第四章蒸汽系统
第一节概述
一蒸汽系统示意图
图4-1表示以蒸汽为热媒的各类用户供应
蒸汽供应分为有凝回收和无凝回收。图中给出的是有结水回收。
用户设疏水器，凝水箱，凝结水泵
凝结水尽管回收，节省热能，水资源
当可就地利用，或凝水污染，不宜回收，且经技术经济比较，才可能回收
直接、间接、减压
二蒸汽作为热媒的特点
特点：与热水相比，有如下特点：“（1）可同时满足不同用户对不同压力，程度，动力要求；（2）相变放热，单位质量携能多，流量小，管径小；（3）平均温度高，在相
同负荷下，节省散热设备面积；（4）状态变化大，有相变设计和运行管理复杂，
易出现“跑，冒，滴，漏”，（5）密度大，无水静压问题，适用于高层建筑高压；
（6）热惰性小；（7）压力变化时，温度变化不大，不能质调，只能间歇调节；造
成室温波动大，供暖质量收影响，（8）易造成管道和设备表面有机灰尘的分解与
升华；（9）间歇工作管道易腐蚀；（10）管道温度高，无效热损失大。
综上所述，蒸汽供热比热水供热耗能多，管理麻烦，运行费用高，供暖效果差，主要用于工业建筑及辅助建筑，商服，特高层等。
第二节蒸汽采暖系统
一蒸汽采暖系统的类型
（1）根据供气压力分为：高压蒸汽采暖系统（P（表压）>0.07MPa）
低压蒸汽采暖系统（P（表压）<=0.07MPa）
真空蒸汽采暖系统（P（绝对压力）<0.1MPa）
（2）根据立管根数分压：单管系统，易产生水击和汽水冲击噪声
双管系统：多采用垂直式
（3）根据蒸汽干管的位置分：上供式，中供式，下供式
蒸汽干管位于散热器上，中，下即为保证汽，水同向流动，防
止水击和噪声，上供式用的最多。
（4）根据凝结水回收动力分：重力回水，机械回水。
（5）根据凝结水系统是否通大气分为：开式，闭式
（6）根据凝结水充满管道断面的程度分为：干式回水和湿式回水
一般采用开式，分为重力和机械，可上，中，下供，用于有蒸汽源
的工业辅助建筑和厂企办公楼
1.低压蒸汽采暖系统的型式
（1）重力回水低压蒸汽采暖系统
特点：供汽压力<0.07MPa，凝结水在有坡度管道中靠重力流回热
源
工作原理：图4-2（a）为上供式（b）为下供式
干式凝水管：水平凝结水干管的最低点比∏
∏水位还高200-250mm
-
保证不被水充满。工作时该管道上部充满空气，下部凝结水。系统停止工作
时，该管内充满空气，称为干式凝水管。回水方式称干式回水
湿式凝水管：管道4的整个断面始终充满凝结水，称为湿式凝水管，回水方式称为湿式回水
水封：图（b）中水封8（详见图4-17）排除蒸汽管沿途凝水，防止主管中汽水冲击，阻止蒸汽窜入凝水管，水平蒸汽干管坡向水封，水封低部设放水丝堵排污，上设放空。优缺点：系统简单，不设凝水箱，凝结水泵，少占地，不耗电能，调节好可不设疏水器。
但锅炉要低于孔高，当作用半径大时，需高压力，图4-2中h加大，否则，水平
蒸汽干管内甚至底层散热蒸汽水，空气不能排出，蒸汽不能正常进入系统，影响
运行，适用于小型系统
（2）机械回水低压蒸汽采暖系统
特点：凝结水靠水泵动力送回热源
工作原理：图4-3中供式机械回水
优缺点：消耗电能，但热源可不低设，系统作用半径大，适用于较大型系统
2.低压蒸汽采暖系统的设计要点
与其水采暖水力计算有类似和不同，压力低，密度变化不大，不考虑密度变化与热水相
同，但蒸汽管与凝结水管水力计算分开进行，与热水不同。
注意：（1）蒸汽在散热器内冷凝放出汽化潜热
蒸汽流量 r Q M 1000..=
kg/s （4-1） 式中各项见教材P79
工程中蒸汽流量常用单位为KG/H ，因此式（4-1）变为 r Q r Q M .
..6.310003600==
（2） 为热媒时所需散热器面积的计算方法和方式基本相同
注意试验测的的散热器传热系数公式，平均温度为对应压力下的饱和温度
（3） 热水采暖空气聚集在散热器上部，蒸汽系统在中部或中部偏下，见图4-4（a ）.（b ）.(c).
三种情况，自动排气阀应设于底部向上1/3处。
（4） 为简化计算，低压系统不考虑沿途蒸汽密度的变化和沿途凝水对蒸汽流量的影响。
蒸汽压力用于克服蒸汽管路的阻力损失，
从锅炉出口到最远散热器的管路为最不利支路。
平均比摩阻用下述公式计算：
∑-=l P R )2000(α 式中各项见教材P79
散热器入口预留压力2000Pa ，用于克服蒸汽流入散热器阻力损失，并疏散空气。 水利计算表按蒸汽密度3/6.0m kg =ρ（对应饱和压力P=5KPa ）管道当量粗糙度K=0.2mm 编制，在P=5-20KPa 内使用，误差不大
若不只锅炉出口或用户入口压力，可取推荐值R=60Pa/m 计算。
（5） 散热器凝水支管可不设疏水器，可在每支路。每主管上设。
（6） 为防止凝结水泵汽蚀，要求正水头，图4-3。H 值见表4-1
（7） 蒸汽或凝结水过门时，按图4-5安装
（8） 饱和蒸汽易产生沿途凝水，出现“水害”，“水击”，要使水平供汽管道有足够坡度，
使汽水同向流动，干管坡度≮0.002，支管坡度≥0.01-0.02。蒸汽干管向上拐弯处。须设疏水器图4-3中的11或水封图4-2（b ）中的8。如水封连接点蒸汽压力为P
（kPa ）。水封密度m P h 2.01.0'+=. 0.2m 是考虑气压波动安全值。
（9） 干式和湿式重力回水凝结水管管径的确定。
凝结水管坡度i ≥0.005,管径可查表4-3数值。
三 高压蒸汽采暖系统
多用于对卫生条件和室内温度均匀性要求不高，不要求调节每组散热器热量的厂房。P>0.07MPa.一般不超过0.39MPa 。
1．高压蒸汽采暖系统的型式
减压 上供
图4-6为开式上供高压蒸汽采暖系统示意图。工作原理：阀们，热胀，二次蒸汽，闭式系统采用图4-7闭式凝结水箱有补偿，水封，防止箱内压力升高。二次汽逸散和隔绝空气，减轻系统腐蚀，节热能。
当二次气量较大。设二次蒸发箱。图4-8
2. 汽采暖系统的设计要点
（1） 与低压系统类似（设计计算），因供汽压力差别较大，应根据散热器内压力造成
不同水力计算表。
室内系统作用半径不大，仍可认为密度为常数。计算可用平均比摩阻法和推荐流速法。主干线平均比摩阻按下式：
∑=l P
R m α25.0 （4-4） 式中各项见教材P83
最不利阻力占启始点压力的1/4，剩余压力用于克服疏水器及凝结水管路的阻
力损失，保证排除凝水，有利于远近支路的阻力平衡。
如入口供汽压力P 未知，可采用推荐流速法，取蒸汽推荐流速 U=（50%-60%）max v
max v 为最大允许流速，查表4-3
系统入口所要求压力由下式计算：
∑++=r P Z Rl P )()15.1~10.1( 式中各项见教材P83
（2） 高压系统并联管路平衡较困难，一般不进行并阻计算。尽可能采用上供式和同程
式，图4-9示异程式4321P P P P >>>，使各散热设备回水压力'4'3'2'1P P P P >>>，
远处设备凝结水汇流有阻碍。
（3）须经常维修拆卸处用法兰外，尽管用焊接，不用丝接，非满管凝结水管管径可根据管段负荷查表4-4
第3节蒸汽在通风与空调系统中的应用
在通风空调系统中加热，加强空气，制备热水及制冷等
一. 用蒸汽加热空气
通风系统，全气空调系统或空气-水空调系统在冬季运行时，空气可用蒸汽-空气换热器在空调机组，新风机组中进行加热。
注意：①肋电管垂直②多台换热器蒸汽管路并联；③蒸汽入口装压力表，调节阀，出口装疏水器；④被加热空气温升大时，空气行程串联，空气量大时，并联。图4-10 暖风机应用：车间中采暖常用蒸汽，压力大于0.39Mpa，供热能力大，相同暖风机比热水多一倍。
热空气幕：寒冷地带为阻挡室外冷风侵入，设热空气幕（详见8.7）
二. 用蒸汽加热空调系统用热水
全水空调，空气-水或全空气中所用热水可用汽-水换热器加热，图4-1
三. 用蒸汽等温加湿空气
用于蒸汽对空调空气加湿是常用方法之一。加湿速度，均匀，稳定，效率高，不带水滴和细菌，若电能，运行费用低，布置方便。
但须有汽源和输汽管道，初投资高，有现成汽源时，应优先采用。供汽管应用镀锌管，从供汽管道顶部引出，接管越短越好，防凝结水，减压阀，调节阀前后安阀门，出口装疏水器。
四. 溴化锂吸收式制冷用蒸汽
热力制冷，分为单效与双效
制冷量
单效：单一供冷或热，使用蒸汽或热水作热媒，热力系数=
消耗热量
除有废热作热源外，一般不提倡使用。
双效：同时供冷热，热力系数比单效高约60%-70%，但一次能源效率不如电制冷。第三节蒸汽采暖系统专用设备
正确选用意义与热水相比，因热媒特点，有专用设备，正确选择，计算这些设备关系
到系统的正常运行和节能。
一. 排除凝结水的设备
散热器，换热器，蒸汽管沿途凝水，需及时排除，防止水击，
种类：疏水器，水封和孔板式疏水阀。
1疏水器
（1） 疏水器的种类及工作原理
根据作用原理不同，可 分为三种类型
① 机械型：利用疏水器内凝结水液位变化动作的。浮筒式，吊桶式、浮球式。 ② 热动力型：靠蒸汽和凝水流动时热动力特性不同来工作热动力方式、脉冲式。 ③ 热静力型：靠凝结水温度变化：波纹管式，双金属电式、
介绍常用的
（a ） 浮筒式疏水器
构造如图4-12，工作原理4-13
优点：构造简单，制造方便只能水平安装，漏气量小，凝水表压力P1在500Kpa 或更小能疏水，排水孔阻力小。
缺点：体积大，排量小，活动部件多，筒内易沉渣结垢，阀孔易磨损，维修量大。 （b ） 热动力式疏水器
图4-14工作原理
优点：体积小，重量轻，结构简单，安装维修方便
缺点：周期性漏汽，只能水平安装。
（c ） 恒温式
图4-15，波纹盒内装易蒸发液体。
（2） 疏水器的选择计算
① 使其排水能力大于用热设备的理论排水量。即th de M K M .
。
各项意义见教材P88
引出选择倍率K 的原因：K 是考虑实际条件与理论计算情况不可能完全一致而引出的系数
实际条件：用汽压力下降，背压升高导致疏水器排水能力下降；用汽量增加时，
凝结水量会增加；用热设备情况可能变化，在低压力大负荷下启动时，排水量要大于设备正常排水量。
K 的选择：不是越大越好，浮筒式，K 值大，体积大，造价高，热动力式K 值大，易漏气，不同K 值，可查表4-5
② 疏水器的排水量计算 按下式p d A M t ?=2.
1.0
式中各项意义见教材P88
当通过冷水时At=32，当通过饱和凝结水时，按手册或厂家样本选用，由于二次汽影响At<32,在d 相同情况下,p ?越大,二次汽占的比例越大,At 和.M 减小的越多。手册中排水量是按背压为零（P2为大气压）给出，在P ?相同情况，背压增高，二次汽化量减小，排水能力大于手册给出数值。较安全。
③ 疏水器前后压力的确定原则
器前表压力P1取决于疏水器在系统中位置，当用于排除蒸汽管路的凝水时P1=tr P -
疏水点处蒸汽表压力；在用热设备出口时，P1=0.95Peq-用热设备前的蒸汽表压；在凝结水干管末端时，P1=0.7Ps-供热系统入口表压 。
凝结水通过疏水器及其排水阀孔时，有能量损失，P2比P1低。为保证疏水器正
常工作，必须有一个最小压差min p ?。如P1给定值，P2不得超过最大允许值max 2p min 1max 2P P P ?-≤ （4-8）
max 2P 值取决于类型和规格，通常由厂家提供数据。多数15.0max 2P P =左右。
（3）疏水器与管路的连接方式
见图4-16，多为水平安装
2.水封和孔板式疏水阀
水封图（4-17）和孔板式疏水阀图（4-18）都起阻汽疏水作用。
优点：结构简单，无活动部件，维修率低。
水封：积存凝结水阻止了蒸汽的通过，水封高度H 应等于水封安装处前后压差相当的
水柱高度，有10%的富裕值。用于蒸汽压力小于0.05Mpa 处
孔板式：凝结水密度大，能通过，蒸汽密度小，受阻。 二.减压阀
1.作用：调节阀孔大小，对蒸汽节流减压。
2.种类：活塞式、波纹管式、薄膜式。
图4-19活塞式工作原理，见教材P90
3. 阀孔面积计算
q M A μ.
= 各项意义见教材P91 4. 理论饱和蒸汽量q ：没平方厘米阀孔面积通过的q 「g/cm 2.h 」可查图4-20，根据阀前压力（绝对）P1（图中弧线）和阀后压力P2（横坐标）查出q 值，用总q 和A 查表4-6求出对应DN 。
当 7~521>P P
时，
或P2较小时，应串联两个减压阀，以减小振动、噪声和保证可靠运行。 图4-21为安装图
三． 二次蒸发箱
1.作用：在较压力下分离出凝结水或汽水混合物中的二次汽，并输送到热用户利用。
2.构造：图4-22
3. 容积计算：当流入凝结水量为.
M （kg/h ）二次汽的含汽率为x 凝结水的含汽量为x M .。若蒸发箱内所对应的蒸汽比容为v 含汽所对应的体积为υx M .，二次箱的容积V 按3m 每小时分离20003m 蒸汽确定。所需容积按下式：
υυx M x M V .
.0005.02000/==
式中各项见教材P92，箱容积20%存水，80%为蒸汽分离空间，按蒸汽流速不大于2.0m/s 来计算截面积，水流速不应大于0.25m/s,可查图示标准图等 四.安全水封
见图4-23，三个水罐，四根管组成
作用：正常工作时将凝结水系统与大气隔绝，凝水系统超压时排水，排汽。
工作原理：系统启动前冲水至 ''I -I - 高度，在正常压力作用下，下贮水罐C 充满水，管口内水面比管4管1睡眠低高度h,与大气隔绝。当系统压力高于大气压力H1米水柱时，
凝从管2，4经压力罐A 流入大气。当系统压力回落，罐A 中自动补充主管2，4中。箱
内真空，只要真空度小于H2米水柱，水封不破坏。