水擊——換熱系統(tǒng)的隱形炸彈
水擊是蒸汽系統(tǒng)中常見現(xiàn)象,它不僅損壞管道、閥門和設(shè)備，造成設(shè)備停機(jī)和影響生產(chǎn)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故。
最近,孚雷德考察的一些企業(yè)，涉及到化工、制藥、石化和電子行業(yè)，都存在蒸汽系統(tǒng)水擊問題，而且最嚴(yán)重的水擊都發(fā)生于熱交換系統(tǒng)。今天，孚雷德就換熱系統(tǒng)中的水擊問題與大家略作分享。
換熱系統(tǒng)的水擊現(xiàn)象發(fā)生在三個(gè)地方：系統(tǒng)蒸汽入口、換熱設(shè)備內(nèi)、設(shè)備出口/冷凝水回收管。
換熱系統(tǒng)蒸汽入口發(fā)生的水擊
由于所供蒸汽往往都含水（過熱蒸汽除外），加上在管道輸送過程中的散熱冷凝，換熱系統(tǒng)的供汽管道中通常會(huì)含有冷凝水。當(dāng)某個(gè)時(shí)刻因負(fù)載瞬間加大而蒸汽速度提高時(shí)，管道中的冷凝水會(huì)產(chǎn)生水浪，水浪在蒸汽的快速推動(dòng)下朝著流向逐漸加大，當(dāng)其升高至管道頂部而阻塞管道使水浪前后形成一道暫時(shí)性的水封時(shí)，它阻擋了蒸汽的通路，前后壓差變大，被前后較大的壓差推動(dòng)高速加速前沖，像子彈出膛。而且,在高速前沖時(shí)，冷凝水的量愈來愈多，速度亦越來越快，最終撞擊到閥門、彎管或設(shè)備金屬壁就發(fā)生水擊現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)停機(jī)后起機(jī)時(shí)，由于管道中冷凝水量大，蒸汽速度變化快，水擊往往會(huì)更嚴(yán)重。
供汽管道在冷凝水量較大時(shí)，尤其當(dāng)冷凝水液位接近管道通徑的80%時(shí)（管道口徑比較小時(shí)容易發(fā)生），如果管道存在彎頭或裝有調(diào)節(jié)閥，即使負(fù)載穩(wěn)定也會(huì)發(fā)生水擊。
換熱設(shè)備內(nèi)的水擊
發(fā)生在換熱設(shè)備內(nèi)部的水擊往往是由換熱設(shè)備內(nèi)部積水所致。
失流問題引起的設(shè)備積水 失流是指疏水閥后的總背壓大于或等于換熱設(shè)備內(nèi)蒸汽空間的壓力，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)冷凝水無法排除而引起積水。換熱設(shè)備失流，主要有兩種可能：1）換熱面積過大引起失流。換熱設(shè)備的換熱面積過大時(shí)換熱能力提高，換熱器所需蒸汽壓力降低，導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)蒸汽壓力過低而引起失流，無法通過疏水閥正常排出冷凝水；2）二次側(cè)流體入口溫度升高/流量降低/出口設(shè)定溫度降低引起失流。這三種情況都回引起換熱系統(tǒng)負(fù)荷降低，使得控制閥關(guān)小以降低蒸汽的壓力，導(dǎo)致設(shè)備出口疏水閥前后壓差偏小而失流。
疏水閥選型問題引起換熱設(shè)備積水 疏水閥選型過小或疏水閥疏水溫度過低（如熱靜力型）也會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備內(nèi)部冷凝水不能及時(shí)排除而積水。
設(shè)備內(nèi)部積水一定會(huì)引發(fā)水擊嗎？實(shí)踐證明，當(dāng)設(shè)備下端的冷凝水溫度與蒸汽溫度相同時(shí)，不會(huì)有蒸汽被冷凝水冷凝，也沒有水擊發(fā)生；當(dāng)冷凝水的溫度遠(yuǎn)低于蒸汽溫度時(shí)，蒸汽接觸到低溫冷凝水時(shí)瞬間冷凝，只會(huì)產(chǎn)生很少蒸汽泡，幾乎不會(huì)產(chǎn)生水擊；當(dāng)冷凝水與蒸汽溫差為20-30℃時(shí)，蒸汽被冷凝水冷凝速度較慢，蒸汽與冷凝水接觸時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)有大量的汽泡聚集，當(dāng)蒸汽達(dá)到冷凝點(diǎn)時(shí)，大量的蒸汽瞬間冷凝，大量汽泡破滅，其體積瞬間縮小幾百到上千倍，真空區(qū)瞬間形成，冷凝水會(huì)被高速吸到這個(gè)真空的空間，這樣就會(huì)形成水擊。
設(shè)備出口/冷凝水回收管水擊
設(shè)備失流引起出口水擊發(fā)生 當(dāng)設(shè)備存在失流時(shí)，冷凝水無法排除導(dǎo)致內(nèi)部積水，二次側(cè)溫度降低，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度增大使蒸汽壓力瞬間提升，推動(dòng)設(shè)備內(nèi)冷凝水沖擊下游閥門、管道，形成水擊，尤其當(dāng)冷凝水管道存在直角連接方式時(shí)水擊會(huì)更為嚴(yán)重。
二次蒸汽引起水擊 由于壓力的降低，疏水閥出口的冷凝水會(huì)發(fā)生閃蒸，因此，在冷凝水回收管線中往往水、汽兩相共存。有時(shí)，在冷凝水液面下會(huì)存在因二次蒸汽產(chǎn)生的汽泡（例如，當(dāng)疏水閥出口管線連接到冷凝水主管線的下端時(shí)），當(dāng)冷凝水回收管線的溫度低于疏水閥出口二次蒸汽的溫度時(shí)，回收管線中的冷凝水就會(huì)冷卻這些汽泡使其破裂，汽泡的破裂使得冷凝水中瞬間形成空心區(qū)，空心區(qū)周圍的冷凝水就會(huì)沖向該區(qū)域，導(dǎo)致水擊的形成。另外，在水-汽兩相系統(tǒng)中，蒸汽的速度達(dá)到水的10倍。與供汽管道內(nèi)發(fā)生的情形類似，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(huì)形成一道暫時(shí)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(dòng)冷凝水水封高速加速前沖，形成水擊。
水擊危及設(shè)備、廠房和人員安全，就像換熱系統(tǒng)中的一枚隱性炸彈，解除它彈刻不容緩！