蒸汽系统的水锤是什么？教你如何解决这个烦人的问题

一、什么是水锤？

在压力管道中，由于某种外界原因（阀门开启或关闭太快、水泵突然停止）使液体流速急剧改变，造成瞬时压力显著、反复、迅速变化，从而对管道弯管、阀门或设备等产生强大的水流冲击波，以及出现“空化”现象，产生了振动和噪音，就像锤子敲打一样，并伴随着“bang bang”的水击声音，所以叫水锤。

水锤不仅会发生在水系统中，也同样会发生在我们熟悉的蒸汽系统和冷凝水回收系统中。这里着重研究蒸汽和冷凝水管网中的水锤问题。

二、水锤的危害

1、 水锤发生时，高速流动的冷凝水碰撞管道安装件、阀门或设，水锤产生的瞬时压强可达管道中正常工作压强的几十倍甚至于数百倍，使管壁材料承受极大应力；这种大幅度压强波动和反复变化，会引起管道和设备的强烈振动和巨大噪音，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏，并伴以几乎爆炸的效果。当压强过高时，将引起管子的破裂，反之，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会损坏阀门和固定件。

2、 对于疏水阀，水锤可能导致疏水阀内自由浮球、杠杆浮球或倒置桶等零部件被损坏。

3、水锤也会使其他阀门，如截止阀，过滤器阀体破裂，法兰被拉裂等问题。

三、蒸汽管道哪些位置容易产生水锤及原因

1、蒸汽主管产生水锤  

A、在蒸汽配送管道中会发生水锤（蒸汽主管），如果是刚启机时，管道里肯定有很多冷凝水，如果突然把主汽阀门全部快速打开，蒸汽流速很快（30-45m/s），压力也很高，推动管内的冷凝水高速撞击管件或阀门，造成水锤。

解决：启机时，应缓慢的打开阀门，先小开度运行一会，然后再慢慢的全部打开，就是我们平时说的要“暖管”。如果已经产生水锤，则应慢慢的把阀门关小一点，可以缓解水锤现象。

B、如果是正常运行过程中，虽然管道有保温，但也还是会有散热辐射损失，因此管道内会形成一些冷凝水，聚集在管道底部，如果没有及时把水排走，就会越积越多。我们知道，蒸汽的正常流速是30m/s，即108公里/小时，相当于汽车的速度，非常快；如果是管道选型过小，则流速会更快，可能高达45m/s；如果是过热蒸汽，更可能高达60m/s（不过过热蒸汽因为温度高，产生的冷凝水也少了很多，这里不多加讨论）。而水的流速则慢得多（因为水是不可压缩的流体），正常只有2-3m/s，冷凝水若没有及时排走，管道内水的液位越来越高，这时，高速流动的蒸汽会卷起水流，强行以蒸汽的流速高速往前冲，能量越聚越多，直到碰到障碍物（如弯管或阀门等），就会产生强烈撞击、振动和噪音，根据能量守恒的原理，到这里这股能量才消失，以水锤的形式体现出来！

备注：方便大家理解，我们可以想象一下，12级台风的风速一般是32-41m/s，我们经常在电视里看到强台风卷起海面水流摧毁海边房屋的场景，类似！

解决：由于冷凝水是引起这两类水锤的关键，所以及时去除冷凝水是解决这两类水锤发生*的解决方案。蒸汽疏水阀的正确安装至关重要，这样可以瞬时连续的排放出蒸汽配送管道内的冷凝水。

C、管道布置不合理产生水锤

如果已经按照建议的位置安装了蒸汽疏水阀，但水锤的现象仍然存在。那么最有可能的原因之一是：管道安装的倾斜度不正确。如果管道安装的倾斜度不正确，那么冷凝水就不能正常的流入疏水阀，从而在某些位置形成高液位的冷凝水。

蒸汽管道向上倾斜：水锤发生

蒸汽管道向下倾斜：没有水锤发生

解决：长距离的蒸汽配送管道，只要稍微上升一点就可能导致水锤，应当在安装蒸汽管道时，需使用水平仪反复测量管道的倾斜度，使其稍微向下倾斜。

D、冷凝水积存在分配管线的末端产生水锤

解决：在管道末端安装疏水阀。

2、设备附近产生水锤 

产生水锤的两个条件是：一是有积水，二是有流速。

设备中的水锤，就类似于蒸汽配送管道内的水锤，通常是由于高液位的冷凝水积存造成的。它们之间的区别在于这种类型的水锤即使发生了，设备也能正常的工作。

举个例子如管壳式换热器。当设备的负载下降（如：减少加热产品的数量或产品温度的升高），压差也随之降低直到消失，这样冷凝水就会积存在换热器内。这种现象被称之为“滞流”。取决于背压，当设备停车时，冷凝水会充满整个管壳式换热器。

当蒸汽被送入一个具有高液位冷凝水的空间，它会瞬间的冷凝形成水锤。在大多数情况下，像这类小规模的水锤只是暂时的，并不像在蒸汽配管中那么的猛烈。

然而，如果像这类小规模的水锤长时间的或频繁发生时，它会削弱设备的硬度使设备突然发生断裂。这种缺口通常发生在高压力、负载大、设备全开的状态下。快速的排放冷凝水是预防与消除这种情况的关键。

除了滞流，许多其它情况也会导致冷凝水积存在设备内。

例如：热交换器的结构或压力平衡管，蒸汽疏水阀与管道安装不恰当，冷凝水回收管线条件，等这类问题。

冷凝水在设备中积存的原因。

3、以上两种情况只是水锤发生的一部分原因，下面列出其他可能产生水锤的情况，为了真正的消除水锤问题，需要对其整套的管道系统进行检测，找出确切的原因并且制定适当的对策：

A、当压力管道的阀门突然关闭或开启时，当水泵突然停止或启动时；

B、设备前端安装了气动切断阀、气动球阀、气动角座阀等开关型阀门，当阀门突然打开时，会产生严重的水锤。

C、水锤现象经常是由于蒸汽疏水阀失效引起的，而疏水阀又因水锤而被损坏。由于蒸汽或冷凝水管道设计上的缺欠，疏水阀的选型问题，或是有疏水阀堵水等原因，造成水锤。

D、有温度控制的应用中，冷凝水被提升至回收管，或是回收至有背压的系统中。由于公共回收管口径偏小造成满溢或是节流及闪蒸蒸汽作用，冷凝水无法进入或无法在回收管道内流动。

E、管道上止回阀失灵，也会发生水锤现象。

F、管道支撑不当造成管道下沉，可能发生水锤；

G、管道上采用了同心变径， 应使用偏心变径，底边保持平直。

H、过滤器安装不合理造成水锤，应将过滤器的的Y型滤网与管道处于同一水平面内。

I、还有一个普遍的问题：在一些大型设备后面使用了杠杆浮球式疏水阀而造成的严重水锤。因为杠杆浮球疏水阀的液位较高，疏水阀到设备内盘管之间这一段水平管道内会积水，当物料达到设定温度时，设备前端的气动控制阀关闭，设备内出现真空负压，冷凝水会被吸回到设备盘管内（疏水阀后没有装止回阀），当控制阀再次打开时，一股高压的蒸汽冲过来，推动盘管内的冷凝水撞击盘管，这时就会出现严重的水锤、震动，同时伴随很大的噪音，尤其是如果疏水阀后没有装止回阀，这水锤更加严重，进而破坏设备盘管、疏水阀及相关的阀门管道。出现这种情况时，请更换成自由浮球疏水阀，并在后面加装止回阀，就可以解决。

四、消除或减轻水锤危害的基本方法

1、如果蒸汽主管有水锤发生，需立刻缓慢的关闭阀门，切断蒸汽流动，水锤就可能停止，等水锤停止了，再慢慢的打开阀门。若关闭阀门了，水锤仍然没有停止，那么就说明是由于蒸汽突然冷凝形成的波浪形水锤。当管道内的冷凝水液位接近管道的80%时就会形成水锤，这种情况首先应该选用合适的疏水阀及时把水排放干净，或者检查管道安装是否正确，或者应该扩大疏水管道。蒸汽管道送汽前要充分暖管，*疏水，然后缓慢开启阀门送汽。

2、蒸汽管道末端的水锤，在末端安装疏水阀排水即可解决。

3、如果是冷凝水倒流造成的水锤，加装止回阀即可解决，但止回阀应动作灵活，不应出现忽开忽关现象。

4、如果是换热设备内产生的水锤，可以把设备进汽管道的气动开关类阀门，更换成气动比例调节阀。

5、尽量缩短阀件与容器间的管道长度。

6、管道上装设安全阀、排空阀或蓄能器。

综上所述，选择正确类型和正确型号的疏水阀，正确的管道系统布局，即可解决大部分的水锤。

如果某个疏水阀长期遭受水锤的冲击，经常损坏，这肯定是系统布局不合理，必须尽快解决。

五、常见的两个重要应用就是蒸汽主管和有温控换热器后的疏水：

1、 蒸汽总管和分支管疏水点设置得不够多，冷凝水在主管内积存，导致弯管处、爬升管处，设备内盘管处等地方产生水锤。一般来说，蒸汽主管应每隔30~50m设一个疏水点，并配以尺寸合适的集水槽；所有上升管的底部都必须疏水，否则产生水锤。--按规范设置疏水点；

2、主管疏水设计：需要先在管道上做一个集水井，然后再接小口径的疏水管道，这样冷凝水才能顺利的陷落到集水井，然后通过疏水阀排出。否则，没有集水井的话，很多时候冷凝水无法陷落，直接继续被蒸汽推走，导致后端蒸汽湿度大，产生水锤等问题。

3、越来越多的客户使用的是电厂的饱和蒸汽，而电厂生产出来的是高温高压的过热蒸汽，经过减温减压站变成饱和蒸汽后再送到各个用户使用，减温过程中喷了大量的冷却水，且很多电厂并没有安装高效的汽水分离器，因此蒸汽中含水是比较多的，远程输送时产生大量冷凝水，造成水锤；--建议加装汽水分离器；

4、只有在冷凝水能及时排出的情况下，带温度控制的换热器才会高效的工作。无论安装哪一种疏水阀，如果阀后有提升，都可能会发生水锤。

4.1水锤来自于设备内，这种主要是疏水阀选型不对，有可能是疏水阀排量不够，设备内积水造成水锤；也有可能是疏水阀类型不对，造成积水，导致水锤；

4.2水锤来自于设备后端，疏水阀后没有装止回阀，这会造成两个问题：

一个就是每个设备的冷凝水可能会串压，高压的往低压的方向回流，造成低压设备排不出水。虽然理论上车间蒸汽压力相同，但是因为每台设备的换热方式和效果不尽相同，压力也会有细微差别的。另外，离回收管出口端更近的设备排水也更顺畅。

因此管道的正确设计和安装是至关重要的，这将有助于系统在使用寿命内安全运行，并发挥出的热力性能。