一、什么是水錘？

在壓力管道中，由于某種外界原因（閥門開啟或關(guān)閉太快、水泵突然停止）使液體流速急劇改變，造成瞬時壓力顯著、反復(fù)、迅速變化，從而對管道彎管、閥門或設(shè)備等產(chǎn)生強(qiáng)大的水流沖擊波，以及出現(xiàn)“空化”現(xiàn)象，產(chǎn)生了振動和噪音，就像錘子敲擊管子一樣，并伴隨著“咚~咚~”“咣~咣~”的水擊聲音，所以叫水錘。

水錘不僅會發(fā)生在水系統(tǒng)中，也同樣會發(fā)生在我們熟悉的蒸汽系統(tǒng)和冷凝水回收系統(tǒng)中。這里著重研究蒸汽和冷凝水管網(wǎng)中的水錘問題。

 

二、水錘的危害

1、水錘發(fā)生時，高速流動的冷凝水碰撞管道安裝件、閥門或設(shè)備，水錘產(chǎn)生的瞬時壓強(qiáng)可達(dá)管道中正常工作壓強(qiáng)的幾十倍甚至于數(shù)百倍，使管壁材料承受極大應(yīng)力；這種大幅度壓強(qiáng)波動和反復(fù)變化，會引起管道和設(shè)備的強(qiáng)烈振動和巨大噪音，嚴(yán)重時會造成管道、管道附件及設(shè)備的損壞，并伴以幾乎爆炸的效果。當(dāng)壓強(qiáng)過高時，將引起管子的破裂，反之，壓強(qiáng)過低又會導(dǎo)致管子的癟塌，還會損壞閥門和固定件。

2、對于疏水閥，水錘可能導(dǎo)致疏水閥內(nèi)自由浮球、杠桿浮球或倒置桶等零部件被損壞。

3、水錘也會使其他閥門，如截止閥，過濾器閥體破裂，法蘭被拉裂、盲板被擊穿等問題。

4、引起水泵反轉(zhuǎn)，破壞泵房內(nèi)設(shè)備或管道，嚴(yán)重的造成泵房淹沒。

 

三、蒸汽管道哪些位置容易產(chǎn)生水錘及原因

1、蒸汽主管產(chǎn)生水錘  

A、在蒸汽配送管道中會發(fā)生水錘（蒸汽主管），如果是剛啟機(jī)時，管道里肯定有很多冷凝水，如果突然把主汽閥門全部快速打開，蒸汽流速很快（30-45m/s），壓力也很高，推動管內(nèi)的冷凝水高速撞擊管件或閥門，造成水錘。

解決：啟機(jī)時，應(yīng)緩慢的打開閥門，先小開度運(yùn)行一會，然后再慢慢的全部打開，就是我們平時說的要“暖管”。如果已經(jīng)產(chǎn)生水錘，則應(yīng)慢慢的把閥門關(guān)小一點(diǎn)，可以緩解水錘現(xiàn)象。

B、如果是正常運(yùn)行過程中，雖然管道有保溫，但也還是會有散熱輻射損失，因此管道內(nèi)會形成一些冷凝水，聚集在管道底部，如果沒有及時把水排走，就會越積越多。

我們知道，蒸汽的正常流速是30m/s，即108公里/小時，相當(dāng)于汽車的速度，非?？?；如果是管道選型過小，則流速會更快，可能高達(dá)45m/s；如果是過熱蒸汽，更可能高達(dá)60m/s（不過過熱蒸汽因?yàn)闇囟雀撸a(chǎn)生的冷凝水也少了很多，這里不多加討論）。

而水的流速則慢得多（因?yàn)樗遣豢蓧嚎s的流體），正常只有2-3m/s，冷凝水若沒有及時排走，管道內(nèi)水的液位越來越高，這時，高速流動的蒸汽會卷起水流，強(qiáng)行以蒸汽的流速高速往前沖，能量越聚越多，直到碰到障礙物（如彎管或閥門等），就會產(chǎn)生強(qiáng)烈撞擊、振動和噪音，根據(jù)能量守恒的原理，到這里這股能量才消失，以水錘的形式體現(xiàn)出來！

備注：方便大家理解，我們可以想象一下，12級臺風(fēng)的風(fēng)速一般是32-41m/s，我們經(jīng)常在電視里看到強(qiáng)臺風(fēng)卷起海面水流摧毀海邊房屋的場景，類似！

解決：由于冷凝水是引起這兩類水錘的關(guān)鍵，所以及時去除冷凝水是解決這兩類水錘發(fā)生最有效的解決方案。蒸汽疏水閥的正確安裝至關(guān)重要，這樣可以瞬時連續(xù)的排放出蒸汽配送管道內(nèi)的冷凝水。

 

C、管道布置不合理產(chǎn)生水錘

如果已經(jīng)按照建議的位置安裝了蒸汽疏水閥，但水錘的現(xiàn)象仍然存在。那么最有可能的原因之一是：管道安裝的傾斜度不正確。如果管道安裝的傾斜度不正確，那么冷凝水就不能正常的流入疏水閥，從而在某些位置形成高液位的冷凝水。

蒸汽管道向上傾斜：水錘發(fā)生
 

蒸汽管道向下傾斜：沒有水錘發(fā)生

 

解決：長距離的蒸汽配送管道，只要稍微上升一點(diǎn)就可能導(dǎo)致水錘，應(yīng)當(dāng)在安裝蒸汽管道時，需使用水平儀反復(fù)測量管道的傾斜度，使其稍微向下傾斜。  

D、冷凝水積存在分配管線的末端產(chǎn)生水錘

解決：在管道末端安裝疏水閥。 
 

2、設(shè)備附近產(chǎn)生水錘

產(chǎn)生水錘的兩個必備條件是：一是有積水，二是有流速。

設(shè)備中的水錘，就類似于蒸汽配送管道內(nèi)的水錘，通常是由于高液位的冷凝水積存造成的。它們之間的區(qū)別在于這種類型的水錘即使發(fā)生了，設(shè)備也能正常的工作。

舉個例子如管殼式換熱器。當(dāng)設(shè)備的負(fù)載下降（如：減少加熱產(chǎn)品的數(shù)量或產(chǎn)品溫度的升高），壓差也隨之降低直到消失，這樣冷凝水就會積存在換熱器內(nèi)。這種現(xiàn)象被稱之為“滯流”。取決于背壓，當(dāng)設(shè)備停車時，冷凝水會充滿整個管殼式換熱器。

當(dāng)蒸汽被送入一個具有高液位冷凝水的空間，它會瞬間的冷凝形成水錘。在大多數(shù)情況下，像這類小規(guī)模的水錘只是暫時的，并不像在蒸汽配管中那么的猛烈。

然而，如果像這類小規(guī)模的水錘長時間的或頻繁發(fā)生時，它會削弱設(shè)備的硬度使設(shè)備突然發(fā)生斷裂。這種缺口通常發(fā)生在高壓力、負(fù)載大、設(shè)備全開的狀態(tài)下。快速的排放冷凝水是預(yù)防與消除這種情況的關(guān)鍵。 

 

除了滯流，許多其它情況也會導(dǎo)致冷凝水積存在設(shè)備內(nèi)。

例如：熱交換器的結(jié)構(gòu)或壓力平衡管，蒸汽疏水閥與管道安裝不恰當(dāng)，冷凝水回收管線條件，等這類問題。

冷凝水在設(shè)備中積存的原因。

 

3、以上兩種情況只是水錘發(fā)生的一部分原因，下面列出其他可能產(chǎn)生水錘的情況，為了真正的消除水錘問題，需要對其整套的管道系統(tǒng)進(jìn)行檢測，找出確切的原因并且制定適當(dāng)?shù)膶Σ撸?

A、當(dāng)壓力管道的閥門突然關(guān)閉或開啟時，當(dāng)水泵突然停止或啟動時；

B、設(shè)備前端安裝了氣動切斷閥、氣動球閥、氣動角座閥等開關(guān)型閥門，當(dāng)閥門突然打開時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的水錘。

C、水錘現(xiàn)象經(jīng)常是由于蒸汽疏水閥失效引起的，而疏水閥又因水錘而被損壞。由于蒸汽或冷凝水管道設(shè)計(jì)上的缺欠，疏水閥的選型問題，或是有疏水閥堵水等原因，造成水錘。

D、有溫度控制的應(yīng)用中，冷凝水被提升至回收管，或是回收至有背壓的系統(tǒng)中。由于公共回收管口徑偏小造成滿溢或是節(jié)流及閃蒸蒸汽作用，冷凝水無法進(jìn)入或無法在回收管道內(nèi)流動。

E、管道上止回閥失靈，也會發(fā)生水錘現(xiàn)象。

F、管道支撐不當(dāng)造成管道下沉，可能發(fā)生水錘；

G、管道上采用了同心變徑， 應(yīng)使用偏心變徑，底邊保持平直。

 

H、過濾器安裝不合理造成水錘，應(yīng)將過濾器的的Y型濾網(wǎng)與管道處于同一水平面內(nèi)。

I、還有一個普遍的問題：在一些大型設(shè)備的疏水閥后面沒有安裝止回閥（又稱逆流閥或單向閥），當(dāng)物料達(dá)到設(shè)定溫度時，設(shè)備前端的氣動控制閥關(guān)閉，設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)真空負(fù)壓，冷凝水會被吸回到設(shè)備盤管內(nèi)，當(dāng)控制閥再次打開時，一股高壓的蒸汽沖過來，推動盤管內(nèi)的冷凝水撞擊盤管，這時就會出現(xiàn)嚴(yán)重的水錘、震動，同時伴隨很大的噪音，進(jìn)而破壞設(shè)備盤管、疏水閥及相關(guān)的閥門管道。出現(xiàn)這種情況時，請?jiān)谑杷y后面加裝止回閥，就可以解決。 
 

四、消除或減輕水錘危害的基本方法

1、如果蒸汽主管有水錘發(fā)生，需立刻緩慢的關(guān)閉閥門，切斷蒸汽流動，水錘就可能停止，等水錘停止了，再慢慢的打開閥門。若關(guān)閉閥門了，水錘仍然沒有停止，那么就說明是由于蒸汽突然冷凝形成的波浪形水錘。

當(dāng)管道內(nèi)的冷凝水液位接近管道的80%時就會形成水錘，這種情況首先應(yīng)該選用合適的疏水閥及時把水排放干凈，或者檢查管道安裝是否正確，或者應(yīng)該擴(kuò)大疏水管道。蒸汽管道送汽前要充分暖管，徹底疏水，然后緩慢開啟閥門送汽。

2、蒸汽管道末端的水錘，在末端安裝疏水閥排水即可解決。

3、如果是冷凝水倒流造成的水錘，加裝止回閥即可解決，但止回閥應(yīng)動作靈活，不應(yīng)出現(xiàn)忽開忽關(guān)現(xiàn)象。

4、如果是換熱設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的水錘，可以把設(shè)備進(jìn)汽管道的氣動開關(guān)類閥門，更換成氣動比例調(diào)節(jié)閥。

5、盡量縮短閥件與容器間的管道長度。

6、管道上裝設(shè)安全閥、排空閥或蓄能器。

綜上所述，選擇正確類型和正確型號的疏水閥，正確的管道系統(tǒng)布局，即可解決大部分的水錘。

如果某個疏水閥長期遭受水錘的沖擊，經(jīng)常損壞，這肯定是系統(tǒng)布局不合理，必須盡快解決。 
 

五、常見的兩個重要應(yīng)用就是蒸汽主管和有溫控?fù)Q熱器后的疏水：

1、 蒸汽總管和分支管疏水點(diǎn)設(shè)置得不夠多，冷凝水在主管內(nèi)積存，導(dǎo)致彎管處、爬升管處，設(shè)備內(nèi)盤管處等地方產(chǎn)生水錘。一般來說，蒸汽主管應(yīng)每隔30~50m設(shè)一個疏水點(diǎn)，并配以尺寸合適的集水槽；所有上升管的底部都必須疏水，否則產(chǎn)生水錘。--按規(guī)范設(shè)置疏水點(diǎn)；  

2、主管疏水設(shè)計(jì)：需要先在管道上做一個集水井，然后再接小口徑的疏水管道，這樣冷凝水才能順利的陷落到集水井，然后通過疏水閥排出。否則，沒有集水井的話，很多時候冷凝水無法陷落，直接繼續(xù)被蒸汽推走，導(dǎo)致后端蒸汽濕度大，產(chǎn)生水錘等問題。

相對于蒸汽主管尺寸，推薦集水井尺寸如下

 

3、越來越多的客戶使用的是電廠的飽和蒸汽，而電廠生產(chǎn)出來的是高溫高壓的過熱蒸汽，經(jīng)過減溫減壓站變成飽和蒸汽后再送到各個用戶使用，減溫過程中噴了大量的冷卻水，且很多電廠并沒有安裝高效的汽水分離器，因此蒸汽中含水是比較多的，遠(yuǎn)程輸送時產(chǎn)生大量冷凝水，造成水錘；--建議加裝汽水分離器；

 

4、只有在冷凝水能及時排出的情況下，帶溫度控制的換熱器才會高效的工作。無論安裝哪一種疏水閥，如果閥后有提升，都可能會發(fā)生水錘。

4.1水錘來自于設(shè)備內(nèi)，這種主要是疏水閥選型不對，有可能是疏水閥排量不夠，設(shè)備內(nèi)積水造成水錘；也有可能是疏水閥類型不對，造成積水，導(dǎo)致水錘；  

4.2水錘來自于設(shè)備后端，疏水閥后沒有裝止回閥，這會造成兩個問題：

一個就是每個設(shè)備的冷凝水可能會串壓，高壓的往低壓的方向回流，造成低壓設(shè)備排不出水。雖然理論上車間蒸汽壓力相同，但是因?yàn)槊颗_設(shè)備的換熱方式和效果不盡相同，壓力也會有細(xì)微差別的。另外，離回收管出口端更近的設(shè)備排水也更順暢。  

因此管道的正確設(shè)計(jì)和安裝是至關(guān)重要的，這將有助于系統(tǒng)在使用壽命內(nèi)安全運(yùn)行，并發(fā)揮出最佳的熱力性能。