1 主题内容与适用范围

本标准规定了直接燃烧矿物燃料的电站锅炉和工业锅炉采集蒸汽试样的方法。

本标准适用于电站锅炉和工业锅炉采集饱和蒸汽和过热蒸汽试样。

2 引用标准

GB 6903 锅炉用水和冷却水分析方法通则

GB 6907 锅炉用水和冷却水分析方法水样的采集方法

3 方法概要

锅炉蒸汽是一种多组分物质，其中所含杂质可以是固体、液体、气体。固体杂质包括炉水中存在的氯化物、磷酸盐、硅酸钠、硫酸盐、亚硫酸盐、氢氧化物等。在过热蒸汽中还可能有铁、铜的氧化物和二氧化硅，液体杂质包括蒸汽的湿分等。气体杂质包括氨、二氧化碳、氧、氮、挥发性胺及联氨等。

为了从锅炉汽包导管或蒸汽管路中取出有代表性的蒸汽试样，需要专门设计、制造和安装特制的取样器，按照设计的取样速度采集蒸汽，把蒸汽试样经导管、减压、引至冷却器(冷凝器)，冷却成凝结水后采集蒸汽试样。

4 取样装置

采集蒸汽试样所需要的装置包括取样器、导管、阀门、冷凝器、试样容器等。

4.1 饱和蒸汽取样器

4.1.1 单口(探针)型取样器：这类取样器通常安装在汽包或集汽管出口的蒸汽管内，取样器从蒸汽管壁插入并焊接在管壁上，取样口居于蒸汽管的中心线上，与蒸汽流向相反。由图1所示，典型取样器是安装在管径76mm的蒸汽出口管(内径66mm)内，截面积为3425mm²，蒸汽流量为2.52kg/s(在10.342kPa时)，取样口面积为7.9335mm²，单孔直径为3.160mm，取样速度为0.00056kg/s。

4.1.2 多口型取样器：

a.这类取样器应专门设计。安装和焊接取样器时，取样器从径向插入并延伸至对面蒸汽管壁，取样口应对着上升的蒸汽流。取样孔(口)与孔之间保持一定距离，孔的面积与取样管截面相等。见图2和图3，取样器在蒸汽管内的那一部分呈锥形，一方面易插入管道，另一方能减少磨损，有利于增加刚性。对于大管径的管道，可将取样器设计为两个，或者适当增加支承，以提高强度。

图1 单口型蒸汽取样器

1—汽包中心线；2—蒸汽流体；3—取样器；4—饱和蒸汽出口管；

1′—联接管；2′—饱和蒸汽出口管；3′—入口孔(取样器)；

4′—汽包壁；5′—取样器外径(9.525mm)；6′—取样器内径(3.175mm)；

7′—节销孔座面

图2 多口型蒸汽取样器¹⁾

1—接适合于蒸汽管道的末端连接物；2—标记*的位置与取样管壁上的

入口孔处于同一中心线，取样口对着蒸汽流向安装；3—最小倒角3.175mm；

4—锥体和取样口；5—蒸汽管上的入口孔，比蒸汽管的外径大约0.508mm；

1′—蒸汽管；2′—焊接点；3′—取样头；4′—蒸汽管堵头

注：1)适用于管内径从51mm到152mm。

图 3 多口型蒸汽取样器¹⁾

1—接适合于蒸汽管道的末端连接物；2—标记*的位置与在取样器

管壁上的入口孔处于同一中心线，取样口对着蒸汽流向安装；

3—最小倒角3.175mm；4—锥体和取样口；1′—取样头；

2′—蒸汽管；3′—蒸汽管头；4′—焊接点

注：1)适用于管内径大于152mm。

图中蒸汽管直径与取样器的外径如表1所示。

表1 蒸汽管直径与取样器外径 mm

蒸汽管直径

取样器外径

O、D

蒸汽管直径

取样器外径

O、D

1412.8～3397.2

266.7

5159～7270.7

508

3413.1～5143.5

381

7286～9144.0

695

图2、图3所示的蒸汽取样器的有关尺寸的计算公式列于表2中。

表2 蒸汽取样器计算公式

(适用于管径152mm和152mm以上)

标准管道尺寸	单位	标准管道尺寸	单位
D₀＝管外径	cm		cm
D₁＝管内径	cm	F=通过管道的蒸汽流量	kg/s
T=管壁厚度	cm	f=抽出的蒸汽试样总流量	kg/s
N=取样孔总数	—	A=蒸汽管断面积=0.7854D²_i	cm²
孔的半径(r)	cm	a=取样孔总面积=Af/F	cm²
	cm	d=取样孔直径=	用于钻孔cm
	cm	B=取样器镗孔直径=	用于钻孔cm

注：取样孔直径不小于1.5875mm。增加孔径可提高抽取蒸汽试样的流量，或者减少取样孔的数量。

在不同压力下，通过取样器的流量如表3所示。

表3蒸汽压力和试样流量

蒸汽压力

kPa

流量

kg/(s·m²)

690

1379

2060

2758

3447

4826

6895

10342

13790

17237

19035

17.6

23.0

27.1

29.8

32.5

38.0

42.0

46.1

48.8

48.9

46.1

b.为保证取样器的每个孔都能取出与其面积相等的蒸汽管内的汽流，要取样孔尺寸相同，并保持一定间距，这样，可以从相同的截面取出相同数量的蒸汽试样。

c.为使每个孔的压降一致，取样孔的总面积应小于连接管截面积的2/3。取样孔总面积与蒸汽管截面积之比值应小于试样流量与蒸汽流量之比值。此条件下，蒸汽进入取样器的速度等于蒸汽管内的蒸汽速度，而且流速是稳定的。

d.试样流量按下列公式计算



式中 f、F——分别为试样流量和蒸汽流量；

a/A——取样孔总面积与蒸汽管面积之比。

4.2 过热蒸汽取样器

4.2.1 过热蒸汽取样器与大管径的饱和蒸汽取样器(多口型)基本相同。不同之处在于需插入一根小管，向取样连接管内喷水，以消除过热并产生少量湿度。小管端部延伸到取样器最后一个孔外，内部导管和周围环形管要单独安装外接头。这类取样器的一个例子如图4所示。

4.2.2 若过热蒸汽取样器垂直地安装在水平蒸汽管道上部，水由环形管路注入，试样从内部导管取出。若取样器水平地安装在垂直蒸汽管下部，水由内部导管注入，试样则从环形管路取出。

4.2.3 如果过热蒸汽温度超过饱和蒸汽温度达28℃以上时，为避免在取样管内或蒸汽管内产生很大的温差及热应力，取样管与蒸汽管之间应采用热套管或类似的管件连接。

4.2.4 采集过热蒸汽时，可按自然循环或强循环系统取样。见图5、图6所示。

图 4 过热蒸汽取样器(改进设计)

图 5 自然循环采样系统

1—取样器；2—冷凝器

自然循环系统需要在注水点安装高位支管，因此，冷凝器的蛇形管要适当地高出取样器，以保证有足够液位进行循环。强制循环系统是靠泵维持正压，易控制，比自然循环优越，由于需要向取样器内注入足够数量的水，除去过热才能保证自然或强制循环系统良好运行。为此，应安装流量计和温度计，监测注水量和取样器的出水温度，检查蒸汽是否过热。

图 6 强制循环采样系统

1—取样器；2—冷凝器；3—泵；4—流量计；5—贮存器

4.3 导管、阀门及配件

由取样器取出的蒸汽经导管、阀门等才能进入检测仪器或冷凝器。原则上讲，新鲜饱和蒸汽可以溶解任何与其接触的金属材料。为了减少这种影响，应尽可能地减少导管长度和阀门数量，使蒸汽与金属材料接触面积最小，时间最短。

4.4 冷凝器

蒸汽冷凝器通常都为蛇形管冷凝器。为了使冷凝器能良好地工作，对冷凝器要求如下：

a.有足够强度，能承受取样蒸汽压力，才能防止泄漏，保证试样不受冷却水污染。

b.有足够冷却面积，能将蒸汽试样冷却到试验需要的温度。为减少试样在冷凝器中的滞留时间，冷凝器的蛇形管的直径要小，使蛇形管的贮存量尽可能减少。

c.冷凝器的冷却水应保证冷凝器不结垢，不污堵。一般宜使用处理过的澄清水作冷却水，有条件应使用纯水作冷却水。

4.5 取样装置的材质

为防止金属材料腐蚀而污染蒸汽试样，制造取样装置的材料，原则上都要使用耐蚀性能比锅炉本体还好的材料制造，最低限度也应使用与汽包或过热器相同的材料制造，如果试样是通过冷凝采取试样，取样装置的材料通常用含18%铬、8%镍的不锈钢制造，例如，美国钢号Type 347(含17%～19%Cr，9%～13%Ni)，Type 316(含16%～18%Cr,10%～14%Ni)，Type 304(含18%～20％Ｃr，8%～12%Ni)，或者A 312无缝或焊接奥氏体钢管。我国通常使用通用不锈钢(含1Cr18 Ni9 Ti)制造取样装置。

5 取样方法

5.1 取样部位：取样点的确定，应根据锅炉类型、参数和试验要求进行布置、安装。通常应遵循如下规定。

5.1.1 在汽包(多管接头连接过热器的锅炉)或集汽管采集饱和蒸汽时，应按一定的间距在管路内选取采样点，在单独采集饱和蒸汽时，宜安装单口型取样器。

5.1.2 单口型蒸汽取样器的入口应设置在蒸汽管道直径3/4～2倍的位置上(见图1)。因为这一部分的压力、质量流量、温度对取样影响不大。

5.1.3 在管道内取样宜安装多口型取样器，从第一个弯头开始，取样器的位置按如下顺序排列：

垂直管路上流

垂直管路上流

水平管路垂直插入

水平管路水平插入

5.1.4 取样器的位置应远离弯头或阀门。一般应遵循前5D后10D原则。即在弯头或阀门前边，取样器应离开弯头或阀门5倍以上蒸汽管道直径的距离；在弯头或阀门后面，取样器应离开弯头或阀门10倍以上蒸汽管道直径的距离。

5.2 蒸汽试样的采集

5.2.1 新投入的取样器(包括新安装或检修后投入使用)，应充分地冲洗取样装置，通入蒸汽或凝结水，冲洗24h后才能取样。

5.2.2 蒸汽取样阀门应常开，使蒸汽凝结水不断流出。为减少汽水损失，可将流出的凝结水回收。

5.2.3 蒸汽试样流量通常为0.4～0.5kg/min。根据试验要求和冷却水流量可适当调节。

5.2.4 试样温度对不同试验有不同要求。通常测定电导率的试样，温度应低于25℃；测定溶解气体的试样，温度应低于20℃或更低；测定试样中较为稳定的金属元素试样，温度可适当提高至30℃左右。

5.2.5 蒸汽试样容器应使用硬质玻璃(硅硼玻璃)制造。使用之前应清洗干净。用Ⅰ级试剂水浸泡数天。对于新购置的容器，应使用(10 g/L)氢氧化钠溶液预处理，促进玻璃老化。

5.2.6 取样后应当尽快分析。试样容器用完后要用盐酸(1+1)清洗，妥善保管，除作蒸汽取样外，不得作其他使用。

6 注意事项

6.1 取样器的位置：如前所述，蒸汽中固体和液体杂质以灰尘或雾形式存在，其密度大于蒸汽，且分散不均匀，取样前应采取分离措施。在汽包式或集管式锅炉中，单口型取样器应装在出汽口，若在蒸汽管路上取样，常用多口型取样器，径向插入，以保证取样有代表性。

6.2 取样速度：取样时蒸汽速度一定要稳定，而且进取样器的速度一定要与蒸汽流动的速度一致。为了减少杂质损失，蒸汽须保持较高速度，尤其是垂直向上取样时更需要高速。

6.3 过热蒸汽：为防止过热蒸汽中的杂质在取样管表面沉积，取样时须从取样器顺流方向处采集试样。为防止盐析现象发生，应向取样器内注入足量的水，以除去过热，产生少量湿度。

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