蒸汽采暖系统：散热器片数少、管道氧化快

（一）蒸汽采暖系统的特点

蒸汽采暖系统是指以蒸汽作为热媒，利用蒸汽凝结成水所释放出的汽化潜热维持建筑所需的热量。蒸汽与水的物理特性有着显著的区别，故蒸汽采暖系统有以下特点:

（1）蒸汽具有汽化潜热。汽化潜热是指物体在汽液两相转化时，所伴随的热量交换，且物体温度不变。即，工质由液态变为气态要吸收热量，但在吸热过程中自身温度不发生变化，吸收的热量用于工质自身内部结构的变化，克服内部分子间的作用力而做功。正因如此，每千克质量蒸汽所能释放出的热量比同质量同温度的热水在散热片中靠降温释放出的热量要大得多。所以，蒸汽采暖系统所需要的散热器片数要少于热水采暖系统。在管路造价方面，蒸汽采暖系统也比热水采暖系统要少。

（2）蒸汽密度低。建筑较高时，蒸汽采暖系统底层散热片受到的静压力相对较小，不会产生承压过大的问题。

（3）蒸汽温度高。可节省散热片面积，但会造成采暖房间卫生条件差，且散热片温度过高易伤人。

（4）蒸汽采暖系统易漏气，热损失大。

（5）蒸汽采暖系统易腐蚀，不易调节温度，热惰性小。蒸汽采暖系统管道内壁的氧化腐蚀要比热水采暖系统快，特别是凝结水管道更易损坏。热惰性小是指系统的加热和冷却过程都很快。

（二）蒸汽采暖系统的分类

1.按蒸汽压力划分类

（1）高压蒸汽采暖:供汽表压力高于70kPa。高压蒸汽采暖压力大，散热器表面温度高，卫生条件差，一般用于工业厂房及其辅助建筑中。

（2）低压蒸汽采暖:供汽表压力等于或低于70kPa。低压蒸汽采暖运行较可靠，温度适中，可用于民建。

（3）真空蒸汽采暖:系统中的压力低于大气压力。该系统国内较少见，可以随室外温度变化进行调节。

高压蒸汽供气压力高，流速大，系统作用半径大，但沿程热损失亦大。对同样热负荷所需管径小，但沿途凝水排泄不畅时会水击严重。高压蒸汽采暖系统散热器内蒸汽压力高，散热器表面温度高，因此对同样热负荷所需散热面积较小，但易烫伤人，烧焦落在散热器上面的有机灰尘发出难闻的气味，安全条件与卫生条件较差。高压蒸汽采暖系统凝水温度高。高压蒸汽供暖多用在有高压蒸汽热源的工厂内。室内的高压蒸汽供暖系统可直接与室外蒸汽管网相连。在外网蒸汽压力较高时可在用户入口处设减压装置。

2.按蒸汽干管布置分类

（1）上供式。

（2）中供式。

（3）下供式。

此种分类方式与前面介绍的热水采暖系统相同。

3.按立管的布置特点

（1）单管式。

（2）双管式。

此种分类方式与前面介绍的热水采暖系统相同。

4.按回水方式

所谓回水方式，指蒸汽释放汽化潜热后形成的凝结水流回蒸汽锅炉的方式。

（1）重力回水。重力回水的特点是蒸汽在散热片中失热凝结为水后依靠自身重力和蒸汽的自然压力流回蒸汽锅炉。

如图9-10所示，为单管上供下回式重力回水蒸气采暖系统。蒸汽锅炉将水加热为蒸汽后，蒸汽利用自身压力进入供热干管，流入各立管、支管、散热片中，在散热片中失热后凝结为凝结水，凝结水利用蒸汽压力和自身重力经疏水器流回锅炉内。系统采用单根立管，节省管材，蒸汽与凝结水同向流动，不易发生水击现象，但低层散热器易被凝结水充满，散热器内的空气无法通过凝结水干管排除。

图9-10　单管上供下回式重力回水蒸气采暖系统

图9-11　双管上供下回式重力回水蒸气采暖系统

如图9-11所示是双管上供下回式系统，该系统是低压蒸汽采暖系统常用的一种形式。从锅炉产生的低压蒸汽经分汽缸分配到管道系统，蒸汽在自身压力的作用下，克服流动阻力经室外蒸汽管道、室内蒸汽主管、蒸汽干管、立管和散热器支管进入散热器。蒸汽在散热器内放出汽化潜热变成凝结水，凝结水从散热器流出后，经凝结水支管、立管、干管进入室外凝结水管网流回锅炉房内凝结水箱，再经凝结水泵注入锅炉，重新被加热变成蒸汽后送入采暖系统。

重力回水蒸气采暖系统的特点:系统的凝水管上设置有疏水器和排气阀。疏水器用于汽水分离，排气阀用于排除凝水管中的气体，防止气体进入蒸汽锅炉，也解决了凝水管内部气塞影响凝水流动的问题。

系统的供蒸汽管道有沿着蒸汽流动的方向向下的坡度，坡度一般大于0.003。蒸汽在供热管道流动过程中会因热损失而产生凝结水，凝结水在供热管道内最终形成水塞，水塞在高压蒸汽推动作用下撞击管件产生水击现象（蒸汽管道中沿途凝结水被高速运动的蒸汽推动产生的浪花或水塞与管件相撞产生振动和巨响的现象）。供蒸汽管道的坡度可以防止水塞的形成。(www.xing528.com)

系统的凝水管有沿着凝水向下的坡度，该坡度一般大于0.005。凝水管的坡度有助于增大凝水流回锅炉的动力。因凝水流速并不高，使得凝水管中的气体可以逆向向上进入立管而不进入锅炉内部，该坡度利于凝水管进行排气。

重力回水低压蒸汽供暖系统型式简单，宜在小型系统中采用。当供暖系统作用半径较大时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。如仍用重力回水方式，凝水管里水面Ⅱ—Ⅱ断面高度就可能达到甚至超过底层散热器的高度，底层散热器就会充满凝水并积聚空气，蒸汽就无法进入，从而影响散热。因此，当系统作用半径较大，供汽压力较高（通常供汽表压力高于20kPa）时，就采用机械回水系统。

（2）机械回水。机械回水指凝结水回到锅炉的驱动力由机械设备（泵）提供如图9-12所示。机械回水蒸气采暖系统的工作过程为:水在蒸汽锅炉中被加热成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽靠自身压力作用通过管道流入散热器内，在散热器内放出热量后，蒸汽失去汽化潜热变成凝结水，凝结水靠重力经疏水器（阻汽疏水）后沿凝结水管道返回凝结水箱内，再由凝结水泵送入锅炉重新被加热变成蒸汽。高压蒸汽系统均采用机械回水方式。

图9-12　机械回水蒸气采暖系统

1—低压恒温式疏水器;2—凝水箱;3—凝水管;4—凝水泵

机械回水蒸气采暖系统的特点:

该系统凝水管段连接了敞开式凝结水箱，是一个开式系统。凝结水通过凝结水箱，由凝结水泵提供动力送回锅炉加热。凝水箱的作用:回收凝结水（部分来自蒸汽干管中，防止蒸汽干管中形成水塞、发生水击现象）;为循环水泵吸入口定压（防止凝结水汽化）;排出凝结水中的气体。

机械回水系统中的供热干管和凝水管坡度与前面介绍的重力回水系统相同，功能亦相同，这里不再复述。

（三）蒸汽采暖系统的问题

1.疏水问题

疏水是指收集蒸汽管道中的凝结水，也可以指凝水管中排出凝结水中的气体。蒸汽管道的疏水措施可以保证蒸汽管道内无凝结水，从而不形成水塞，发生水击现象。凝水管中的疏水措施则是保证管内无气体，防止形成气塞影响系统循环，同时也防止气体进入锅炉，对锅炉造成损害。

疏水的措施有两种:一种方法是在凝水管上设置疏水器（机械回水），或在蒸汽管上设置疏水器（重力回水）;另一种方法是在供蒸汽干管和回水干管上分别设置大于0.3%和大于0.5%的坡度。

2.排气问题

凝水管中的气体会影响锅炉的寿命、腐蚀管道以及影响系统内热媒的循环。排出气体的方法之一是前面介绍过的，在设计上对供热干管和回水干管设置适当的坡度。另一种方法是在重力回水系统中的凝水管上设置排气阀，或在机械回水系统中的凝水管上设置凝水池排气。在适当的位置应用疏水器，进行汽水分离，也能达到排气的效果。

3.水击问题

蒸汽管道中沿途凝结水被高速运动的蒸汽推动产生的浪花或水塞与管件相撞产生振动和巨响的现象。减少水击的措施的关键是及时排除凝结水，降低蒸汽流速，设置合适的坡度使凝结水与蒸汽同向流动。

4.二次气化问题

二次气化指回水管中的高温凝结水因压降而再次沸腾、气化，在凝水管中产生大量气体而影响采暖系统工作的现象。二次气化在系统中产生的位置有两处，一是疏水器内部自身结构可能造成二次气化，但疏水器自身可以进行气水分离，故对系统无影响。另外，在某些管段处（如:突缩管段，流速增大，压强减小），凝结水也会发生气化。

5.热胀冷缩问题

该问题同热水采暖系统管道的热胀冷缩问题相同，故不重复讨论。

（四）热水供暖与蒸汽供暖的比较

1.相同负荷下，蒸汽供暖系统所需蒸汽质量流量比热水少

热水供暖系统依靠其温度降放出热量，水的状态不发生变化。蒸汽供暖系统依靠蒸汽放出汽化潜热采暖，状态发生了变化。蒸汽的汽化潜热比起每千克水在散热器中靠温度降放出的热量要大得多。因此，对同样的热负荷，蒸汽供暖时所需的蒸汽质量流量要比热水流量少得多。

2.蒸汽供暖系统比热水供暖系统在设计和运行管理上复杂

热水在封闭系统内循环流动，其状态参数（主要指流量和比容）变化很小。蒸汽和凝水在系统管路内流动时，其状态参数变化很大，还会伴随状态变化。例如湿饱和蒸汽沿管路流动时，由于管壁散热会产生沿途凝水，使输送的蒸汽量有所减少。又如从散热器流出的饱和凝水通过疏水器和在凝结水管路中压力下降，沸点改变使凝水部分重新汽化，形成“二次蒸汽”，以两相流的状态在管路内流动。蒸汽和凝水状态参数变化较大的特点是蒸汽供暖系统比热水供暖系统在设计和运行管理上较为复杂的原因之一。由这一特点引起系统中出现“跑、冒、滴、漏”问题，降低蒸汽供暖系统的经济性和适用性。

3.相同负荷下蒸汽供暖要比热水供暖节省散热设备的面积

在热水供暖系统中，散热器内热媒温度为热水进出口温度的平均值。若热水进口温度为95℃，出口温度为70℃，则散热器内热媒的平均温度为82.5℃。蒸汽在散热器内定压凝结放热，散热器的热媒温度为该压力下的饱和温度。在低压及高压蒸汽供暖系统中，散热器内热媒的温度等于或高于100℃。因此，对同样热负荷蒸汽供暖要比热水供暖节省散热设备的面积。

4.蒸汽供暖系统静压小、升温快，适用于某些公共场所

由于蒸汽具有密度小的特点，在高层建筑供暖时不会像热水供暖那样产生很大的水静压力。此外，蒸汽供暖系统的热惰性小，供汽时热得快，停汽时冷得也快。对于不经常有人停留而要求迅速加热的建筑物如俱乐部、会议室、礼堂等是比较合适的。

5.蒸汽供暖系统不易调节，系统腐蚀较快

一般蒸汽供暖系统不能调节蒸汽温度，当室外温度高于供暖室外计算温度时，蒸汽供暖系统必须运行一段时间，停止一段时间，即采用间歇运行。这样会使房间温度上下波动。另外，由于蒸汽供暖系统间歇工作，管道内时而充满蒸汽，时而充满空气，管道内壁的氧化腐蚀要比热水供暖系统快。蒸汽供暖系统的使用年限要比热水供暖系统短，特别是凝水管更易损坏。