蒸汽系统的“头号杀手”—水锤 

　　解决水锤问题—立刻 

　　水锤不只是一个系统问题，更是个安全问题 。它不仅会对人员和设备造成致命的伤害，有时会引发重大安全事故！而且，水锤还会大幅增加设备和系统的维修保养与停机时间，严重影响正常生产，给企业造成经济损失。

　　不幸的是，有82%的蒸汽系统存在着不同程度的水锤，而人们却误以为水锤是蒸汽和冷凝水系统中自然而不可消除的现象，这种观念是大错特错的。实际上，通过合理设计和正确运行，任何系统都可消除水锤的困扰。 

　　到底哪些地方会发生水锤呢？ 

       水锤会发生于任何蒸汽或冷凝水管线，尤其在多相流系统，如冷凝水两相系统中，情况更加严重。冷凝水两相系统中包含两种状态，液态(冷凝水) 和汽态(闪蒸汽或新蒸汽)。很明显，只要蒸汽系统中有冷凝水与闪蒸蒸汽或新蒸汽同时存在，就存在水－汽两相状态。在蒸汽应用中，存在这种两相流的情形比比皆是，典型的例子如热交换器、蒸汽主管线、冷凝水回收管线、伴热管线等，有时，泵的出口管线也有类似情况。 

       设备起机时发生的水锤是最常见的。这时，由于供汽阀门开启速度较快，没有足够的系统预热时间并将冷凝水及时排出，水锤就不可避免。   

　  水锤对系统有哪些具体危害？

  破会阀门内部组件

  阀门外壳被击裂

  压力表因过渡承压而毁坏

  设备内部变形

  管道连接件破裂

  阀门泄露

  换热器列管或板片损坏

  管道焊接处甚至管道破裂

  管道支撑损坏

       正如文章开头提到，水锤严重时不仅破坏设备和装置，还会危及人员生命安全。

       大家要注意，有时水锤发生时，人耳无法听到。例如，冷凝水回收系统中产生的蒸汽汽泡体积很小，它的破裂会产生我们称之为的“热冲击”就根本无法听到，然而这种冲击仍会对设备造成损坏。

       统计数据显示，蒸汽系统中提前失效的设备、部件有67%是由水锤所致。

       水锤产生剧烈冲击的四种状态

       1.水压冲击

       蒸汽系统中的一小部分水锤是由水压冲击所致。就像家里的水龙头，当其打开时，从管道入户点到水龙头出口，可能会有80公斤的水流以大约3米／秒即每小时11公里的速度快速流动。如果突然间关闭水龙头，就像一只重达80公斤的锤子瞬时被阻停时产生的冲击力，这时会听到非常大的撞击声，听起来好像锤子敲击金属的声音。这种冲击力高达20巴，会从后往前，来回反复，直到管路系统内的压力得到分散和平衡。

       这种情形也会发生在蒸汽和冷凝水系统中的抽吸或排放管系中。通常，安装水泵时都会装有止回阀，当泵起停时，由于止回阀切断朝某一方向的流动，流体流动急速停止，导致水压冲击产生。缓慢关闭阀门，正如缓慢关闭水龙头一样，是避免水锤的有效方法。

       在停止流动前降低水的流速，水的动量降低，破坏性的水锤现象将不会发生。

       2.热冲击

       在大气压下, 1千克蒸汽所占据的体积是同质量水的1673倍，这个倍数随着压力的提高而减小。

       当蒸汽释放热量后冷凝，其体积瞬间缩小几百到上千倍时，真空区瞬间形成，管道内的冷凝水会被高速吸到这个真空的空间，这种情况就会形成水锤。

       在水-汽两相共存的冷凝水管线中，在冷凝水液面下可能会产生汽泡，比如，当疏水阀出口管线连接到冷凝水主管线的下端时，管线中冷凝水的温度低（压力低，温度就低）于疏水阀疏水管出口二次蒸汽的温度时，冷凝水管线中的冷凝水就会冷却二次蒸汽汽泡使其立即破裂，汽泡的破裂使得冷凝水中瞬间形成空心区， 冷凝水就会冲向该区域，导致水锤的形成。

        3.流动冲击

        当开启一个较大口径的蒸汽切断阀时, 如果不是缓慢开启，并预先对管道进行预热，而是一下子全部打开，  蒸汽会冲向温度较低的管道而快速形成冷凝水，这些冷凝水在沿着管道向前冲击之际水量在持续增加，形成冷凝水冲击浪。它会继续高速前行，直到突然间遇到弯头或阀门使其流向发生改变。当冷凝水遭遇流向的被动改变， 这种突然间的“刹车”就会造成水锤。 尤其,在切断阀前和管道沿线没有合适的疏水点时,情况会更为严重。

       4.压差冲击 

       它发生在冷凝水和蒸汽在同一管线但二者速度不同的场合，尤以冷凝水回收管线最为普遍。 

       在水-汽两相系统中，蒸汽的速度达到水的10倍。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，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。  

       当这个高动量的冷凝水子弹急速飞驰时， 挡在它前面的欲改变其方向的弯头、阀门、设备等任何障碍物都会遭到重创。  

       冷凝水回到回收管时，由于回收管内压力偏低，会产生二次蒸汽。如果回收管选型偏小，冷凝水回收管内压力增加。 较高的压力推着闪蒸汽以较高的速度冲向开式冷凝水回收罐，闪蒸汽沿途散热冷凝，更加大了上面提及的“压差”和提高了速度。闪蒸汽速度高于冷凝水的速度，驱使冷凝水形成波浪。只要这些波浪未高及管道顶部和隔断闪蒸汽通道，就不会有问题。这就是为什么冷凝水管道口径选型要足够大的原因。