減溫減壓裝置的應(yīng)用
飽和蒸汽與過熱蒸汽
伴隨著集中供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)的推廣應(yīng)用，工廠用汽、區(qū)域供汽的汽源往往是過熱蒸汽，而一般的工業(yè)蒸汽（與動力蒸汽相區(qū)分）又是使用飽和蒸汽的。那么，不禁要問過熱蒸汽與飽和蒸汽之間有什么區(qū)別，過熱蒸汽能直接應(yīng)用于換熱過程上嗎？
過熱蒸汽，顧名思義，蒸汽溫度超過相應(yīng)蒸汽壓力下對應(yīng)的飽和溫度。如此，過熱蒸汽相對于同等壓力下的飽和蒸汽而言，擁有更高的焓值，這樣也似乎意味著可供使用的熱量更多，按照這個想法，那么加熱同一工質(zhì)時，所需消耗的過熱蒸汽量也是要大大少于飽和蒸汽量的。
可是，在工程實踐之中，這個“想當(dāng)然”并不正確。
舉例而言，現(xiàn)有175℃、6 bar g的過熱蒸汽。在其冷凝前，須先冷卻到6 bar g所對應(yīng)的飽和溫度165℃，而6 bar g過熱蒸汽的比熱約為2.32KJ/kg，那么1kg蒸汽從175℃冷卻到165℃放出的熱量約為23.2KJ。而1kg的6 bar g飽和蒸汽凝結(jié)釋放的熱量為2066kJ。如此看，相較于2066KJ而言，23.2KJ實在太少了。過熱蒸汽的“過熱”，從這個角度來看，并沒有那么地“過熱”。
對流換熱過程中傳熱量計算公式如下：
Q=k*A*ΔT
其中：k為換熱系數(shù)；
A為換熱面積；
ΔT為溫差。
注意：過熱蒸汽的換熱系數(shù)值遠小于飽和蒸汽的換熱系數(shù)值（飽和蒸汽為相變換熱）；
對于過熱蒸汽而言，總的來說，過熱度越高，換熱系數(shù)是要降低的。
過熱蒸汽作為工業(yè)蒸汽使用尚有別的弊端：一、過熱蒸汽冷卻過程的換熱系數(shù)低，相較于飽和蒸汽凝結(jié)換熱時的換熱系數(shù)而言太小，因此使用過熱蒸汽意味著換熱設(shè)備中的傳熱面積增加很多，從工程上而言十分不經(jīng)濟。根據(jù)實際經(jīng)驗，過熱度每增加2℃則換熱器需增加1%的換熱面積；二、由于過熱蒸汽的傳熱系數(shù)低，對于我們一般使用的間壁式換熱器（如板式換熱器）或其他用熱設(shè)備而言，壁面本身的溫度梯度會較大，而由溫度梯度導(dǎo)致的熱應(yīng)力會破壞壁面，使設(shè)備損壞率提高。而對于管殼式換熱器，使用過熱蒸汽會在其管板附近形成干墻，干墻區(qū)會很快結(jié)垢，造成管壁超溫，導(dǎo)致管子失效；三、由于過熱蒸汽一般溫度較高，對于設(shè)備的要求也高，相較而言要增多對于設(shè)備的經(jīng)濟投入，并不劃算。
蒸汽減溫減壓裝置組成與原理
一般工廠的工藝以及用汽設(shè)備（如換熱器、蒸煮濃縮等加熱設(shè)備、空氣調(diào)節(jié)設(shè)備等等）中大部分均要求使用飽和蒸汽，考慮到汽源為較高壓力的過熱蒸汽，那么自然需要減溫減壓裝置實現(xiàn)過熱蒸汽到飽和蒸汽的轉(zhuǎn)換。
籠統(tǒng)而言，蒸汽減溫減壓裝置的主要應(yīng)用是實現(xiàn)不同品質(zhì)蒸汽的轉(zhuǎn)換，如高、中、低壓蒸汽管網(wǎng)之間便是以減溫減壓器相連接。除此之外，當(dāng)蒸汽負(fù)荷波動時，減溫減壓裝置可以保持各管網(wǎng)的蒸汽溫度、壓力穩(wěn)定。這也是減溫減壓裝置一大作用。
那么，減溫減壓裝置究竟是怎么樣的呢？
減溫減壓裝置的組成
減溫減壓裝置，在使用中需要考慮包含一次蒸汽狀況，減溫水狀況，溫度壓力的測量，信號傳輸，截止隔離裝置，安全系統(tǒng)，管道布置及連接等等諸多方面的內(nèi)容。
由此，整個減溫減壓裝置部件眾多，如減壓模塊，減溫模塊，減溫水控制模塊，測量模塊，安全模塊，截止隔離模塊，管路傳輸模塊，連接模塊等等。每個模塊負(fù)責(zé)不同功能，側(cè)重不同方向，參考于不同的數(shù)據(jù)，共同完成蒸汽減溫減壓的工作，輸出優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的二次蒸汽。
圖1 減溫減壓裝置簡圖
減溫減壓裝置的原理
蒸汽的減溫減壓分為兩個物理過程。
首先是減壓，通過控制節(jié)流元件，使蒸汽在節(jié)流過程中損失勢能，從而降低壓力,該過程等同于壓力調(diào)節(jié)閥的工作。其次是減溫（減溫形式有直接接觸式與非直接接觸式，此處介紹直接接觸式為示例）：大致說來，減溫過程就是冷卻水直接與過熱蒸汽混合，吸收過熱蒸汽的熱量并蒸發(fā)成蒸汽，同時，過熱蒸汽被冷卻。
在減溫過程之中，一定量的冷卻水是通過減溫器內(nèi)部的霧化和混合裝置被加入的，其中對加入冷卻水量的控制是通過測量減溫器下游的蒸汽溫度來實現(xiàn)。此外，所有的直接接觸式減溫器都必須將進入的冷卻水打碎成小水滴，以增加水的表面積/體積比。水的表面積/體積比越大，水滴的蒸發(fā)速度越快，蒸汽降溫越快。制造小水滴的過程通常被稱為“霧化”，霧化質(zhì)量的好壞，將直接影響減溫系統(tǒng)的控制性能。而減溫器不同類型之間的區(qū)分便是以冷卻水霧化方法而定。
整個減溫過程遵循熱焓平衡原理，故而我們可以通過熱焓的平衡計算出所需冷卻水的水量，如下公式所示。
Mg*（Hi-Hd）=Mc*（Hd-Hc）
其中：Mg為過熱蒸汽質(zhì)量；
Hi為過熱蒸汽焓值；
Hd為減溫后蒸汽焓值；
Mc為冷卻液質(zhì)量；
Hc為冷卻液焓值。
總之，減溫減壓裝置的壓力實現(xiàn)應(yīng)該由蒸汽側(cè)控制，而溫度則由冷卻水側(cè)控制。
減溫器的類型（主要介紹接觸式減溫器）
接觸式減溫器主要分為三種，有噴水型、文丘利型、蒸汽霧化型。以下介紹各種形式減溫器的優(yōu)缺點以及應(yīng)用。
噴水型減溫器
優(yōu)點：噴水型減溫器操作非常簡單；
沒有運動部件；
費用低；
零蒸汽壓力降。
缺點：低的流量調(diào)節(jié)比能力（蒸汽和冷卻水側(cè)最大3:1）；
達到飽和溫度的程度低（最好飽和溫度+5℃）；
管道內(nèi)部件容易受沖蝕，使用熱套管可以克服。
應(yīng)用：相對穩(wěn)定的蒸汽負(fù)荷；
相對穩(wěn)定的蒸汽流量；
相對穩(wěn)定的冷卻水溫度；
下游蒸汽的溫度不關(guān)鍵。
文丘利型減溫器
優(yōu)點：相對的低壓力降；
操作簡單（比噴水型略復(fù)雜）；
沒有運動部件；
精確控制，通?？梢赃_到蒸汽飽和溫度+3℃；
適用于穩(wěn)定負(fù)載或變負(fù)載應(yīng)用；
可以安裝于水平或垂直向上；
當(dāng)安裝于垂直管道時調(diào)節(jié)比可以超過5:1；
和噴水型相比下游管道的沖蝕小。
缺點：冷卻水必須超過12kg/h。
應(yīng)用：能適用于大多數(shù)的工廠應(yīng)用，除非水側(cè)的流量調(diào)節(jié)比特別大。
蒸汽霧化型減溫器
優(yōu)點：良好的調(diào)節(jié)比，蒸汽最大的調(diào)節(jié)比可能達到50:1，但有效的操作和控制的調(diào)節(jié) 比為20:1，水側(cè)的調(diào)節(jié)比相同；
非常緊湊；
壓力降可以忽略；
適用于蒸汽流量變化很大的情況；
適用于其他參數(shù)變化很大的情況；
蒸汽霧化型減溫器本身比文丘利型便宜。
缺點：需要額外的高壓霧化蒸汽；
為了達到大于5:1的調(diào)節(jié)比，安裝費用高，需要在下游安裝循環(huán)裝置。
應(yīng)用：高調(diào)節(jié)比的應(yīng)用；
制程參數(shù)變化大的應(yīng)用。
關(guān)于減溫減壓裝置的注意事項
冷卻水
用于冷卻的水源通常選擇鍋爐補給水、脫礦水、去離子水、凝結(jié)水。而城市用自來水或制程用水也可能被使用，但取決于給水的硬度，因為水垢可能會積聚在減溫器冷卻水噴口內(nèi)部和減溫器下游管道的內(nèi)壁表面。
通常，冷卻水溫度越高越好，這是因為熱水滴比冷水滴吸收較少的熱量達到蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)快從而產(chǎn)生更加高效的減溫效果。使用熱水也能減少水跌落到管道內(nèi)壁的量，因此應(yīng)該對給水管道進行保溫。但應(yīng)當(dāng)注意的是，高溫冷卻水應(yīng)避免通過控制閥是發(fā)生閃蒸。
那么，對于冷卻水的壓力是否有要求呢？冷卻水的壓力必須大于管道內(nèi)的蒸汽壓力，而具體則取決于不同的型號，其中噴水型減溫器中冷卻水壓力最少應(yīng)比蒸汽壓力大0.5bar，文丘利型減溫器中冷卻水壓力最少應(yīng)比蒸汽壓力大0.1bar，蒸汽霧化型中冷卻水壓力至少應(yīng)等于蒸汽壓力。
減溫器下游管道設(shè)計
在減溫過程之中，霧化后的水滴需與蒸汽混合，而水滴蒸發(fā)（伴隨著蒸汽冷卻）是一個需要時間的過程，不會瞬間完成。因此，大部分的減溫過程不是發(fā)生在減溫器內(nèi)部，而是在減溫器出口的下游管道內(nèi)。所以，對一個良好的減溫器來說，下游的管道設(shè)計十分重要。
如果水滴與蒸汽混合不良，其便不能從過熱蒸汽中有效吸收熱量，那么水滴的蒸發(fā)過程就不徹底，導(dǎo)致減溫器下游有水滴溢出，減溫器出口溫度無法控制。為了水滴更好的蒸發(fā)，水滴應(yīng)該盡可能長時間的懸浮在下游管道中，為了確保這一點，下游管道應(yīng)該保持相對高的流動速度以維持足夠的湍流。因為該速度要高于一般的蒸汽分配系統(tǒng)的蒸汽流速，故而減溫器和相應(yīng)的下游管道通常（并非所有）要比蒸汽分配系統(tǒng)管道?。ㄟx擇恰當(dāng)值）。
另外，如若冷卻水液滴滴落在管道上，將造成熱應(yīng)力破壞管道管壁。
減溫減壓系統(tǒng)安裝注意點
減溫器安裝方向：
減溫器可以水平或者垂直安裝，垂直方向安裝時蒸汽必須向上流動，而冷卻水管道應(yīng)該從下方連接至減溫器的相應(yīng)連接口，這種布置方式可確保有最佳的排水效果。對于水平方向安裝的減溫器而言，冷卻水的連接口則應(yīng)當(dāng)向下，其他方向雖也能達到滿意的操作，但排水效果要較差。
減溫器和減壓閥之間距離：
減溫器至少位于減壓閥下游5倍的管徑或1.5m距離。
壓力、溫度感應(yīng)器安裝位置：
其中壓力感應(yīng)器至少位于減溫器下游1.5m，能夠補償減溫器和管線的壓力損失。
減溫器和溫度感應(yīng)器之間的距離是至關(guān)重要。如果溫度感應(yīng)器過分接近減溫器，在冷卻水滴的蒸發(fā)尚不充分時，溫度感應(yīng)器就會給出錯誤的讀數(shù)。溫度感應(yīng)器的位置（溫度感應(yīng)器與減溫器之間的距離）取決于很多因素．其中最重要的是蒸汽剩余過熱度的值，如下所示有據(jù)不同的蒸汽剩余過熱度而推薦的溫度感應(yīng)器與減溫器之間距離。
蒸汽剩余過熱度℃ 距離 （米）
5 7.50
10 6.80
15 6.25
30 5.00
50 3.70
100 2.50