取样冷却器-蒸汽取样冷却器的设计要求及应用？
 

     取样冷却器-蒸汽取样冷却器的设计要求及应用？蒸汽锅炉的运行好坏与蒸汽的品质有相当大的关系，蒸汽品质不良对锅炉和汽轮机具有较严重的危害。蒸汽品质主要包含压力、温度、清洁度和干度4个指标。
     对锅炉而言，压力和温度过高会增大过热器管子的热应力，增加管子蠕变速度。蒸汽不清洁，过热器会因结垢而使壁温上升，以至发生鼓包、爆管事故。
     对汽轮机而言，压力和温度过高会增大蒸汽管道和汽轮机金属的应力和蠕变速度。压力和温度过低，会降低汽轮机的经济性，同时因为湿度大，会造成汽轮机腐蚀。蒸汽不清洁，汽轮机叶片因结垢而使线型改变，叶片应力加大，增加了对轴承的推力，迫使机组减少蒸汽流量和降低出力，从而使汽轮机效率降低。
     蒸汽品质的好坏主要依靠对蒸汽的清洁度的判定来确认，蒸汽的清洁度通常用蒸汽含盐量来表示。为了不影响生产和保证机、炉的安全运行，在运行过程中需要对蒸汽含盐量进行精确测定，这样锅炉上就需要采用蒸汽取样冷却器。蒸汽取样冷却器分为饱和蒸汽取样器及过热蒸汽取样冷却器，过热蒸汽取样冷却器只要能够取出足够的蒸汽样品就可以了，它不会涉及水分（含盐量）分布不均问题，所以本文着重探讨饱和蒸汽取样冷却器。
1对饱和蒸汽取样冷却器的要求
     一个好的饱和蒸汽取样冷却器，它取出的蒸汽是有充分代表性的，能够代表整台锅炉的饱和蒸汽品质。具体有如下5条要求：
     (1)能够取得有代表性的蒸汽试样，甚至在速度变动较大（满负荷到低负荷）以及湿度变化较大时，仍能够如此。
     (2)适用范围广。
     (3)适合于各种位置取样（水平位置、垂直位置）。
     (4)做成标准件，使同一型式的取样器，能适用于低压、中压、高压、超高压等。
     (5)结构简单，工艺性好，制造方便。
2饱和蒸汽取样冷却器的设计原则
     (1)蒸汽的取样速度（指取样头入口处的速度）应该同取样器内蒸汽的流速相等。
即：取样度Wq=1。
     (2)使蒸汽中的湿分沿取样器管子的横截面均匀分布。只要遵循以上两个原则，蒸汽取样就具有代表性。
     针对一条原则，我们知道，饱和蒸汽中既含有蒸汽，又含有细小水滴，要使蒸汽样品具有代表性，就必须使汽和水一起进入取样头。假如两种速度不一样，使进入取样头的水滴增多或减少，就会使蒸汽样品出现偏差。
图1蒸汽的速度大于取样的速度
     例如：蒸汽的速度大于取样的速度时，会产生取样品质变坏（含盐量高于蒸汽实际含盐量，见图1）。这是因为，当取样冷却器内流过大量蒸汽而取样较慢时，汽水混合物不能全部吸入取样头中，因此大部分蒸汽只能转弯绕开取样头向前流动，由于水滴具有惯性而被吸入孔中，使蒸汽样品含盐量增多，试样检测结果是蒸汽品质变坏。当蒸汽速度小于取样速度时，结果又恰好相反，试样检测结果是蒸汽品质变好（见图2）。
     针对二条原则，我们知道，饱和蒸汽沿管道流动时，在管壁上流动着一层薄薄的水膜，靠近管壁的蒸汽中水分较多，越向中心水分越少，在管子中心流动的是干蒸汽，整个管子横截面上水分的分布是不均的，这样取出的蒸汽就不具有代表性。要取得正确的蒸汽试样，必须把管壁上的水膜、多水分的蒸汽和干蒸汽三者充分混合均匀。当速度较小时，水滴基本上附在管壁上，呈膜状流动；当速度增大到某一值时，水膜被吹破，此速度称为临界破膜速度。速度超过WL水膜破坏加剧，水滴也被带入蒸汽流。速度增大到5～6倍WL，管中产生强烈的紊乱，使水滴和蒸汽混合。不过，这样的混合，水滴分布还不够均匀，而且不稳定，还要经过一段距离，其长度约为2.25～10倍取样器内径，才能达到蒸汽和水充分混合，在整个截面上分布均匀。
3饱和蒸汽取样冷却器的计算公式
     在遵循以上两条设计原则的基础上，归纳总结出以下3个公式：d1=d)(1)式中：d——取样器内径，m；d1——取样头内径，m；G——取样器内蒸汽流量，kg/h；G1——取样头内蒸汽流量，kg/h；0.9——修正系数。WL=115[]1/4m/s(2)式中：σ——表面张力，kg/m；γ"——干饱和蒸汽密度kg/m3；x——蒸汽干度，%；Dn——蒸汽连接管内径，m。根据上述数据，就可以求得取样器内径d：d=×1000mm(3)式中：γ"——饱和蒸汽密度，kgm3；G——每一根蒸汽连接管内的蒸汽流量，kg/h；Wq——取样器内蒸汽流速，m/s（取值：Wq=5WL）。
4饱和蒸汽取样冷却器的计算
     例证以一台75t/h锅炉为例，参数见下表。名称 数值 额定蒸发量D/t·h-1 75蒸汽连接管规格d×S/mm φ38×3.5蒸汽干度x/% 99.5取样头开孔内径d1/mm 3汽包内压力P/MPa 4.22蒸汽连接管数量n/根 71取样量G1/kg·h-1 20～30确定以上参数后，通过查询有关参考资料，确定饱和温度、表面张力等数值。再代入公式（2），得到WL=11.1m/s，Wq=5WL=55.5m/s；再将得到的结果代入公式（3），得d=16.7mm。根据公式（1）有：d1=2.96mm。实际取样量：G=(π/4)d·Wq·γ"=30.6?/h，基本满足取样要求。
5蒸汽取样冷却器设计计算的推广
     不可能有一款饱和蒸汽取样冷却器能同时适用于低压、中压、高压、超高压等。即使做成标准件，也只能使取样器尽可能适用范围更大一些。科学的做法是每一台锅炉的取样器都要经过严格计算确定。
     不同的用户厂情不同，人员素质也不同，运行也千差万别，锅炉有时可能根据需要进入低负荷运行状态，不但锅炉运行参数受到影响，运行成本上升，就连小小的蒸汽取样冷却器也受到严重影响，超出了设计要求的使用范围。锅炉运行单位应尽可能减少锅炉低负荷运行状态，使锅炉在接近于满负荷佳工况运行。
     任何一件产品都是有使用条件限制的，没有一件普遍使用的产品，只有满足使用条件，产品才能够发挥更大效益。