僅會對人員和設備造成致命的傷害，有時會引發(fā)重大安全事故！而且，水錘還會大幅增加設備和系統(tǒng)的維修保養(yǎng)與停機時間，嚴重影響正常生產(chǎn)，給企業(yè)造成經(jīng)濟損失。

　　不幸的是，有82%的蒸汽系統(tǒng)存在著不同程度的水錘，而人們卻誤以為水錘是蒸汽和冷凝水系統(tǒng)中自然而不可消除的現(xiàn)象，這種觀念是大錯特錯的。實際上，通過合理設計和正確運行，任何系統(tǒng)都可消除水錘的困擾。 

　　到底哪些地方會發(fā)生水錘呢？ 

       水錘會發(fā)生于任何蒸汽或冷凝水管線，尤其在多相流系統(tǒng)，如冷凝水兩相系統(tǒng)中，情況更加嚴重。冷凝水兩相系統(tǒng)中包含兩種狀態(tài)，液態(tài)(冷凝水) 和汽態(tài)(閃蒸汽或新蒸汽)。很明顯，只要蒸汽系統(tǒng)中有冷凝水與閃蒸蒸汽或新蒸汽同時存在，就存在水－汽兩相狀態(tài)。在蒸汽應用中，存在這種兩相流的情形比比皆是，典型的例子如熱交換器、蒸汽主管線、冷凝水回收管線、伴熱管線等，有時，泵的出口管線也有類似情況。 

       設備起機時發(fā)生的水錘是最常見的。這時，由于供汽閥門開啟速度較快，沒有足夠的系統(tǒng)預熱時間并將冷凝水及時排出，水錘就不可避免。   

　  水錘對系統(tǒng)有哪些具體危害？

?  破會閥門內(nèi)部組件

?  閥門外殼被擊裂

?  壓力表因過渡承壓而毀壞

?  設備內(nèi)部變形

?  管道連接件破裂

?  閥門泄露

?  換熱器列管或板片損壞

?  管道焊接處甚至管道破裂

?  管道支撐損壞

       正如文章開頭提到，水錘嚴重時不僅破壞設備和裝置，還會危及人員生命安全。

       大家要注意，有時水錘發(fā)生時，人耳無法聽到。例如，冷凝水回收系統(tǒng)中產(chǎn)生的蒸汽汽泡體積很小，它的破裂會產(chǎn)生我們稱之為的“熱沖擊”就根本無法聽到，然而這種沖擊仍會對設備造成損壞。

       統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，蒸汽系統(tǒng)中提前失效的設備、部件有67%是由水錘所致。

       水錘產(chǎn)生劇烈沖擊的四種狀態(tài)

       1.水壓沖擊

       蒸汽系統(tǒng)中的一小部分水錘是由水壓沖擊所致。就像家里的水龍頭，當其打開時，從管道入戶點到水龍頭出口，可能會有80公斤的水流以大約3米／秒即每小時11公里的速度快速流動。如果突然間關閉水龍頭，就像一只重達80公斤的錘子瞬時被阻停時產(chǎn)生的沖擊力，這時會聽到非常大的撞擊聲，聽起來好像錘子敲擊金屬的聲音。這種沖擊力高達20巴，會從后往前，來回反復，直到管路系統(tǒng)內(nèi)的壓力得到分散和平衡。

       這種情形也會發(fā)生在蒸汽和冷凝水系統(tǒng)中的抽吸或排放管系中。通常，安裝水泵時都會裝有止回閥，當泵起停時，由于止回閥切斷朝某一方向的流動，流體流動急速停止，導致水壓沖擊產(chǎn)生。緩慢關閉閥門，正如緩慢關閉水龍頭一樣，是避免水錘的有效方法。

       在停止流動前降低水的流速，水的動量降低，破壞性的水錘現(xiàn)象將不會發(fā)生。

       2.熱沖擊

       在大氣壓下, 1千克蒸汽所占據(jù)的體積是同質(zhì)量水的1673倍，這個倍數(shù)隨著壓力的提高而減小。

       當蒸汽釋放熱量后冷凝，其體積瞬間縮小幾百到上千倍時，真空區(qū)瞬間形成，管道內(nèi)的冷凝水會被高速吸到這個真空的空間，這種情況就會形成水錘。

       在水-汽兩相共存的冷凝水管線中，在冷凝水液面下可能會產(chǎn)生汽泡，比如，當疏水閥出口管線連接到冷凝水主管線的下端時，管線中冷凝水的溫度低（壓力低，溫度就低）于疏水閥疏水管出口二次蒸汽的溫度時，冷凝水管線中的冷凝水就會冷卻二次蒸汽汽泡使其立即破裂，汽泡的破裂使得冷凝水中瞬間形成空心區(qū)， 冷凝水就會沖向該區(qū)域，導致水錘的形成。

        3.流動沖擊

        當開啟一個較大口徑的蒸汽切斷閥時, 如果不是緩慢開啟，并預先對管道進行預熱，而是一下子全部打開，  蒸汽會沖向溫度較低的管道而快速形成冷凝水，這些冷凝水在沿著管道向前沖擊之際水量在持續(xù)增加，形成冷凝水沖擊浪。它會繼續(xù)高速前行，直到突然間遇到彎頭或閥門使其流向發(fā)生改變。當冷凝水遭遇流向的被動改變， 這種突然間的“剎車”就會造成水錘。 尤其,在切斷閥前和管道沿線沒有合適的疏水點時,情況會更為嚴重。

       4.壓差沖擊 

       它發(fā)生在冷凝水和蒸汽在同一管線但二者速度不同的場合，尤以冷凝水回收管線最為普遍。 

       在水-汽兩相系統(tǒng)中，蒸汽的速度達到水的10倍。如果冷凝水形成的水浪升高至管道頂部而阻塞管道，冷凝水水浪的前后就會形成一道暫時性的水封，它阻擋了蒸汽的通過，使得水封后的壓力下降，水封前后的壓差推動冷凝水水封高速加速前沖，像子彈出膛。而且在高速前沖時，冷凝水的量愈來愈多，速度亦越來越快。  

       當這個高動量的冷凝水子彈急速飛馳時， 擋在它前面的欲改變其方向的彎頭、閥門、設備等任何障礙物都會遭到重創(chuàng)。  

       冷凝水回到回收管時，由于回收管內(nèi)壓力偏低，會產(chǎn)生二次蒸汽。如果回收管選型偏小，冷凝水回收管內(nèi)壓力增加。 較高的壓力推著閃蒸汽以較高的速度沖向開式冷凝水回收罐，閃蒸汽沿途散熱冷凝，更加大了上面提及的“壓差”和提高了速度。閃蒸汽速度高于冷凝水的速度，驅(qū)使冷凝水形成波浪。只要這些波浪未高及管道頂部和隔斷閃蒸汽通道，就不會有問題。這就是為什么冷凝水管道口徑選型要足夠大的原因。