蒸汽是應(yīng)用最廣泛的熱量載體之一，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)。

蒸汽使用的特點(diǎn)：

1.蒸汽的產(chǎn)生高效而經(jīng)濟(jì)；

2.蒸汽可以方便地、高效地傳輸?shù)接闷c(diǎn)；

3.蒸汽容易控制；

4.能量傳遞方便；

5.現(xiàn)代蒸汽設(shè)備管理容易；

6.蒸汽應(yīng)用靈活。

蒸汽和冷凝水系統(tǒng)：

鍋爐房室整個(gè)蒸汽系統(tǒng)的心臟，典型的現(xiàn)代化快裝式鍋爐都是采用燃燒器把熱量輸送到爐管內(nèi)。燃燒器出來的高溫?zé)煔馔ㄟ^管道把熱量傳遞給水，一旦鍋爐內(nèi)的水達(dá)到飽和溫度，氣泡產(chǎn)生并上升到水的表面，然后破裂，蒸汽就釋放到上步的蒸汽空間內(nèi)，準(zhǔn)備進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)。

給水，鍋爐給水的質(zhì)量至關(guān)重要。為了防止對(duì)鍋爐造成熱沖擊，給水必須控制在正確的溫度，通常在100℃左右，同時(shí)又可以保證鍋爐高效運(yùn)行；給水的水質(zhì)也至關(guān)重要，必須保證水質(zhì)，避免對(duì)鍋爐造成危害。

排污，對(duì)鍋爐給水進(jìn)行化學(xué)加藥處理會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)的懸浮固體物增加，這些固體物質(zhì)將不可避免地以淤泥的形式沉淀在鍋爐的底部，然后通過鍋爐底部排污排放掉。排污可以手動(dòng)進(jìn)行定期排污。

液位控制，如果鍋爐液位沒有正確的控制，將會(huì)造成災(zāi)難性后果。如果液位降低過多，爐管會(huì)暴露在水面上并造成過熱，從而導(dǎo)致爆炸；如果液位太高，誰(shuí)可能進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，對(duì)工藝制程造成損壞。所以需裝有液位傳感器和報(bào)警系統(tǒng)。

制程控制，任何使用蒸汽設(shè)備都需要用一些措施來控制蒸汽的流量。采用控制閥用來控制蒸汽流量，由傳感器提供工藝參數(shù)，并為控制器提供信號(hào)，控制器比較制程條件與設(shè)定值的區(qū)別，然后發(fā)送信號(hào)給執(zhí)行器，從而調(diào)節(jié)閥門的開度。

從設(shè)備中排出冷凝水，通常，冷凝水可以通過輸水閥很方便地排出，進(jìn)入冷凝水排放系統(tǒng)，如果冷凝水已被污染，應(yīng)直接排放掉，如果沒有被污染，可回收再入鍋爐循環(huán)利用。

工程單位：

在工程應(yīng)用中，人們使用了很多不同的定義和工程單位，用來表征機(jī)械和熱力學(xué)上的特性，這樣，就需要制定大家工人黨俄國(guó)際單位制（簡(jiǎn)稱SI）

國(guó)際單位制以七個(gè)單位為基礎(chǔ)，非別為長(zhǎng)度（米）、質(zhì)量（千克）、時(shí)間（秒）、溫度（K）、電流（安培）、物質(zhì)的量（摩爾）、發(fā)光強(qiáng)度（坎德拉）

標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力：標(biāo)準(zhǔn)溫度是純水的冰點(diǎn)0攝氏度活73.15K；標(biāo)準(zhǔn)壓力是760mm汞柱，這個(gè)壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即1.01325×105Pa，氣體密度通常采用標(biāo)準(zhǔn)溫度或壓力下的值。

絕對(duì)壓力（a），此壓力基于絕對(duì)壓力，例如：絕對(duì)真空的絕對(duì)壓力是0 bar a

表壓（g），此壓力實(shí)在大氣壓下測(cè)量的壓力數(shù)據(jù)，通常采用1.01325bar a 表壓=絕對(duì)壓力-大氣壓力

密度和比容，物質(zhì)的密度是指單位體積的物質(zhì)所具有的質(zhì)量，比容（Vg）是單位質(zhì)量物質(zhì)所占有的體積，因此它是密度的倒數(shù)。密度=1/Vg。

1.比焓，指物體在給定時(shí)間和條件下的總能量，它與壓力和溫度都有關(guān)系，基 本 單位是焦耳（J），由于1焦耳的能量非常小，通常使用千焦作為單位，比焓的單位是KJ/KG；

2.比熱容：指的是把1千克的物質(zhì)升高1攝氏度所需要的能量，可以理解為物質(zhì) 的吸熱能力。因此，國(guó)際單位制中比熱容的單位是KJ/KG·℃，把物質(zhì)的溫度升高所需要的熱量可由公式計(jì)算Q=MCPΔT，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比容，ΔT=溫差。

例如：考慮2L水溫度從20℃升高70℃所需要的熱量

在大氣壓下誰(shuí)的密度近似為1000Kg/m3，由于1m3=1000L，因此水的密度也就是1kg/l，2L水的質(zhì)量是2kg，溫度較低時(shí)水的比熱容是4.19KJ/KG·℃

因此Q=2×4.19×（70-20）=419KJ；419KJ/3.6=116kw/h

3.熵（S），熵指的是系統(tǒng)內(nèi)的無序程度，無序程度越高，熵越高，國(guó)際單位中熵的單位是KJ/（KG·K），公式：熵的變化ΔS=焓的變化ΔH/ΔT；

例如：大氣環(huán)境下，1kg水的溫度從0升高到100度（273到273K），計(jì)算熵的變化？

ΔS=ΔH/ΔT=（419-0）/分子（273+373）/2=419/323=1.297

什么是蒸汽？

1.當(dāng)水的溫度上升到他沸騰的狀態(tài)，一些分子得到足夠的動(dòng)能，具有了足夠的速度，這樣就可以在落回液體中之前從液體表面逸出，當(dāng)離開液體表面的分子比那些中心進(jìn)入液面的分子多的時(shí)候，水會(huì)自由蒸發(fā)，這是他已經(jīng)達(dá)到了他的沸點(diǎn)或飽和溫度。

2.蒸發(fā)焓或潛熱，這是指的是在沸騰溫度下水變成蒸汽需要吸收的熱量，其間，水和蒸汽的混合物溫度不上升，所有的能量用來把水有液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)（飽和蒸汽）；

飽和蒸汽的總焓hg=hf+hfg，式中hg=總焓，hf=液體焓（顯熱），hfg=蒸發(fā)焓（潛熱），單位為KJ/kg，下面為飽和蒸汽表，是大氣壓0bar g時(shí)的干飽和蒸汽的性質(zhì)。

干度:

在某個(gè)壓力下，具有沸點(diǎn)溫度的蒸汽被稱為干飽和蒸汽。在鍋爐中，熱量?jī)H僅傳遞給水，且蒸汽氣泡表面與水接觸，所以產(chǎn)生的蒸汽一般含有5%的水。如果說蒸汽中水的質(zhì)量份額為5%，那么就說蒸汽是95%的干燥，干度系數(shù)為0.95。

濕蒸汽的實(shí)際蒸發(fā)焓干度（X）和蒸發(fā)焓hfg的乘積，濕蒸汽含有的可用能量比干飽和蒸汽少。

公式為實(shí)際蒸發(fā)焓= hfg X，因此，實(shí)際總焓=hf + X hfg，由于水的比容要比蒸汽的比容小好幾個(gè)數(shù)量及，濕蒸汽中含有的水滴的體積可以忽略，因此，濕蒸汽的比容比干蒸汽的?。簩?shí)際比容=Vgx，Vgx是干飽和蒸汽的比容。

蒸汽品質(zhì)：

蒸汽離開鍋爐，由于管道的散熱損失，部分蒸汽會(huì)冷凝，即使保溫再好，該過程也無法避免。

基于上述原因，蒸汽到達(dá)用汽點(diǎn)相對(duì)較濕。

由于蒸汽中水的存在降低了蒸汽的蒸發(fā)焓，同時(shí)也導(dǎo)致在關(guān)島和換熱設(shè)備表面污垢的形成，蒸汽中包含的水分會(huì)增加蒸汽冷凝時(shí)形成的冷凝水膜，產(chǎn)生額外的傳熱熱阻。

蒸汽管道的汽水分離器將分離并派出包含在蒸汽中和沉積在管道底部的冷凝水，當(dāng)蒸汽通過汽水分離器將改變幾次流動(dòng)方向，擋板對(duì)較重的水滴產(chǎn)生阻礙而較輕的蒸汽能自由通過，水分將沿?fù)醢辶飨蚱蛛x器，并通過疏水閥排出。

水錘，由于管道的散熱損失蒸汽冷凝成水，冷凝水在管道內(nèi)壁形成水滴，水滴被蒸汽流吹掃成水膜，由于重力作用會(huì)流向管道底部，水膜厚度會(huì)不斷增加形成水彈，水彈以蒸汽的速度在管道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而破壞用熱設(shè)備。

傳熱：

傳熱的公式為：

Q=KAΔT/材料厚度

式中：Q為單位時(shí)間內(nèi)的傳熱量；

K 為材料的導(dǎo)熱系數(shù)（W/MK）；

A 傳熱面積；

ΔT通過材料的溫度差。

估計(jì)蒸汽耗量的方法：

計(jì)算, 計(jì)算加熱物質(zhì)所需熱量的公式為Q=MCPΔT，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比容，ΔT=溫差。

考慮兩個(gè)非流動(dòng)加熱制成，他們需要的加熱量是相同的，但加熱時(shí)間不同。雖然總的患熱量相同，但換熱功率不同，對(duì)于平均換熱功率可用公式：Q=MCPΔT/t，式中Q=能量（KJ），m=物質(zhì)的質(zhì)量，CP=該物質(zhì)的比熱，ΔT=溫差,t=加熱制程的時(shí)間秒（s）。

對(duì)于給定質(zhì)量的蒸汽所提供的熱量可以用下面公式表示：

Q= ms hfg；式中ms=蒸汽質(zhì)量

=在這里如假定熱量傳遞的效率為100%，那么蒸汽提供的熱量必須和被加熱介質(zhì)需要的熱量相等，這樣可以產(chǎn)生一個(gè)熱量平衡公式：

Q= ms hfg =MCPΔT/t

例：一個(gè)油箱中有400kg的煤油，在20分鐘內(nèi)從10攝氏度加熱到40度，使用4bar的蒸汽，在該溫度范圍內(nèi)煤油的比熱為2.0KJ/（kg·℃ ），4.0bar下飽和蒸汽的蒸汽比焓為2108.1KJ/kg，油箱保溫良好，熱損失忽略不計(jì)，確定蒸汽流量？

解：Q=[400kg×2.0KJ /（kg·℃）×(40-10)]/1200s=20kj/s

因此，ms=20kj/s/2108.1kj/kg=0.0095kg/s=34.2kg/h

平均蒸汽耗量

對(duì)于諸如制成換熱器或加熱氣等流動(dòng)型應(yīng)用，其平均蒸汽耗量可以用下面公式計(jì)算

ms=m CPΔT/ hfg

式中ms為平均蒸汽耗量

m為二次測(cè)流體流量

CP為二次測(cè)流體比熱，ΔT二次測(cè)流涕溫度，hfg為蒸汽的蒸發(fā)比焓

通過上述公式可得ms=Q/hfg，因?yàn)槠骄鶄鳠崃勘旧硇枰鶕?jù)質(zhì)量流量、比熱、溫度計(jì)算所得，因此使用本公式更方便。

例如：使用3bar的干燥飽和蒸汽將恒定流量為1.5L/s的水從10度加熱到60度，3bar 下蒸汽蒸發(fā)比焓為2133.4kj/kg，水的比熱為4.19kj/(kg· ℃ )，確定蒸汽流量？

解：使用公式ms=m CPΔT/hfg

ms=1.5×4.19×(60-10)/2133.4=0.1473kg/s=530kg/h

蒸汽流量的測(cè)量：

雷諾數(shù)：

雷諾數(shù)是一個(gè)無綱量常數(shù)，公式為：

雷諾數(shù)（Re）=ρuD/μ

式中：ρ=密度

u=管道內(nèi)流體的平均流速（m/s）

D=管道內(nèi)經(jīng)

μ=動(dòng)力黏度（Pa·s）

分析雷諾數(shù)的性質(zhì)：

1.對(duì)于特定的流體，如果流速較低，那么雷諾數(shù)也較低；

2.入股噢兩種流涕密度相似，兩者在管道內(nèi)的流動(dòng)速度相等，那么高動(dòng)力黏度的流體雷諾數(shù)較低；

3.對(duì)于一個(gè)給定系統(tǒng)，若管徑、動(dòng)力黏度保持不變，那么雷諾數(shù)與速度成線性關(guān)系。根據(jù)流動(dòng)特性，分析雷諾數(shù)，具體分為以下幾個(gè)：

1.層流，雷諾數(shù)（Re）在100-2300之間；

2.過渡流區(qū)域，雷諾數(shù)（Re）在2300-10000之間；

3.湍流，雷諾數(shù)（Re）在10000以上區(qū)域。

例：10bar的飽和蒸汽-25m/s的流速在100mm的管道內(nèi)流動(dòng)，計(jì)算雷諾數(shù)？

根據(jù)公式：雷諾數(shù)（Re）=ρuD/μ=(5.64×25×0.1)/(15.2×10-6)=927631=0.9×106

根據(jù)以上信息，計(jì)算10bar飽和蒸汽100mm管道內(nèi)湍流流動(dòng)時(shí)的做大和最小流量？

先計(jì)算介質(zhì)流速：（Re）=ρuD/μ

Re =(5.64×u×0.1)/(15.2×10-6)=1×105=927631=0.9×106

u=(1×105×15.2×10-6) /(5.64×0.1)=2.695m/s

體積流量qv=AU，qm=qv/vg

式中：qm=質(zhì)量流量，qv=體積流量，vg=比容

則：qm=AU/vg

式中：A=3.14×D2/4

qm=AU/vg=3.14×D2U/4vg=(3.14×0.12×2.695)/(4×0.177)=430kg/h

同樣對(duì)于流動(dòng)的最大雷諾數(shù)，R=1X106

Re=(5.64×U×0.1)/(15.2×10-6)=1x106

u= [(1×106))×(15.2×10-6)]/(5.64×0.1)=26.95m/s

并且：qm=AU/vg=3.14XD2U/4vg=(3.14×0.12×26.95)/(4×0.177)=4300kg/h

總結(jié)：

1.管道內(nèi)飽和蒸汽的質(zhì)量流量是密度、黏度、速度的函數(shù)；

2.為了精確計(jì)量蒸汽流量，應(yīng)正確選擇蒸汽管道，使其流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)在1×105-1×106之間；

3.由于在給定條件下流涕的黏度是不變的，因此正確確定雷諾數(shù)就是正確選擇管道的口徑；

4.如果壓力、密度、黏度保持不變，雷諾數(shù)增加10倍，那么速度同樣也增加10倍。

計(jì)量的相關(guān)術(shù)語(yǔ)：

重復(fù)性：重復(fù)性是指在同一條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致程度；

不確定度：不確定度通常用精度來代替，這是因?yàn)檎嬷涤肋h(yuǎn)是未知的，精度也就無從談起。但是不確定度可以估計(jì)，且可根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。主要指流量計(jì)正確顯示的流量與真值之間的差值，通常用百分比來表示。

量程比：量程或量程比，指一臺(tái)流量計(jì)在保證精度和重復(fù)性的前提下，所能計(jì)量的流量范圍，可用以下公式表示：量程比=最大流量/最小流量

伯努利原理

許多差壓流量計(jì)都是根據(jù)伯努利原理研發(fā)的，主要指能量的守恒，可以總結(jié)一下幾個(gè)方面：壓能、動(dòng)能、勢(shì)能，這三者的和在管道里的任何一點(diǎn)都相等

公式如下：

P1/ρg+u12/2g+h1=P2/ρg+u22/2g+h2

式中：

P1和 P2是系統(tǒng)中任意點(diǎn)的壓力

U1和u2為系統(tǒng)中與壓力對(duì)應(yīng)的流速

h1和h2為系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)高度

G為重力加速度

以上公式乘以ρg就可得以下公式：

P1+ρgh1+1/2ρu12 =P2+ρgh2+1/2ρu22

如果兩點(diǎn)高度不變，則可簡(jiǎn)化之以下公式：P1+1/2ρu12= P2+1/2ρu22

流量和壓降的定量關(guān)系

根據(jù)熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）

勢(shì)能mgh=動(dòng)能1/2mu2

則：u2=2mgh/m

因此，u2=2gh

所以：u=2gh的開方

式中u=流速

流量qv=Au

所以， qv=A×2gh的開方

實(shí)際上，由于流涕的摩擦損失，流涕經(jīng)過節(jié)流裝置的實(shí)際速度要低于理論速度，理論速度和實(shí)際速度之間的差異可以用速度系數(shù)Cv表示

即：速度系數(shù)（Cv）=實(shí)際速度/理論速度

同樣，截流裝置收縮后的面積會(huì)小于實(shí)際面積，收縮后的段點(diǎn)面積和實(shí)際孔板面積之比稱為斷面收縮系數(shù)，用Cc表示

即（ Cc ）=收縮后的段面面積/實(shí)際孔板面積

速度系數(shù)和斷面收縮系數(shù)可以綜合為流出系數(shù)（C），在計(jì)算流量時(shí)要考慮流出系數(shù)，此時(shí)的體積流量公式為：qv=CA×2gh的開方

通過進(jìn)一步簡(jiǎn)化，2gh可表示為差壓值得開方，即：qv=CAΔP的開方

根據(jù)伯努利原理

P1+1/2ρu12 =P2+1/2ρu22可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為以下公式：

u1 =2（ΔP）/ρ的開方

因：qv=Ax2gh的開方，u=2gh的開方

所以qv=CA·2ΔP的開放

計(jì)量?jī)x表：

內(nèi)文丘里流量計(jì)

原理：根據(jù)能量守恒定律伯努力方程和連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的測(cè)量方法，流速越大差壓越大，先算出流速，再由面積和相關(guān)補(bǔ)償系數(shù)完成整個(gè)計(jì)量過程，流量與差壓的開方成正比關(guān)系。

1、優(yōu)勢(shì)

（1）內(nèi)文丘里管流量計(jì)最短直管段前只需1～3D，后1D。

（2）內(nèi)文丘里管流量計(jì)在壓力損失較?。?0kPa左右）重復(fù)性（±0.1%）能強(qiáng)。

（3）內(nèi)文丘里管流量計(jì)可按國(guó)家相應(yīng)的檢定規(guī)程'JJG 640─2016’相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢定。

2、劣勢(shì)

（1）內(nèi)文丘里管流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，安裝復(fù)雜，要求較高，需安裝引壓管、三閥組及差壓變器，安裝和維護(hù)較復(fù)雜。

（2）DN80以下的內(nèi)文丘里管流量計(jì)易發(fā)生堵、卡，影響正常計(jì)量。

（3）故障率較高，維護(hù)維修工作量大。

渦街流量計(jì)

原理：在測(cè)量管中插入一非流線型阻流體，也稱發(fā)生體。隨著流體的流動(dòng)，當(dāng)管道雷諾數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，在發(fā)生體的兩側(cè)就會(huì)交替分理處卡曼渦街。渦渦街流量計(jì)采用壓電傳感器進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)兩邊交替產(chǎn)生壓力時(shí)，壓電晶體的晶格發(fā)生震動(dòng)，此時(shí)由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能進(jìn)行輸出脈沖信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、安裝維護(hù)方便，無需導(dǎo)壓管、三閥組及變送器，從而減少泄露、堵塞和導(dǎo)壓管凍結(jié)的現(xiàn)象；

（2）壓力損失小，約為差壓流量計(jì)的1/4；

（3）在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率不受流體（密度、粘度）的影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀、尺寸有關(guān)；

（5）價(jià)格低；

（6）渦街流量計(jì)目前在外網(wǎng)用戶中使用較多，儀表維護(hù)人員有豐富的維護(hù)、檢修經(jīng)驗(yàn)。

缺點(diǎn)：

（1）對(duì)管道機(jī)械振動(dòng)較敏感，不宜安裝在強(qiáng)震動(dòng)的場(chǎng)所；

（2）流體溫度太高會(huì)對(duì)傳感器輸出精度有影響，一般流體溫度≤420℃；

（3）安裝渦街流流量計(jì)時(shí)對(duì)直管段要求較高；

（4）渦街流量計(jì)在蒸汽用量穩(wěn)定的用戶以及用量在設(shè)計(jì)流量的10%以上時(shí)測(cè)量較為穩(wěn)定，適用于冬季采暖和連續(xù)性生產(chǎn)用戶。

渦街流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

漩渦頻率ｆ與流經(jīng)發(fā)生體兩側(cè)的平均流速Ｕ之間的關(guān)系可以表示為：ｆ＝ＳｒＵ１／ｄ

測(cè)量管內(nèi)徑為Ｄ，發(fā)生體兩側(cè)弓形流通面積之和與測(cè)量管的橫截面積之比為ｍ。

所以：Ｕ１ ＝Ｕ／ｍ

式中：Ｕ為測(cè)量管內(nèi)的平均流速，ｍ／ｓ

所以?。妫剑樱颍眨恚?/p>

設(shè)測(cè)量管內(nèi)瞬時(shí)體積流量為ｑｖ，則：ｑｖ＝3.14D2U/4=3.14D2ｍｄｆ/4Ｓｒ

從式中可看出，對(duì)于確定的測(cè)量管內(nèi)徑D和發(fā)生體迎面寬度d，流涕的狀態(tài)體積流量與漩渦頻率成正比，也就是說只要測(cè)出頻率就可測(cè)出體積流量

如果對(duì)上面公式做一個(gè)變換，則：K=f/ｑｖ=(3.14D2ｍｄｆ/4Ｓｒ)-1

式中，K=渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)m)-3

在工程應(yīng)用中渦街流量計(jì)常用公式為：ｑｖ＝3600ｆ/k

斯特勞哈爾數(shù)Sr

與發(fā)生體的形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，通常情況下，管道雷諾數(shù)在2×104~7×106范圍ienei，斯特勞哈爾數(shù)可視為常數(shù)，可保證測(cè)量的精度，超出這個(gè)范圍，Sr將隨雷諾數(shù)的降低或升高而變化，渦街流量計(jì)將出現(xiàn)非線性。當(dāng)雷諾數(shù)從2×104降低到5×103時(shí)，卡曼渦街仍然可以穩(wěn)定分離，但由于非線性的影響，測(cè)量精度會(huì)降低所以通常把5×103~7×106作為渦街流量計(jì)的可測(cè)量范圍。

渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和粗略地分為傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分。

傳感器包括：發(fā)生體、表體、檢測(cè)元件等。

轉(zhuǎn)換器主要包括：電子模版和現(xiàn)實(shí)單元。

渦街流量計(jì)的分類

按連接方式可分為法蘭連接和法蘭夾裝連接

按檢測(cè)技術(shù)可分為熱敏式、超聲式、電容式、應(yīng)力式、應(yīng)變式等

按使用目的分類可分為防暴型、高溫型、低溫型、耐腐型、插入式和質(zhì)量型

按結(jié)構(gòu)分為一體型和分體型

按功能分為常規(guī)型和智能型

變面積流量計(jì)（線性孔板）

傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)罪的不足是被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號(hào)很小，這一缺點(diǎn)大大影響其范圍度和測(cè)量精度，于是在此基礎(chǔ)上開發(fā)了可變面積的孔板流量計(jì)，因?yàn)槠漭敵龅牟顗盒盘?hào)與被測(cè)量之間有線性關(guān)系，所以也成為線性孔板。

工作原理：線性孔板流量計(jì)七環(huán)隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化曲面圓錐形塞子再差壓彈簧的作用下來回移動(dòng)，環(huán)隙變化使輸出信號(hào)（差壓）與流量成線性關(guān)系，并大大地?cái)U(kuò)大范圍。

當(dāng)流體流過開孔面積為A的孔板時(shí)，流量q與孔板前后的壓差之間有如下關(guān)系，即：q=k1A乘Δp的開方

式中：q為流量；k1為常數(shù)；A為開孔面積；Δ p為差壓信號(hào)

由差壓引起的活塞和彈簧組件的壓縮量（活塞的移動(dòng)距離）為X，則：Δ p=K2X

式中：K2=彈簧系數(shù)。

變面積流量計(jì)

原理：此流量計(jì)又稱線性孔板，其環(huán)隙面積隨流量的大小而自動(dòng)變化，曲面圓錐形塞子在差壓彈簧的作用下來回移動(dòng)，使輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：

（1）直管段相比渦街較短，比內(nèi)文丘里較長(zhǎng)（前12倍后3倍）；

（2）量程比較寬達(dá)20:1，適用于大多數(shù)流體測(cè)量，結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點(diǎn)：

（1）壓力損失大（50KPa）；

（2）安裝要求較高（否則無精度可言），有可移動(dòng)部件，活塞加工要求較高。因截流面積隨時(shí)變化，在運(yùn)行時(shí)無法人為的確認(rèn)計(jì)量是否準(zhǔn)確；

（3）容易跑冒滴漏、儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，排除故障的技術(shù)要求高、維護(hù)量較大，儀表口徑最大到DN200；

（4）斯派莎克流量為V錐活動(dòng)部件，存在卡的可能性，影響正常計(jì)量；

（5）彈簧的彈性系數(shù)在較高溫度下存在發(fā)生變化的可能性；

（6）一次表檢定（校準(zhǔn)）時(shí)必須對(duì)二次表內(nèi)的系數(shù)重新設(shè)定，增加工作重復(fù)性且二次表不能互換；

當(dāng)活塞向前移動(dòng)時(shí)，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系為A=K3乘X的平方根，式中：K3=常數(shù)

因此由以上公式可得：A=K3乘（ Δp /K2）的開方

代入公式可得：q= k1K3x（Δp /K2）的開方×Δp的開方=kΔp

式中：k---常數(shù)k=k1K3x(1/ K2)的開方

由以上公式可知，流量與差壓成線性關(guān)系，所以取出差壓信號(hào)即可得到流量。

線性孔板的特點(diǎn)：

范圍度寬，可測(cè)范圍為1%~100%，保證精度的情況下可到5%~20%

線性輸出名差壓信號(hào)與流量成線性關(guān)系

直管段要求較低

只要線性孔板的彈簧線性好，活塞加工比較理想的形狀，使得流通面積與位移X的1/2次方成線性關(guān)系，就能使差壓與流量之間的線性關(guān)系成立，但是，活塞的曲面加工較為困難，不得不用逐臺(tái)標(biāo)定的方法來彌補(bǔ)這一不足

還要利用標(biāo)定數(shù)據(jù)對(duì)線性孔板的非線性誤差進(jìn)行校正，須借助于流量二次表，具體做法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入二次表中的折線表，然后二次表根據(jù)輸入的差壓信號(hào)（電流值）用查表和線性內(nèi)插的方法求得水流量值

得到水的流量還不是目的，因?yàn)橐獪y(cè)蒸汽，所以要進(jìn)行雷諾數(shù)和溫度的校正補(bǔ)償

超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲脈沖的作用，以測(cè)量體積流量的儀表

按測(cè)量原理可分為傳播時(shí)間法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法。

V=L2/2X(1/T12-1/T21)

式中：

L：超聲在換能器之間傳播路徑的長(zhǎng)度

X：傳播路徑的軸向分量，m；

T12,21：從換能器1到2和2到1的傳播時(shí)間

C：超聲在靜止流體中的傳播速度

V：流體通過換能器1、2之間聲道上平均流速m/s

流量方程：Qv=(Vm/k)(πD2N/4)

式中：K：流速分布修正系數(shù)，即聲道上線平均流速Vm和面平均流速V之比

換熱計(jì)算：

額定熱功率：如果負(fù)荷用KW表示，蒸汽壓力給定，蒸汽的流量就可以用以下公式表示：蒸汽流量（kg/h）=負(fù)荷kw×3600/工作壓力下的焓hfg

管道和空氣加熱器的蒸汽耗量計(jì)算：

暖管負(fù)荷計(jì)算

把管網(wǎng)系統(tǒng)加熱到工作溫度需要的蒸汽流量是管道的質(zhì)量、比熱、溫升、蒸汽的蒸發(fā)焓和暖管事件的函數(shù)

可以用以下公式來表示：ms=60w(Ts-Tamb)Cp/hfg t

式中：

ms=蒸汽的平均冷凝率（kg/h）

w=管道與法蘭以及接頭的總重量kg

Ts=蒸汽溫度

Tamb=環(huán)境溫度

Cp=0.49管道材質(zhì)的比熱（kj/(kg·℃ )）

hfg=工作壓力的蒸發(fā)焓（kj/kg）

t=暖管時(shí)間

換熱器的蒸汽耗量：

通常指板式換熱器和管殼式換熱器，用KW來表示換熱器的額定功率

例：計(jì)算非儲(chǔ)存式換熱器的熱負(fù)荷和蒸汽負(fù)荷

換熱器涉及在2.8KG蒸汽壓力下的滿負(fù)荷運(yùn)行，二次側(cè)出水和回水溫度分別為82 ℃和 71 ℃，泵的給數(shù)量為7.2kg/s，睡得比熱容為4.19KJ/(kg·℃)

首先計(jì)算熱負(fù)荷：Q=m Cp Δp=7.2×4.19×11=332KW

計(jì)算蒸汽負(fù)荷：一個(gè)332KW的換熱器工作在2.8kg（hfg =2139KJ/kg）蒸汽量為ms= Q/hfg =332/2139kg/s=558kg/h

熱水容積式換熱器：

熱水容積式換熱器是把容器內(nèi)的冷水在一定時(shí)間內(nèi)加熱到一定溫度的換熱器

蒸汽加熱階段和保溫階段的平均蒸汽量可以用下面公式

ms=(m CpΔT)/(hfg t)

公式中：ms=蒸汽量（kg/h）

ΔT =溫升

Cp=水的比熱（kj/(kg·℃ )）

hfg=工作壓力的蒸發(fā)焓（kj/kg）

t=加熱時(shí)間

例：容積式換熱器的容量為2272kg，設(shè)計(jì)條件為2kg蒸汽在半小時(shí)內(nèi)將水從10 ℃加熱到60℃，計(jì)算蒸汽用量？

ms=(mCpΔT)/(hfg t)=（2272×4.19×50）/（2163×0.5h）=440kg/h

鍋爐房系統(tǒng)：

水管鍋爐的爐水在管內(nèi)循環(huán)，熱源在管外圍，根據(jù)承受的壓力不同，水管直徑小時(shí)，在同樣的應(yīng)力下可承受更高的壓力。

循環(huán)原理

1、較冷的給水從鍋爐鍋筒的隔板后進(jìn)入，由于冷水密度大，它咋下降管內(nèi)向下流動(dòng)至較低的下鍋筒取代向上進(jìn)入前部水管較熱的水

2、繼續(xù)加熱會(huì)在前部水管產(chǎn)生蒸汽泡，由于密度的關(guān)系，汽水混合物向上升，在上鍋筒內(nèi)與熱水分離，離開鍋筒；

從熱源來的熱量可以通過輻射、對(duì)流、傳導(dǎo)等方式吸收

爐膛輻射傳熱：

指在一個(gè)空曠的區(qū)域容納從燃燒器來的火焰，如果火焰直接與爐管接觸，將發(fā)生嚴(yán)重干的沖蝕，并最終損壞爐管，所以，爐膛墻面排列著模板，用于吸收來自火焰的熱輻射

一臺(tái)鍋爐的額定蒸發(fā)量為2000KG/和，工作壓力為15bar,給水溫度為68度

蒸發(fā)率=90%（一般為90%）

因此實(shí)際出力=2000×90%=1800kg/h

蒸發(fā)率90%=A/(B-C)

式中：A=大氣壓嚇得蒸發(fā)焓

B=工作壓力下的蒸汽比含

C=給水溫度下的比含

例如：蒸發(fā)率=2257KJ/KG/(2794KJ/KG-284.9KJ/KG)=0.9

蒸汽出力kg/h=鍋爐額定值KW×3600/加入的熱值

例：一臺(tái)鍋爐為3000KW，工作于10bar，給水溫度為50度，有多少蒸汽產(chǎn)生？

給水熱值=50度×4.19=209.5KJ/kg

10bar下的蒸汽焓值=2782KJ/kg

因此鍋爐必須提供的熱量為2782-209.5=2572.5KJ/kg

蒸汽出力=3000KJ/S×3600S/2572.5KJ/kg=4198kg/h

鍋爐效率（%）=輸出至蒸汽的熱量/燃料提供的熱量×100

鍋爐附件：

鍋爐附件以下有幾個(gè)部分：安全閥；主汽閥；給水止回閥；水質(zhì)化驗(yàn)系統(tǒng)；連續(xù)排污系統(tǒng)；儀表系統(tǒng)；玻璃水位計(jì)和附件；水位控制系統(tǒng)；排空氣和破真空器；除氧器系統(tǒng)。

鍋爐用水：

外部水處理：

1、反滲透-純水被強(qiáng)制通過半滲透膜而剩下的雜質(zhì)溶液排掉

2、石灰軟化

3、離子交換-至今為止最廣泛的水處理方式

給水加藥計(jì)算：

標(biāo)準(zhǔn)的亞硫酸鈉加藥量是每1ppm的溶解氧要求8ppm的亞硫酸鈉

通常增加額外的4ppm亞硫酸鈉用于在鍋爐中保持一個(gè)裕量

典型的液態(tài)亞硫酸鈉僅含有亞硫酸鈉45%

給水箱溫度=85

85攝氏度下水的含氧量為2.3ppm

所需要的亞硫酸鈉量=2.3×8+4=22.4

所需要亞硫酸溶液量（45%濃度）=22.4×100/45=49.8ppm

年需亞硫酸溶液=10000kg/h×6000h/年×49.8/1000000ppm=2988kg/年

若每公斤15元，則年需費(fèi)用44820元

給水箱：

給水箱材料：

鑄鐵---容易腐蝕；

碳鋼---給水箱最通用干的材料，需在表面涂防腐蝕材料，成本低；

塑料---只能適合做冷補(bǔ)水箱的材料，不耐高溫；

不銹鋼-一般為304L，使用壽命長(zhǎng)，但先期成本高。

除氧器：

氧是給水管道、給水泵和鍋爐腐蝕的主要原因。

壓力除氧器的工作原理：

如果液體處在它的飽和溫度下，在液體內(nèi)氣體的溶解度是零，但是液體必須強(qiáng)烈煮沸才能確保 完全除氣，在除氧器的頭部可以做到這一點(diǎn)，將水打碎成盡可能小的水滴，環(huán)繞著水滴的都是蒸汽，這樣就提供了很高的表面積和質(zhì)量比，并使從蒸汽到水的熱傳導(dǎo)非?？欤顾芸旒訜岬斤柡蜏囟?。

溶解氣體釋放出來后，將剩余的蒸汽攜帶的氧氣排放到大氣（這股蒸汽和氣體的混合物比飽和溫度低，可以通過熱靜力排放，除氧后的水下落到容器的存儲(chǔ)部分）。

除氧器部分計(jì)算：

質(zhì)量/熱量方程式

Mh1 + ms hg = (m+ms)h2

Ms=m×(h2—h1)/(hg-h2)

除氧器蒸發(fā)系數(shù)：

蒸發(fā)系數(shù)=A/(B-C)

式中：A=大氣壓力下蒸發(fā)比含是2258KJ/kg

B=鍋爐壓力下飽和蒸汽比含（hg）(KJ/kg)

C=給水的比含（h1）(KJ/kg)

例：蒸發(fā)率=2258/(2781-356)=0.9311

那么按10噸鍋爐計(jì)算額定出力=10000×0.9311=9311kg/h

給水在105度使得熱焓為（h2）=440KJ/kg

10bar下的蒸汽焓值（hg）=2781KJ/kg

給水在85度使得熱焓為（h1）=356KJ/kg

除氧器給水流量為9311kg/h

Ms=m×(h2—h1)/(hg-h2) =9311×（440-356）/(2781-440)=334kg/h

除氧器蒸汽控制閥計(jì)算：

控制閥用于飽和蒸汽的選型可用公式

Ms=12KvP1×【1-5.6(0.42-x)2】開方=12KvP1

式中：Ms=蒸汽流量

Kv=控制閥流量系數(shù)

P1、P2上下游壓力

x=壓力降（P1-P2）/P1

計(jì)算上例：Kv=334/(12×11)=2.53

所以選擇的控制閥KVS應(yīng)大于2.53，根據(jù)查表得，可選擇一個(gè)口徑DN15的控制閥。

控制閥用于給水的選型可用公式

V=Kv×【(P1 - P2 )/G 】開方

=Kv/（ΔP）開方

式中：V=體積流量

K v=控制閥流量系數(shù)

P1、P2上下游壓力

G=水密度

計(jì)算上例：Kv=334/(12×11)=2.53

所以選擇的控制閥KVS應(yīng)大于2.53，根據(jù)查表得，可選擇一個(gè)口徑DN15的控制閥。

基礎(chǔ)控制理論：

自動(dòng)控制涉及的范圍很廣，控制量包括溫度、壓力、流量、液位和速度。

按控制模式：開/關(guān)控制

連續(xù)控制：

開關(guān)控制：通常被稱為兩點(diǎn)控制，是最基本的一種控制模式。

以60度為例：如果以60為開關(guān)點(diǎn)，那么系統(tǒng)就永遠(yuǎn)不能正常工作，因?yàn)殚y不知道在60度狀態(tài)下是開還是關(guān)，然后閥就會(huì)出現(xiàn)快速開關(guān)動(dòng)作，導(dǎo)致閥磨損。

這種情況下就需要一個(gè)上開關(guān)點(diǎn)和下開關(guān)點(diǎn)，用來防止系統(tǒng)快速循環(huán)，這是可以設(shè)計(jì)上開關(guān)點(diǎn)為61，下開關(guān)點(diǎn)為59，溫控閥在60度的設(shè)定點(diǎn)有2度的開關(guān)偏差。

但是溫度的傳熱效應(yīng)，不是立刻顯現(xiàn)，管道內(nèi)的高溫介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)的放熱過程，因此很容易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。

對(duì)于開關(guān)控制，必須有上下限位開關(guān)

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、便宜

缺點(diǎn)：偏差經(jīng)常會(huì)超出允許范圍

連續(xù)控制：比例（P）、積分（I）、微分（D）

比例控制：

比例帶越大，控制就越穩(wěn)定，但偏移越大

比例帶越窄，控制穩(wěn)定性就越差，但偏移越小

圖中AB、BC之間為偏差

圖中A和C之間為比例帶

比例控制的幾個(gè)基本要點(diǎn)：

1、控制閥的移動(dòng)與實(shí)際液位同設(shè)定點(diǎn)之間的偏差成比例

2、設(shè)定值只能在某一個(gè)特定負(fù)載下維持

3、盡管在A和C之間能達(dá)到穩(wěn)定的控制，但是任何引起實(shí)際液位與B之間產(chǎn)生偏差的負(fù)載都存在偏移

4、改變支點(diǎn)的位置可以改變系統(tǒng)的比例帶，支點(diǎn)越靠近浮球，比例帶越窄，反之亦然。

5、寬的比例帶（小增益）穩(wěn)定增強(qiáng)，但靈敏度降低，窄的比例帶（大增益） 穩(wěn)定性變差和控制不穩(wěn)，但靈敏度提高。

6、總體而言，理想的比例帶是在不引起房間溫度變化明顯震蕩的前提下，越窄越好。

比例增益計(jì)算：

“增益”通常用于控制器，是比例帶的倒數(shù)

控制器的增益越大，對(duì)于相同的偏差控制器的輸出就越大，例如：如果增益為1，10%的偏差就會(huì)改變控制器的10%的輸出，若增益為5,10%的偏差就會(huì)改變控制器50%的輸出，若增益為10，則10%的偏差就會(huì)改變控制器100%的輸出。

例如一個(gè)控制器具有200℃的量程：

20%的比例帶=20%×200=-40℃

40%的比例帶=10%×200=20℃

假定控制器的輸入量程為100 ℃，為了使控制器在20%的比例帶內(nèi)完成全行程的輸出，控制器的增益是多少？

100%/20%=5

也就是說比例帶是100℃ 的20%，就是20 ℃，增益為100/20=5

積分作用（I）：

偏差可以通過手動(dòng)或自動(dòng)來消除，但人工設(shè)定后的結(jié)果差別很大，因此在自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)中引入“重新設(shè)定”功能，稱作為積分作用。

積分作用的定義是：控制器在積分作用下輸出改變達(dá)到與比例作用下的輸出改變相同時(shí)所需要的時(shí)間，只要偏差存在，積分作用就不斷給出一個(gè)穩(wěn)定的不斷增加的校準(zhǔn)作用，這種校準(zhǔn)作用隨著時(shí)間二增強(qiáng)，控制器可以改變積分時(shí)間來滿足設(shè)備的動(dòng)態(tài)性能。

比例積分（P+I）控制器的積分租用通常限制在一定的比例帶內(nèi)

積分的特點(diǎn)

如果積分時(shí)間太短沒會(huì)產(chǎn)生超調(diào)和控制不穩(wěn)定

如果積分時(shí)間太長(zhǎng)，重設(shè)定作用就會(huì)太慢

IAT用時(shí)間單位表示，有些控制器中，積分作用的調(diào)整參數(shù)用

“每分鐘重復(fù)次數(shù)”來表示，也就是每分鐘積分作用輸出改變隨比例輸出

改變的次數(shù)

每分鐘重復(fù)次數(shù)=1/IAT

IAT=∞ 表示積分作用無窮大

IAT=0 表示無積分作用

超調(diào)和積分保和問題

當(dāng)系統(tǒng)攢在滯后時(shí)，P+I控制器很容易出現(xiàn)超調(diào)，由于積分作用的特點(diǎn)，積分作用的產(chǎn)生必須在比例控制作用之后，為反應(yīng)引入一個(gè)滯后的、更大的死區(qū)時(shí)間，但在實(shí)際當(dāng)中更可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如果當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生快速變化時(shí)，這樣實(shí)際值就會(huì)失去控制，使系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，如果采用積分作用，必須使用正確大小的積分作用

積分作用也可能會(huì)導(dǎo)致其他狀態(tài)惡化，例如在一個(gè)大的階躍改變或著系統(tǒng)關(guān)機(jī)后，積分作用會(huì)變得相當(dāng)大，引起嚴(yán)重的超調(diào)或控制不足，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為“積分飽和”。

為了避免出現(xiàn)以上問題，控制器需要抑制積分功能，是系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)，需要引入另一種控制模式，微分作用（或比率作用，指實(shí)測(cè)溫度的改變速率）

微分控制：

微分作用（D）測(cè)量過程信號(hào)的改變速率并對(duì)此作出反應(yīng)，調(diào)整控制器的輸出以減小超調(diào)

如果微分作用正確應(yīng)用于時(shí)間滯后的系統(tǒng)，在系統(tǒng)工況發(fā)生改變時(shí)可以減小同設(shè)定值之間的偏差，一般微分作用只作用于在工況信號(hào)發(fā)生改變時(shí)，如果信號(hào)是穩(wěn)定的，不管偏差有多大，微分作用都不會(huì)起作用

微分很大的一個(gè)作用是減小超調(diào)，尤其是負(fù)載發(fā)生快速變化的系統(tǒng)

微分作用一般在控制器內(nèi)設(shè)定，用TD來表示，單位是時(shí)間

TD=0時(shí)，無微分作用

TD= ∞時(shí)，微分作用無窮大

P+I+D控制器如果在正確調(diào)整后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大部分工藝系統(tǒng)進(jìn)行快速的反應(yīng)和控制，不會(huì)出現(xiàn)偏差和超調(diào)

PID調(diào)節(jié)中出現(xiàn)振蕩的原因：

振蕩，通常指不穩(wěn)定，振蕩在操作點(diǎn)附近產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)變化的偏差，可能有以下原因：比例帶太窄，積分作用太短，微分時(shí)間太長(zhǎng)

微分常數(shù)的確定：

TDC=（TS-T1）/（TS-T2）

式中：TDC=溫度設(shè)計(jì)常數(shù)

TS=蒸汽溫度

T1=二次側(cè)流體的進(jìn)水溫度

T2=二次側(cè)流體的出水溫度

例如：進(jìn)水溫度=60，進(jìn)水溫度=65，蒸汽溫度=70（減壓后）

TDS=（70-60）/（70-65） =2

當(dāng)蒸汽溫度上升到140度時(shí)，二次側(cè)出水溫度T2是多少度

T2=TS-[(TS-T1)/TDC]=140-[(140-20)/2]=80℃

此時(shí)，出口溫度已經(jīng)超出了比例帶范圍，控制器將閥門關(guān)閉.

控制閥

閥門的形式包括直行程閥和旋轉(zhuǎn)型閥

直行程閥包括球形閥和閘板閥

旋轉(zhuǎn)閥包括球閥、蝶閥、旋塞閥

控制閥一般選擇二通閥和三通閥

球形閥主要部件：閥體，閥蓋，閥座和閥芯，閥桿，密封。

閥門關(guān)切里F

F=A ΔP+摩擦力余量

式中：A=閥座面積，ΔP=壓差，F(xiàn)=需要的關(guān)切力KN

閥門關(guān)閉密封等級(jí)：控制閥的泄露等級(jí)是按照閥門處于全關(guān)閉時(shí)的泄漏量來劃分的，最好的等級(jí)是三級(jí)（泄漏量為全流量的0.1%，進(jìn)口的能做到0.01%）

流量系數(shù)：

流量系數(shù)可以使閥門的性能具有可比性

在各種流量下風(fēng)門的壓差可以確定

確定給定壓差下通過控制閥的流量

典型口徑的流量系數(shù)：

控制閥的選型：

V=Kv×【(P1- P2 )/G 】開方

例：V=10，Kv=16，壓差p=0.39bar

水泵：通常使用離心泵，根據(jù)性能曲線，當(dāng)流量增加時(shí)，水泵出口的壓力會(huì)下降

在整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)中，不僅考慮泵和控制閥的口徑和特性，還要考慮其他因素，要整個(gè)系統(tǒng)總體考慮；

壓損：水在系統(tǒng)中的摩擦損失叫做壓損，壓損的增加銅流速的平方根成正比

公式為：V12\V22=P1/P2

一定口徑的管道通過的流量V1為2500立方時(shí)的壓損為4bar，計(jì)算流量為3500立方時(shí)的壓損：V12\V22=P1/P2

P2=P1× V12\V22=4×35002/25002 =7.84bar

如果系統(tǒng)中的二通閥選型過小，水泵需要消耗大量的功耗，僅僅為提供足夠的水量通過控制閥。

如果系統(tǒng)中的二通閥選型過大，閥門在全開位置時(shí)的壓降很小，水泵的能耗減小，但是達(dá)到控制點(diǎn)位置時(shí)大的流通面積意味著閥門行程的很小改變會(huì)引起很大的流量變化，穩(wěn)定性和精確度會(huì)很差。

閥門的選擇：

首先確定閥門的閥權(quán)度（N）

公式：N=ΔP1\(ΔP1+ΔP2)

式中：ΔP1=控制閥全開時(shí)的壓降

ΔP2=回路其他部分的壓降

ΔP1+ΔP2=整個(gè)回路的壓降

N值應(yīng)該接近0.5（但不能大于），并且不能小于0.2，這樣可以保證閥門的每個(gè)小的變化對(duì)流量有影響，但同時(shí)又不會(huì)過分增加泵的功耗。

蒸汽系統(tǒng)控制閥的選型：

如果安裝的閥是DN50，閥門處于全開狀態(tài)，通過閥門的壓降相對(duì)較低，供給換熱器的蒸汽壓力相對(duì)較高，因此，為達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載所需要的換熱盤管面積相對(duì)較小

但是一個(gè)DN40的閥門處于全開狀態(tài)，通過與DN50閥門相同的流量，因?yàn)殚y門的流通面積變小了，所以通過閥門的壓降會(huì)增加，進(jìn)入盤管的壓力會(huì)降低，這就需要更大一點(diǎn)的換熱器。

在控制閥的選型中，噪音是一個(gè)需要考慮的因素，不僅增加噪音等級(jí)，而且會(huì)損壞閥門內(nèi)部部件，一般情況下可以安裝一個(gè)稍大一點(diǎn)兒的閥門

通常飽和蒸汽在控制閥出口的流速大于0.3馬赫的話，產(chǎn)生的噪音無法接受

聲音在蒸汽中的流速取決于蒸汽的溫度和品質(zhì)。

蒸汽中的音速計(jì)算：

計(jì)算公式為：C=31.6 [rRT]1/2

式中：

C=蒸汽在管道中的音速

31.6=比例常數(shù)

r=蒸汽的絕熱指數(shù)（飽和為1.135）

R=0.4615蒸汽的氣體常數(shù)（KJ/Kg）

T=蒸汽的絕對(duì)溫度K

球形閥的簡(jiǎn)化選型：

公式：ms=12kvP1

式中：ms=蒸汽流量

Kv=閥門流量系數(shù)

P1=上游壓力

例：管殼式管熱器制造商規(guī)定在管束中蒸汽壓力需要達(dá)到5bar的絕對(duì)壓力來滿足500KW的熱量需要，控制閥上游干度為0.96的飽和蒸汽，壓力為10bar，在5bar下蒸發(fā)焓是2108.23kj/kg；首先，10bar下的焓值是2697.15kj/kg

5bar 下的蒸汽干度=2697.15/2748.65=0.98

5bar下的可用熱量是0.98X2108.23=2066KJ/KG

蒸汽流量=負(fù)載（KW）×3600/工作下的焓值（hfg）

=500KW/2066x3600=871kg/h

確定全負(fù)荷下的壓降比,壓降比率=(10bar-5bar)/10bar=0.5

確定所需的Kvr

全負(fù)荷下的壓降比大于0.42，因此采用臨界條件公式:ms=12kvP1

871=12× Kvr×10bar

Kvr=7.26

初步選擇一個(gè)口徑為DN25的閥門，然后計(jì)算這個(gè)口徑下通過濕蒸氣勢(shì)的閥門出口噪音,閥門的出口音速為C=31.6 [rRT]1/2

r=1.035+0.1(0.98干度)=1.133

R=0.4615KJ/KG(蒸汽的氣體常數(shù))

濕蒸氣在5bar下的溫度同相同壓力下的干蒸汽的溫度一樣，T=425K

在閥門處蒸汽的音速為：C=31.6×(1.133×0.1615×425)1/2=471m/s

DN25的控制閥出口面積為0.00049m2

5bar下0.98干度的蒸汽比容為0.3674m3/kg

體積流量=871kg/h×0.3674=320m3=0.0888m3/S

出口流速=體積流量/出口面積= 0.0888m3/S/0.00049m2=181m/s

對(duì)于濕蒸氣在閥門出口處的噪音標(biāo)準(zhǔn)時(shí)閥門出口流速=40m/s

因此，此時(shí)流速已經(jīng)遠(yuǎn)大于40m/s，因此DN25的控制閥可能產(chǎn)生難以接受的噪音，所以DN25不適合此應(yīng)用，按40m/s算，最小出口面積=0.0888/40=0.00222m2

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，應(yīng)選用DN65閥門。

蒸汽分配系統(tǒng)：

管道和管道選型：管道材質(zhì)；

蒸汽系統(tǒng)的管道通常采用復(fù)合ANSI B 16.9 A106標(biāo)準(zhǔn)的碳鋼管，一般每段管道長(zhǎng)度為6m；

管道內(nèi)流通流體的總能量損失取決于：管道長(zhǎng)度；管道口徑；流體的平均流速；流體的動(dòng)力黏性系數(shù)；流體密度；管壁的粗糙度。

管道選型過大：

設(shè)備費(fèi)用增加；安裝費(fèi)用更高；

熱損失增加，蒸汽管道內(nèi)形成的冷凝水增加，這就需要更多的蒸汽到達(dá)用氣點(diǎn)。

管道選型過?。?/p>

產(chǎn)生高的壓力降，到達(dá)用氣點(diǎn)時(shí)壓力過低，降低設(shè)備使用性能；

用氣點(diǎn)沒有足夠的蒸汽量；

蒸汽流速加快，容易產(chǎn)生沖蝕、水錘、噪音等。

蒸汽流速計(jì)算：

正氣流速=蒸汽流量XVg（比容）×4/[3600×π× D2

壓降計(jì)算:

例：進(jìn)口壓力7.0，最小允許壓力6.6，管道長(zhǎng)度：165米

每100m的最大壓降為（7.0-6.6）×100/165=0.24bar

計(jì)算管道口徑：

根據(jù)公式

管道截面積=體積流量\流速

ΠD2/4=V/U；D2=4v/ΠU

例：某工藝需要7bar飽和蒸汽5000kg/h（1.389kg/s），流速不超過25m/s

其中7bar下的比容為0.24m3/kg

體積流量=m×比容

體積流量=0.333m3/s

根據(jù)D2=4v/ΠU，D=130mm

應(yīng)選擇最接近的管道口徑，為DN150。

壓降公式：

ΔP=LVg,m2/0.08D5

式中：ΔP=壓降；L=管道長(zhǎng)度

Vg, =比容；m=質(zhì)量流量；D=管徑

蒸汽主管和疏水：

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽主管因沿著流動(dòng)方向布置有不小于1:100的坡度（每100米有1米的下降）該坡度將確保冷凝水在重力和蒸汽流動(dòng)的作用下流向排放點(diǎn)；

疏水點(diǎn)；

疏水點(diǎn)必須要保證冷凝水到達(dá)疏水閥，大口徑的蒸汽主管在起機(jī)階段形成的冷凝水較多，需要每隔30M至50M布置疏水點(diǎn)，并且還要布置在最低處，如上升管的底部。

管道的膨脹和支撐：

膨脹余量：

所有的管道都是在環(huán)境溫度下安裝的，當(dāng)用來輸送熱的流體時(shí)就會(huì)膨脹，會(huì)在掛電腦的連接處產(chǎn)生應(yīng)力，

膨脹長(zhǎng)度的計(jì)算公式：膨脹（mm）=LΔT a

式中：L：支撐點(diǎn)之間的距離

ΔT ：環(huán)境溫度與工作溫度之間的溫差

A：膨脹系數(shù)（mm/m℃x10-3）

長(zhǎng)度為30m的碳鋼管用來輸送4bar（152℃）的蒸汽，如果管道安裝環(huán)境為10℃，計(jì)算膨脹長(zhǎng)度

膨脹（mm）=LΔT a=30×142×14.9×10-3=63.5mm

管道系統(tǒng)的靈活性：

管道布置不惜足夠靈活以吸收由于加熱引起的管道移動(dòng)，如果剩余的膨脹不能被管道的自然柔性所吸收，則必須使用膨脹件

在實(shí)際應(yīng)用中沒管道膨脹和支撐點(diǎn)可以分為三個(gè)部分：固定點(diǎn)；滑動(dòng)支撐；膨脹節(jié)（一般為膨脹波紋管）。

管道支撐距離：

1、布置管道間距不大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值

2、當(dāng)兩根或多跟管道在同一個(gè)托架上時(shí)，支撐距離應(yīng)根據(jù)最小口徑管道確定

3、當(dāng)出現(xiàn)明顯的移動(dòng)時(shí)，或管道超過15m長(zhǎng)，應(yīng)使用滑輪式支架

4、在上升管道的底部應(yīng)充分支撐

5、所有的管道支撐應(yīng)特別設(shè)計(jì)以適應(yīng)該管道的外徑

換熱器面積計(jì)算：

計(jì)算公式為：A=Q/UΔT

式中：

A =加熱面積；

Q=換熱量；

U=傳熱系數(shù)；

ΔT=平均溫差。

換熱器一般不能選型過大，由于換熱面積增加，所需的蒸汽壓力就會(huì)降低

蒸汽壓力降低，蒸汽溫度也會(huì)降低，換熱器的平均；

溫差同樣也會(huì)降低。

冷凝水回收管道的布置：

只要保證蒸汽壓力高于疏水閥后的冷凝水背壓時(shí)，冷凝水才能徑上升管道排出；

根據(jù)管道口徑和閃蒸蒸汽的比例，可接受的閃蒸蒸汽速度為15-20m/s；

也可以用來估算泵后的冷凝水管道的口徑。

凝水回收泵類型：電動(dòng)離心式電動(dòng)泵；機(jī)械式冷凝水泵。

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