如何正确选型蒸汽管径和阀门？
如何正确选型蒸汽管径和阀门？
蒸汽系统输送的目的是把正确的压力，充足的蒸汽量输送至使用点。蒸汽管道和阀门的正确选型，是为了确保用汽设备正常运行，并且满足工艺要求和生产效率。
毕竟，良好的设备运行，才能保证生产出高品质的产品，而好产品是增强企业市场竞争力的根本。
一、为什么蒸汽管道要严格选型？
1、管道选型过大意味着：
A、管道、阀门、接头等费用增加。
B、安装费用更高，包括支撑、保温等。
C、由于热损失增加，蒸汽管道内形成的冷凝水量增加。这也意味着需要更多的蒸汽疏水或湿蒸汽达到用汽点。
例如：
A、80mm口径蒸汽管道的安装费用比50mm口径蒸汽管道的安装费用高出44%，而50mm口径的管道已经能提供足够的蒸汽量了。
B、由于更多的传热面积，80mm绝热管的热损失比50mm绝热管的损失多21%。80mm非绝热管的热损失比50mm非绝热管的热损失多50%。
2、管道选型过小意味着：
A、高的蒸汽流速产生高的蒸汽压力降，到达用汽点时压力过低，从而降低用汽设备的性能。
B、用汽点没有足够的蒸汽量，影响生产效率。
C、蒸汽流速加快，容易产生冲蚀、水锤现象和噪声污染。
为了帮助管理者更好的设计或优化蒸汽系统，接下来以新建一家饲料厂做为案例，从管道合理布局和阀门选型方面，为您梳理设计思路，让你快速撑握蒸汽管径和阀门的正确选
二、新建饲料厂案例背景：
1、饲料厂已知情况如下
2台4吨锅炉，蒸汽压力6~8Barg。饲料厂分二期施工，后期会增加生产线。
若锅炉效率按85%*8吨=能产生的蒸汽量6800KG/H。若锅炉效率按90%*8吨=7200KG/H。
一期机组配置：
1台做猪料的制粒机，产能20T/H,调质器要求蒸汽压力：2~4Barg。
调质器带双层夹套保温，并且有保质器。要求蒸汽压力：0.8~1Barg。
1台水产膨化机，产能10T/H,要求蒸汽压力：4~5Barg
1台水产烘干机，产能10T/H,要求蒸汽压力：6~7Barg
2、如何确定设备用汽量？
蒸汽管道和阀门的选型，都离不开两个基本参数，一是蒸汽压力，二是蒸汽流量。
已知蒸汽压力，那么蒸汽用量该如何确定呢？为避免计算过于繁琐，可采用行业经验值估算即可。
A、猪料制粒机蒸汽用量是按照每生产1吨饲料，会消耗50~80KG蒸汽估算。
再加上有双层保温夹套和保质器用汽，通往夹套的蒸汽，每一层夹套蒸汽用量考虑100KG/H，共300KG/H。
估算得出：20T产能*蒸汽消耗量60KG=1200KG/H+双层夹套和保质器用汽量300KG/H=1500KG/H。
B、水产膨化机是按照每生产1吨膨化料，会消耗80~120KG蒸汽估算。
估算得出：10T产能*蒸汽消耗量100KG=1000KG/H。
C、水产烘干机是按照每生产1吨烘干料，会消耗280~350KG蒸汽估算。
估算得出：10T产能*蒸汽消耗量320KG=3200KG/H。
因此，三台设备蒸汽总用量是：
制粒机1500+膨化机1000+烘干机3200=5700KG/H
备注：
每吨料消耗蒸汽量，这是行业内的平均值。实际可根据各厂家不同的原料、季节、地域、饲料配方、成品的要求来决定取值。
如果你是其他行业，像啤酒、制药、乳业、饮料、造纸等，涉及到不同种类的用汽设备，计算蒸汽用量的方式也会不一样，可关注后期的文章或联系我。
三、锅炉分汽缸至主车间分汽缸总管道，该如何选型设计？
1、总管道尺寸选型
已知：
锅炉蒸汽压力：6~8Barg，一期设备蒸汽总用量：5700KG/H。但需要考虑二期扩建，蒸汽总管的尺寸，需满足后期的最大用汽量，考虑按7200KG/H设计。
管道选型方法，可选择用流速法，或者是压降法。案例我会以流速法的数据详细介绍，压降法有兴趣学习可私下咨询，方法都是大同小异。
下图为《蒸汽管道选型表（速度）》截图
如上图所示：（点击放大，看得更清楚）
表中最左列为压力barg，第二列为允许的蒸汽流速m/s，在这两个条件的限定下，查表即可知道，选择不同的管径下，蒸汽的最大流通能力是多少。
当入口压力是6Barg时，允许流速是30m/s时 ，DN125流通能力是5393KG/H，DN150流通能力是7891KG/H。
当入口压力是8Barg时，允许流速是30m/s 时，DN125流通能力是6847KG/H，DN150流通能力是10017KG/H。
即使最大压力8Barg时，DN125口径还是不能满足要求，并且完全没有余量。
因此，总管道需选型DN150，才能满足最大用汽量7200KG/H的输送。
关于蒸汽允许流速需要说明一下：
A、一般未减压前，流速考虑不超过30m/s是安全流速，如果流速过快会对管道、阀件的冲蚀磨损加快，寿命变短。长期运行在高流速下，管道法兰与阀门连接也会容易损坏，会有安全隐患。
B、减压后，2~6米内蒸汽马上进入设备使用，为了避免压力损失和蒸汽的平稳性，因此，选型时建议流速考虑20~25m/s为佳，30m/s为次选。
2、锅炉分汽缸至车间分汽缸，疏水点布置
锅炉房至主车间距离有200米，蒸汽在输送中产生的冷凝水，需通过合理设置疏水点排出。避免管道积水，引起腐蚀、水锤冲击、影响蒸汽品质等问题。
疏水点的合理布置：
对于蒸汽主管道，所有上升、下降管、转弯或管道末端，必须设置疏水点。
每隔30~50m 设一个疏水点，并配以尺寸合适的集水井。让冷凝水顺利的陷落到集水井的空间内，然后通过疏水阀及时排出。
若没有集水井，冷凝水很难进入安装疏水阀的小管道内，而是直接被蒸汽推到下游，导致后端蒸汽湿度大，产生水锤等问题。
由于严格计算管道冷凝率，会涉及到很多影响因素，我们按照经验值估算即可。
在保温正常的情况下，蒸汽冷凝率按经验值考虑5~10%。
一般北方地区，由于环境温度低，建议考虑10%。热电厂供汽，冷凝率可按10%估算。
7200KG蒸汽量*冷凝率10%=720KG/H。
200米途中设计4组疏水点，每组KWSS-ZK系列疏水阀需承担排水能力720/4组=180KG/H
选择维远疏水阀型号KWSS-ZK-10,排水能力达600KG/H，完全能满足要求。
四、制粒机分配管、KWSS-ZK减压阀选型、夹套选型
工况参数：蒸汽用汽1500KG/H。入口压力6~8KG，二次压力2~4KG
1、分配管选型
如上图所示：
当入口压力是6Barg，允许流速是30m/s 时，DN50流通能力是923KG/H，DN65流通能力是1536KG/H。
当入口压力是7Barg，允许流速是30m/s 时，DN50流通能力是1048KG/H，DN65流通能力是1774KG/H。
当入口压力是8Barg，允许流速是30m/s 时，DN50流通能力是1172KG/H，DN65流通能力是1950KG/H。
因此，未减压前的管道，需满足1500KG/H的蒸汽量，选用DN65为佳。
如上图所示：
经减压到2Barg后， 允许流速是30m/s 时，DN80流通能力是953KG/H，DN100流通能力是1606KG/H。
经减压到3Barg后，允许流速是30m/s 时，DN80流通能力是1248KG/H，DN100流通能力是2104KG/H。
经减压到4Barg后，允许流速是30m/s 时，DN80流通能力是1540KG/H，DN100流通能力是2596KG/H。
因此，为了避免产生压损，减压后的管道，仍要满足1500KG/H的蒸汽量，需扩管至DN100为佳，DN80次选。
2、减压阀选型过大或过小的影响：
A、若减压阀选型过大时，因为阀门长期处于小开度状态，当阀瓣和阀座在小缝下过蒸汽时，蒸汽流速会成倍增加，飞快的流速会造成密封面过度冲蚀，影响减压稳定性及寿命。
B、若减压阀选型过小时，即蒸汽量供应不足，无法达到设定压力。并且流量在供不应求的情况下，减压阀膜片会濒繁调整，不仅零部件容易损坏，还会引起异常噪音和震动。
因此，实际用汽量占减压阀额定量30~70%之间，此时选型最为合理。
经过选型后，只要满足减压范围和最大用汽量，减压阀可以缩径使用。比原管道小一号口径，是很常见的选型。
如上图所示：
当入口压力6Barg，减压至3Barg时，DN40减压阀最大额定量为1570KG/H。DN50最大额定量为2430KG/H。
若选型DN40，实际用量1500KG/H，已占了额定量的95%，明显偏小了。
选用DN50 1500/2430=61.7%，符合选型原则。因此，选用DN50减压阀为佳。
3、双层夹套和保质器
由于双层夹套和保质器蒸汽压力要求是0.8~1Barg，蒸汽流量300KG/H。
若从8Barg减至0.8Barg，已接近减压阀极限减压比10：1，对减压阀稳定性和寿命会有影响。
因此，通往夹套和保质器的蒸汽，取汽点最好是减压后的2~4Barg处。
此处涉及到三路分汽点，为了保证用汽点蒸汽的干饱和度，建议设置足够大的竖管。
蒸汽从竖管上部取汽，冷凝水掉落到竖管底部积聚，并通过疏水阀及时排出。
双层调质器进汽口管径，可与设备厂家预留的开口一致。或者根据蒸汽量选型用DN50、DN65、DN80均可。
由于调质工艺对温度和含水率有严格要求，建议选用KWZK比例调节阀控制蒸汽流量。
若手动调质时，由于阀门需在低开度下濒繁调节流量，建议选择阀瓣有节流功能的可调式波纹管KWZK截止阀。
夹套和保质器管道、减压阀口径，均可选用DN25。三处夹套盘管产生的冷凝水，可共用一组DN25疏水阀。
由于夹套压力较低，有冷凝水回收道的工况，为了避免高压处冷凝水串压，导致低压疏水阀排不出水，必须要分开设计回水管。
此部份安装时有两个建议：
A、使用变径管安装建议：（KWZK减压阀缩径）
蒸汽管路上不能使用同心变径管接头﹐因为收窄的地方在管的中心，不能有效迅速排走积水，应采用偏心变径管接头。
B、KWZK系列Y型过滤器的安装建议
过滤器安装时应确保过滤网篮处于低部位置，网篮不应低于管道水平面﹐否则将形成冷凝水积存而导致水锤。
膨化机、烘干机管道和减压阀选型，都是按照此思路选型，此处就不重复论述。
五、烘干机比例控制阀和疏水阀选型
1、烘干机工况参数
蒸汽用量3200KG/H，二次压力6~7KG。烘干机共8组加热器。
每2组共用一台控制阀自动控温，每台控制阀蒸汽量=3200/4组=800KG/H。
每组加热器单独设计疏水阀，每组疏水阀需承担疏水量=3200/8组=400KG/H。
2、比例控制阀选型
选用控制阀时，需根据蒸汽压力和蒸汽用量，通过计算公式确认KV值，再确认控制阀口径。
否则很有可能造成阀门选择过大或过小，直接影响到控制稳定性、精确度和使用寿命，严重的还会引起管道振动、水锤等。
经过合理选型的控制阀，开度控制在50~90%为佳。
最大流量系数Kv 值：
是指控制阀全开时能通过的最大流量。
定义：额定流量系数Kv=50 的控制阀表示控制阀全开，控制阀两端压降为100kpa 时，每小时可通过5～40℃的水量是50M3
通过代入公式
，800/13.8/6=9.66。KV值=9.66。再对照KV值与口径表得知，选择用DN50口径下，KV=40为佳。或DN40，KV=25均可。
把参数输入计算公式验算开度，当KV值=40，在最大流量时控制阀开度是63.72%。
3、KWSS-ZK疏水阀选型过大或过小的影响
A、KWSS-ZK疏水阀排量选型过大时，阀嘴容易被汽蚀冲蚀。疏水阀体积大，而浮球腔体内冷凝水量太少，不足以形成水密封保护，导致阀嘴长期祼露在水位线上方，容易泄漏蒸汽。
B、KWSS-ZK疏水阀排量选型过小时，排水能力不够，无法及时将冷凝水排除干净，造成设备内积水，进而导致水锤和设备换热效率降低、升温缓慢等问题。
8组加热器单独设计疏水阀，每组疏水阀需承担疏水能力=3200/8组=400KG/H。
蒸汽压力6~7Barg,选择维远型号KWSS-ZK-10，DN40疏水阀，此型号排水能力1500KG/H。
烘干机对升温效率有很高的要求，必须留有足够的余量，推荐安全系数1.5倍。
注意：型号KWSS-ZK-10，-10是代表阀嘴压差，选型时需大于实际蒸汽压力即可。
这里需要重点说一下，过去很多老管道的设计，都是几组加热器共用一台大排量的疏水阀，这种布置叫群组疏水（如上图）。容易导致疏水不顺畅积水，影响升温效率。
新建厂或改造中，必须要杜绝群组疏水。
通过以上阐述，相信您对蒸汽管道和阀门的选型有了清晰的思路。