[科普中国]-室内低压蒸汽供暖系统

供汽的表压力等于或低于70kPa时，称为低压蒸汽供暖。当供汽压力降低时，蒸汽的饱和温度也降低，凝水的二次汽化量小，运行较可靠而且卫生条件也好些。因此国外设计的低压蒸汽供暖系统，一般采用尽可能低的供汽压力，且多数使用在民用建筑中。1

重力回水低压蒸汽供暖系统图1所示是重力回水低压蒸汽供暖系统示意图。图1左图所示是上供式，图1右图所示的是下供式。在系统运行前，锅炉充水至I-I平面。锅炉加热后产生的蒸汽在其自身压力作用下，克服流动阻力，沿供汽管道进入散热器内，并将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱入凝水管，最后，经连接在凝水管末端的B点处排出，蒸汽在散热器内冷疑放热。凝水靠重力作用沿凝水管路返回锅炉，重新加热变成蒸汽。

从图1可见，重力回水蒸气供暖系统中的蒸汽管道、散热器及凝结水管构成一个循环回路。由于总凝水立管与锅炉连通，在锅炉工作时，在蒸汽压力作用下，总凝水立管的水位将升高h，达到Ⅱ-Ⅱ水面，当凝水干管内为大气压力时，h即为锅炉压力所折算的水柱高度。为使系统内的空气能从图1的B点处顺利排出，B点前的凝水干管就不能充满水。在干管的横断面，上部分应充满空气，下部分充满凝水，凝水靠重力流动。这种非满管流动的凝水管，称为干式凝水管。显然，它必须敷设在Ⅱ-Ⅱ水面以上，再考虑锅炉压力波动，B点处应再高出Ⅱ-Ⅱ水面约200～250mm，第一层散热器当然应在Ⅱ-Ⅱ水面以上才不致被凝水堵塞，排不出空气，从而保证其正常工作。图1中水面Ⅱ-Ⅱ以下的总凝水立管全部充满凝水，凝水满管流动，称为湿式凝水管。

重力回水低压蒸汽供暖系统形式简单，无需如下述的机械回水系统那样，需要设置凝水箱和凝水泵，运行时不消耗电能，宜在小型系统中采用。但在供暖系统作用半径较长时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。如仍用重力回水方式，凝水管里面Ⅱ-Ⅱ高度就可能达到甚至超过底层散热器的高度，底层散热器就会充满凝水并积聚空气，蒸汽就无法进入，从而影响散热。因此，当系统作用半径较大、供汽压力较高(通常供汽表压力高于20kPa)时，就都采用机械回水系统。1

机械回水低压蒸汽供暖系统图2(1-低压恒温式疏水器；2-凝水箱；3-空气管；4-凝水泵)所示是机械回水的中供式低压蒸汽供暖系统的示意图。不同于连续循环重力回水系统，机械回水系统是一个“断开式”系统。凝水不直接返回锅炉，而首先进入凝水箱。然后再用凝水泵将凝水送回热源重新加热。在低压蒸汽供暖系统中，凝水箱布置应低于所有散热器和凝水管。进凝水箱的凝水干管应作顺流向下的坡度，使从散热器流出的凝水靠重力自流进凝水箱。为了系统的空气可经凝水干管流入凝水箱，再经凝水箱上的空气管排往大气，凝水干管同样应按干式凝水管设计。机械回水系统的最主要优点是扩大了供热范围，因而应用最为普遍。1

单管下供下回式低压蒸汽供暖系统欧美国家常采用的一种单管下供下回式低压蒸汽供暖系统(见图3)。图3中，1-阀门；2-自动排气阀。在单根立管中，蒸汽向上流动，进入各层散热器冷凝放热。为了凝水顺利流回立管，散热器支管与立管的连接点必须低于散热器出口水平面，散热器支管上的阀门应采用转心阀或球形阀。采用单根立管，节省管道，但立管中汽、水逆向流动，故立、支管的管径都需粗一些。同时，在每个散热器上，必须装置自动排气阀。因为当停止供汽时，散热器内形成负压，自动排气阀迅速补入空气，凝水得以排除干净，下次启动时，不会再产生水击。由于低压蒸汽的密度比空气小，自动排气阀应装置在散热器1/3的高度处，而不应装在顶部。1

系统设计注意的问题在设计低压蒸汽供暖系统时，一方面尽可能采用较低的供汽压力，另一方面系统的干式凝水管又与大气相通，因此，散热器内的蒸汽压力只需比大气压力稍高一点即可，靠剩余压力以保证蒸汽流入散热器所需的压力损失，并靠蒸汽压力将散热器中的空气驱入凝水管。设计时，散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为1500～2000Pa。

当供汽压力符合设计要求时，散热器内充满蒸汽。进入的蒸汽量恰能被散热器表面冷凝下来，形成一层凝水薄膜，凝水顺利流出，不积留在散热器内，空气排除干净，散热器工作正常(见图4(a))。当供汽压力降低，进入散热器中的蒸汽量减少，不能充满整个散热器，散热器中的空气不能排净，或由于蒸汽冷凝，造成微负压而从干式凝水管吸入空气。由于低压蒸汽的比容比空气大，蒸汽将只占据散热器上部空间，空气则停留在散热器下部，如图4(b)所示。在此情况下，沿散热器壁流动的凝水，在通过散热器下部的空气区时，将因蒸汽饱和分压力降低及器壁的散热而发生过冷却，散热器表面平均温度降低，散热器的散热量减少。根据此原理，国外在20世纪50年代就有利用改变散热器的蒸汽充满度以调节散热量的可调式低压蒸汽供暖系统。反之，当供汽压力过高时，进入散热器的蒸汽量超过了散热表面的凝结能力，便会有未凝结的蒸汽窜入凝水管；同时，散热器的表面温度随蒸汽压力升高而高出设计值，散热器的散热量增加。

在实际运行过程中，供汽压力总有波动，为了避免供汽压力过高时未凝结的蒸汽窜入凝水管，可在每个散热器出口或在每根凝水立管下端安装疏水器。疏水器的作用是自动阻止蒸汽逸漏，而且能迅速地排出用热设备及管道中的凝水，同时能排除系统中积留的空气和其他不凝性气体。图5所示是低压疏水装置中常用的一种疏水器，称为恒温式疏水器。凝水流入疏水器后，经过一个缩小的孔口排出。此孔的启闭由一个能热胀冷缩的薄金属片波纹管盒操纵。盒中装有少量受热易蒸发的液体(如酒精)。当蒸汽流入疏水器时，小盒被迅速加热，液体蒸发产生压力，使波纹盒伸长，带动盒底的锥形阀，堵住小孔，防止蒸汽逸漏，直到疏水器内蒸汽冷凝成饱和水并稍过冷却后，波纹盒收缩，阀孔打开，排出凝水。当空气或较冷的凝水流入时，阀门一直打开，它们可以顺利通过。

在恒温式疏水器正常工作情况下，流出的凝水可经常维持在过冷却状态，不再出现二次汽化。恒温式疏水器后干式凝水管中的压力接近大气压力。因此，在干凝水管路中凝水的流动是依靠管路的坡度(应大于0.005)，即靠重力使凝水流回凝水箱。

在重力回水低压供暖系统中，通常供汽压力设定得比较低，只要初调节好散热器的入口阀门，原则上可以不装疏水器。当然，也可以如上述方法设置疏水器，这对系统的工作只有好处，但造价将提高。

在蒸汽供暖管路中，排除沿途凝水，以免发生蒸汽系统常有的“水击”现象，是设计中必须认真重视的一个问题。在蒸汽供暖系统中，沿管壁凝结的沿途凝水可能被高速的蒸汽流裹带，形成随蒸汽流动的高速水滴；落在管底的沿途凝水也可能被高速蒸汽流重新掀起，形成“水塞”，并随蒸汽一起高速流动，在遭到阀门、拐弯或向上的管段等使流动方向改变时，水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击，就产生“水击”，出现噪声、振动或局部高压，严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。

为了减轻水击现象，水平敷设的供汽管路，必须具有足够的坡度，并尽可能保持汽、水同向流动(如图1和图2所标的坡向)，蒸汽干管汽水同向流动时，坡度i宜采用0.003，不得小于0.002。进入散热器支管的坡度i=0.01～0.02。

供汽干管向上拐弯处，必须设置疏水装置。通常宜装置耐水击的双金属片型的疏水器，定期排出沿途流来的凝水(如图2供水干管入口处所示)；当供汽压力低时，也可用水封装置，如图1(b)下供式系统末端的连接方式。其中h'的高度至少应等于A点蒸汽压力的折算高度加200mm的安全值。同时，在下供式系统的蒸汽立管中，汽、水呈逆向流动，蒸汽立管要采用比较低的流速，以减轻水击现象。

在图1(a)所示的上供式系统中，供水干管中汽、水同向流动，干管沿途产生的凝水可通过干管末端凝水装置排除。为了保持蒸汽的干度，避免沿途凝水进入供汽立管，供汽立管宜从供水干管的上方或上方侧接出(见图6)。其中，(a)供汽干管下部敷设；(b)供汽干管上部敷设。

蒸汽供暖系统经常采用间歇工作的方式供热。当停止供汽时，原充满在管路和散热器内的蒸汽冷凝成水。由于凝水的容积远小于蒸汽的容积，散热器和管路内会因此出现一定的真空度。此时，应打开图1所示空气管的阀门，使空气通过干凝水管迅速地进入系统内，以免空气从系统的接缝处渗入，逐渐使接缝处生锈、不严密，造成渗漏。在每个散热器上设置蒸汽自动排气阀是较理想的补进空气的措施，蒸汽自动排气阀的工作原理，同样是靠阀体内的膨胀芯热胀冷缩来防止蒸汽外逸和让冷空气通过阀体进入散热器的。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学