水击——换热系统的隐形炸弹

水击是蒸汽系统中常见现象,它不仅损坏管道、阀门和设备，造成设备停机和影响生产，严重时还会引发安全事故。

最近,孚雷德考察的一些企业，涉及到化工、制药、石化和电子行业，都存在蒸汽系统水击问题，而且最严重的水击都发生于热交换系统。今天，孚雷德就换热系统中的水击问题与大家略作分享。

换热系统的水击现象发生在三个地方：系统蒸汽入口、换热设备内、设备出口/冷凝水回收管。

换热系统蒸汽入口发生的水击

由于所供蒸汽往往都含水(过热蒸汽除外)，加上在管道输送过程中的散热冷凝，换热系统的供汽管道中通常会含有冷凝水。当某个时刻因负载瞬间加大而蒸汽速度提高时，管道中的冷凝水会产生水浪，水浪在蒸汽的快速推动下朝着流向逐渐加大，当其升高至管道顶部而阻塞管道使水浪前后形成一道暂时性的水封时，它阻挡了蒸汽的通路，前后压差变大，被前后较大的压差推动高速加速前冲，像子弹出膛。而且,在高速前冲时，冷凝水的量愈来愈多，速度亦越来越快，最终撞击到阀门、弯管或设备金属壁就发生水击现象。当系统停机后起机时，由于管道中冷凝水量大，蒸汽速度变化快，水击往往会更严重。

供汽管道在冷凝水量较大时，尤其当冷凝水液位接近管道通径的80%时(管道口径比较小时容易发生)，如果管道存在弯头或装有调节阀，即使负载稳定也会发生水击。

换热设备内的水击

发生在换热设备内部的水击往往是由换热设备内部积水所致。

失流问题引起的设备积水。失流是指疏水阀后的总背压大于或等于换热设备内蒸汽空间的压力，导致设备内冷凝水无法排除而引起积水。换热设备失流，主要有两种可能：1)换热面积过大引起失流。换热设备的换热面积过大时换热能力提高，换热器所需蒸汽压力降低，导致换热器内蒸汽压力过低而引起失流，无法通过疏水阀正常排出冷凝水;2)二次侧流体入口温度升高/流量降低/出口设定温度降低引起失流。这三种情况都回引起换热系统负荷降低，使得控制阀关小以降低蒸汽的压力，导致设备出口疏水阀前后压差偏小而失流，换热设备内部积水。

疏水阀选型问题引起换热设备积水。疏水阀选型过小或疏水阀疏水温度过低(如热静力型)也会导致换热设备内部冷凝水不能及时排除而积水。

什么情况下内部积水会引发设备内水击?实践证明，当设备下端的冷凝水温度与蒸汽温度相同时，不会有蒸汽被冷凝水冷凝，也没有水击发生;当冷凝水的温度远低于蒸汽温度时，蒸汽接触到低温冷凝水时瞬间冷凝，只会产生很少蒸汽泡，几乎不会产生水击;当冷凝水与蒸汽温差为20-30℃时，蒸汽被冷凝水冷凝速度较慢，蒸汽与冷凝水接触时间较长，会有大量的汽泡聚集，当蒸汽达到冷凝点时，大量的蒸汽瞬间冷凝，大量汽泡破灭，其体积瞬间缩小几百到上千倍，真空区瞬间形成，冷凝水会被高速吸到这个真空的空间，这样就会形成水击。

设备出口/冷凝水回收管水击

设备失流引起出口水击发生。当设备存在失流时，冷凝水无法排除导致内部积水，二次侧温度降低，蒸汽调节阀开度增大使蒸汽压力瞬间提升，推动设备内冷凝水冲击下游阀门、管道，形成水击，尤其当冷凝水管道存在直角连接方式时水击会更为严重。

二次蒸汽引起水击。由于压力的降低，疏水阀出口的冷凝水会发生闪蒸，因此，在冷凝水回收管线中往往水、汽两相共存。有时，在冷凝水液面下会存在因二次蒸汽产生的汽泡(例如，当疏水阀出口管线连接到冷凝水主管线的下端时)，当冷凝水回收管线的温度低于疏水阀出口二次蒸汽的温度时，回收管线中的冷凝水就会冷却这些汽泡使其破裂，汽泡的破裂使得冷凝水中瞬间形成空心区，空心区周围的冷凝水就会冲向该区域，导致水击的形成。另外，在水-汽两相系统中，蒸汽的速度达到水的10倍。与供汽管道内发生的情形类似，如果冷凝水形成的水浪升高至管道顶部而阻塞管道，冷凝水水浪的前后就会形成一道暂时性的水封，它阻挡了蒸汽的通过，使得水封后的压力下降，水封前后的压差推动冷凝水水封高速加速前冲，形成水击。

换热系统中的水击就像一枚隐性炸弹，它危及设备、厂房和人员安全，解除这枚炸弹刻不容缓!