蒸汽疏水閥與正確選型方法

1、蒸汽疏水閥與正確選型方法渤海船舶重工有限責(zé)任公司孫艷枝摘要介紹了蒸汽疏水閥的發(fā)展史,蒸汽疏水閥的種類(lèi),工作原理,蒸汽疏水閥的使用選型及其節(jié)能效果。關(guān)鍵詞蒸汽疏水閥過(guò)冷度凝結(jié)水排量汽阻漏氣率中圖分類(lèi)號(hào):TK223.5.26文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):10093230(2003040003041概述疏水閥是疏導(dǎo)水的閥門(mén)。而蒸汽疏水閥是用于蒸汽管網(wǎng)中的疏導(dǎo)水的閥門(mén)。不要小瞧這小小的東西,它起到的作用卻是很大的。開(kāi)始人們只是滿(mǎn)足于它的基本功能疏水,直到上一世紀(jì)末葉,隨著地球上能源資源的緊張,人們對(duì)節(jié)能工作給以了重視,蒸汽疏水閥的阻汽功能引起了人們極大關(guān)注。1.1發(fā)展簡(jiǎn)史蒸汽疏水閥作為一種產(chǎn)品面世,當(dāng)然是在

2、蒸汽鍋爐發(fā)明之后。人們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn),水蒸汽是一種非常理想的中間加熱媒質(zhì)(精品能源,它具有大換熱比、容易控制,且安全可靠等許多優(yōu)點(diǎn),于是蒸汽換熱器在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。有的將其做為生產(chǎn)中的主要設(shè)備,諸如啤酒、造紙與糧油加工等行業(yè);有的將其用于整個(gè)生產(chǎn)工藝流程,如化工、石油化工等行業(yè);有的則用于輔助生產(chǎn),如用于船舶(油輪等除外與采暖等。在疏水閥尚未誕生前,人們對(duì)換熱器的要求僅局限于達(dá)到換熱量而已。逐漸人們發(fā)現(xiàn)蒸汽換熱器耗費(fèi)的能源太大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了所需的換熱量,其原因是因?yàn)閾Q熱器尾端的一次蒸汽的大量泄漏。為了解決這一問(wèn)題,最初人們僅在尾端安裝了類(lèi)似截止閥一類(lèi)的閥門(mén),用來(lái)限制換熱器尾部的泄漏量。最初的

3、疏水閥使用效果與截止閥相近,名字叫做“迷宮型疏水器”,誕生時(shí)間大約在19世紀(jì)70年代。二十年后,“浮桶型疏水閥”被研制出來(lái),這一產(chǎn)品應(yīng)該說(shuō)是正規(guī)的疏水閥,因?yàn)樗鸬搅苏羝杷y的基本作用。浮桶型疏水裝機(jī)后用不了幾天,鐵銹和水垢就會(huì)使其損壞,而且其保積和重量太大。二十世紀(jì)二十年代,一種跨世紀(jì)的產(chǎn)品誕生了,這就是人們司空見(jiàn)慣的“熱動(dòng)力型”疏水閥,它體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝與使用方便,但其最大的缺點(diǎn)就是有效壽命短。隨后,“脈沖型”疏水閥也面世,其原理與熱動(dòng)力相仿。進(jìn)入四十年代后,“熱靜力型”疏水閥被發(fā)明,諸如波紋管疏水閥、膜盒疏水閥與雙金屬疏水閥等產(chǎn)品皆屬此類(lèi)。同時(shí)“機(jī)械型”疏水閥以其疏水量大而獨(dú)占鰲

4、頭,這一類(lèi)產(chǎn)品包括倒吊桶、杠桿浮球和自由浮球等。1.2國(guó)外主要生產(chǎn)廠家(1SPIRAX S ARC O公司這是一家在英國(guó)注冊(cè)的公司,生產(chǎn)疏水閥的品種主要以杠桿浮球和熱動(dòng)力為主,其中杠桿浮球較有特色,屬于正密封的杠桿浮球,旁邊另設(shè)一雙金屬排氣口。(2ARMSTRONG公司這家在美國(guó)的公司大家比較熟悉,因?yàn)樗M(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)已有十余年。該公司主要以生產(chǎn)倒吊桶型疏水閥為主。該公司也生產(chǎn)一些其他形式的疏水閥產(chǎn)品。(3VE LAN公司加拿大的VE LAN公司是以生產(chǎn)雙金屬疏水閥而著稱(chēng)于世的,同時(shí)還生產(chǎn)浮球雙金屬型和活塞雙金屬型疏水閥。(4T LV公司日本的T LV公司的主打產(chǎn)品是:自由浮球和自由半浮球型疏水

5、閥,同時(shí)也生產(chǎn)一些其他形式的疏水閥。(5G RISTRA公司 這是一家德國(guó)的公司,它的產(chǎn)品主要有雙鋼片、膜盒和雙閥口杠桿浮球疏水閥。1.3國(guó)內(nèi)狀況我國(guó)在建國(guó)初期,工業(yè)底子薄,整個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)很差。我國(guó)在60年代中,才開(kāi)始有廠家生產(chǎn)熱動(dòng)力型和老式浮桶型的仿制品,但產(chǎn)品質(zhì)量差。直到八十年代初,我國(guó)的疏水閥生產(chǎn)才算進(jìn)入狀態(tài)。到80年代末,我國(guó)的蒸汽疏水閥已達(dá)到了仿制產(chǎn)品遍地開(kāi)花的狀況。當(dāng)然也有一些引進(jìn)經(jīng)消化后加以改造的產(chǎn)品?？梢哉f(shuō),疏水閥再?gòu)膰?guó)外進(jìn)口應(yīng)該是沒(méi)有必要的,因?yàn)槠涓鞣N性能與有效壽命都不比國(guó)外差。1.4蒸汽疏水閥的概念以前疏水閥的代名詞較多,常聽(tīng)到的有如疏水器、回水盒等,它們都是蒸汽疏水閥。但究

6、竟什么叫蒸汽疏水閥呢?80年代末,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定:是從貯有蒸汽的密閉容器內(nèi)自動(dòng)排出凝結(jié)水,同時(shí)保持不泄漏新鮮蒸汽的一種自動(dòng)控制裝置,在必要時(shí)也允許蒸汽按預(yù)定的流量通過(guò)。關(guān)于蒸汽疏水閥的有效使用壽命,國(guó)家有過(guò)相關(guān)規(guī)定:蒸汽疏水閥使用8000小時(shí)后,漏汽率不得超過(guò)3%。1.5蒸汽疏水閥的分類(lèi)分類(lèi)以前有過(guò)多種方法,這里沒(méi)有必要來(lái)探討它。本文只向大家介紹現(xiàn)在經(jīng)常使用的分類(lèi)方法。按照這一方法分類(lèi),蒸汽疏水閥有四大種類(lèi):(1熱動(dòng)力型這是依據(jù)蒸汽熱動(dòng)力學(xué)原理而設(shè)計(jì)制造的一類(lèi)疏水閥,熱動(dòng)力是其原名,現(xiàn)在的熱動(dòng)力有不少?gòu)S家進(jìn)行了改進(jìn),連名稱(chēng)也都改稱(chēng)為圓盤(pán)型、其實(shí)基本原理并無(wú)大的改變,但是各種性能與使用壽命等

7、都有很大的進(jìn)步。(2熱靜力型利用某些材料的溫度效應(yīng)而制造的一類(lèi)產(chǎn)品,諸如波紋管,膜盒、雙鋼片、雙金屬以及記憶合金(目前尚不成熟等。這一類(lèi)產(chǎn)品在工作時(shí),由于無(wú)大的噪音,因此稱(chēng)為熱靜力型。(3機(jī)械型顧名思義,這一類(lèi)產(chǎn)品是靠閥內(nèi)部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)疏水閥的功能。如浮桶、倒浮桶、倒吊桶、杠桿浮球、自由浮球、自由半浮球等等。純粹的機(jī)械型沒(méi)有自動(dòng)排除不凝汽體的功能,而是靠手動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。(4混合型所謂混合型,其實(shí)是上三種型式中兩種以上型式的組合,而且大多是由機(jī)械型與熱靜力型的組合。如現(xiàn)在生產(chǎn)的杠桿浮球,其實(shí)應(yīng)稱(chēng)做雙金屬杠桿浮球。倒吊桶,自由浮球與活塞等都是如此。1.6 蒸汽疏水閥常見(jiàn)產(chǎn)品類(lèi)型評(píng)析圖1浮

8、桶型圖2熱動(dòng)力型圖3外調(diào)雙金屬型浮桶型浮桶型疏水閥已有一百余年的歷史,其主要特點(diǎn)是疏水量較大。但它的幾大缺點(diǎn)迫使它退出歷史舞臺(tái):體積與重量大,最大的筆者曾見(jiàn)過(guò)300公斤左右的;壽命短,用不了多少時(shí)間后易被鐵銹或水垢將浮桶中心動(dòng)作軸卡住,從而使整個(gè)產(chǎn)品失效:動(dòng)作靈敏度遠(yuǎn)不如浮球型,簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。熱動(dòng)力型老式熱動(dòng)力的最大特點(diǎn)就是小。它的缺點(diǎn)較多,一是壽命短,二是工作起來(lái)噪音大,三是排空性能不好,四是能源浪費(fèi)多。新型的熱動(dòng)力的各方面性能比老式的要好的多,目前新型熱動(dòng)力主要應(yīng)用于較高壓力下的較小疏水量的場(chǎng)合,見(jiàn)圖2。熱靜力型這一類(lèi)產(chǎn)品比較多,雙金屬、波紋管、雙鋼片、膜盒、記憶合金等等型式皆屬此列。它們的

9、體積比熱動(dòng)力略大,工作起來(lái)性能穩(wěn)定,且無(wú)噪音,但是普遍疏水量較小,疏出的水也有一定的過(guò)冷度(疏出的凝結(jié)水溫與飽和水溫之差。圖3是外調(diào)雙金屬疏水閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。自由浮球型最初它是T LV公司的專(zhuān)利產(chǎn)品,目前國(guó)內(nèi)已有不少?gòu)S家經(jīng)改進(jìn)后生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是動(dòng)作靈敏,疏水量較大,不足之處是防污性能不好,壽命還嫌不長(zhǎng),見(jiàn)圖4。倒吊桶型同樣是正密封結(jié)構(gòu),與自由浮球不同之處是不以浮球來(lái)做密封閥瓣,而是額外靠實(shí)心不銹鋼球做閥瓣,因此壽命比自由浮球長(zhǎng)。其他性能與自由浮球相同,只是疏水量比同體積的自由浮球小,且伴有微小的漏汽。自由半浮球的動(dòng)作原理與倒吊桶相似,只是在結(jié)構(gòu)上有些差異,見(jiàn)圖5 。圖4自由浮球型圖5倒吊桶型圖

10、6杠桿浮球型杠桿浮球型早年的產(chǎn)品使用起來(lái)比較麻煩,因?yàn)樾枰檬謩?dòng)來(lái)排除不凝汽體。雙金屬被采用后,其優(yōu)異的性能受到廣大用戶(hù)的喜愛(ài)。它除具有自由浮球和倒吊桶的優(yōu)點(diǎn)外,倒密封結(jié)構(gòu)的杠桿浮球本身還具有止回功能,既疏水閥后不必裝止回閥。而且此閥的工作背壓率允許很高,有利于熱力管網(wǎng)高溫凝結(jié)水的回收,而且其使用壽命也較長(zhǎng),簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6?；钊鸵环N凝結(jié)水排量非常大的產(chǎn)品(可達(dá)138噸/小時(shí),目前國(guó)內(nèi)已有廠家制造(簡(jiǎn)圖從略。2關(guān)于正確選用疏水閥蒸汽疏水閥品種較多,實(shí)際工況又很復(fù)雜,自然給使用者帶來(lái)麻煩,加之又沒(méi)有一本像樣的權(quán)威選型指導(dǎo)書(shū)籍,因此工程設(shè)計(jì)人員選錯(cuò)疏水閥型號(hào)是司空見(jiàn)慣的。筆者僅想就疏水閥選型中應(yīng)該引起

11、注意的幾個(gè)主要問(wèn)量進(jìn)行闡述,以引起工程技術(shù)與設(shè)計(jì)人員的注意,希望對(duì)他們的工作有所補(bǔ)益。2.1壓力習(xí)慣上,設(shè)計(jì)人員在選擇疏水閥時(shí),關(guān)于壓力方面都留有充分的余地,例如,一臺(tái)工作壓力1.OMPa的蒸汽換熱器,設(shè)計(jì)人員往往選擇1.6MPa的疏水閥,對(duì)于個(gè)別型式的疏水閥,像熱動(dòng)力型,這種選型還不算其為錯(cuò)誤;但對(duì)機(jī)械型和混合型功能型,這種選擇往往發(fā)生錯(cuò)誤,因?yàn)檫@些型式的疏水閥隨著工作壓力的提高,其在一定壓力下的凝結(jié)水排量一般將會(huì)下降,結(jié)果將會(huì)帶來(lái)?yè)Q熱器憋水,從而換熱量將不足。因此,關(guān)于疏水閥的壓力選擇上,應(yīng)該選擇相等或略高于工況產(chǎn)品。2.2溫度個(gè)別設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí),有時(shí)忽略疏水閥的最高使用溫度。這種情況往

12、往發(fā)生于蒸汽壓力不太高,送入的是過(guò)熱蒸汽的場(chǎng)合。在疏水閥的設(shè)計(jì)中,由于最高使用溫度的不同,選用的閥體、閥蓋與閥內(nèi)零件的材料也不同。每一種疏水閥的使用說(shuō)明書(shū)都明確地標(biāo)明其最高使用溫度。2.3疏水量(凝結(jié)水排量疏水量(凝結(jié)水排量是選擇疏水閥的非常重要的參數(shù)。大家都知道:在選擇疏水閥時(shí),其疏水量應(yīng)大于換熱器產(chǎn)生的凝結(jié)水量,相當(dāng)或略大于都不能使換熱器正常工作,因此,疏水閥的疏水量應(yīng)是換熱器產(chǎn)生凝結(jié)水量的數(shù)倍,人們將這個(gè)倍數(shù)稱(chēng)做“安全系數(shù)”。這個(gè)“倍數(shù)”就給人們帶來(lái)疑問(wèn):究竟應(yīng)該幾倍?其實(shí),這的確是個(gè)非常難以回答的問(wèn)題。前面已經(jīng)講過(guò):不同型式的疏水閥,由于其結(jié)構(gòu)不同,其疏水原理與疏水效果是不一樣的。比如

13、,熱靜力型的疏水閥,其疏出的凝結(jié)水肯定要有一定的過(guò)冷度(一般不低于15,如果換熱器連續(xù)產(chǎn)生較多的凝結(jié)水,疏水閥前又無(wú)足夠長(zhǎng)的冷凝段,那么既使該閥的疏水安全系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求,也不會(huì)達(dá)到理想的疏水效果;又如機(jī)械型的疏水閥用于伴熱管線(xiàn),即使安全系數(shù)等于1,疏水效果也會(huì)很理想。換熱設(shè)備安裝疏水閥為什么要有“安全系數(shù)”?有許多人對(duì)此不理解。原因是這樣的:(1疏水閥疏水量的試驗(yàn)是在連續(xù)供給定溫水狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù),這本身與實(shí)際工況相差就很大;(2換熱器在運(yùn)行過(guò)程中,由于環(huán)境溫度的變化或換熱器的不連續(xù)運(yùn)行或間斷送汽,都會(huì)造成短時(shí)間的凝結(jié)水集聚?？傊?疏水閥的凝結(jié)水排量是選擇疏水閥的一個(gè)非常重要的參數(shù),

14、“安全系數(shù)”必須要有,又沒(méi)有必要無(wú)限放大;不同類(lèi)型的疏水閥的“安全系數(shù)”是不同的。2.4換熱器的類(lèi)型在實(shí)際應(yīng)用中,換熱器的類(lèi)型是很多的。直接換熱排除開(kāi)外,間接換熱器大體有如下幾種類(lèi)型:(1高進(jìn)汽低出水;(2低進(jìn)汽高出水;(3水平進(jìn)出,中間換熱部分升高或降低皆具。對(duì)于安裝疏水閥而言,第一種是最合理的換熱器,而第二、三種則不是很理想的換熱器。但是由于某些具體原因,不理想的換熱器又必須那樣制做,這樣的換熱器就應(yīng)該安裝特殊的疏水閥。對(duì)于第二、第三種換熱器,由于出口高于進(jìn)口或中間部分高于進(jìn)口,換熱器尾端裝上疏水閥后,在運(yùn)行過(guò)程中,難免要產(chǎn)生汽阻。這個(gè)“汽阻”是個(gè)非常討厭的東西,它給疏水閥關(guān)閉的信號(hào),從而

15、阻止了后部產(chǎn)生的凝結(jié)水的疏出,直到產(chǎn)生汽阻的蒸汽消失,后部的凝結(jié)水才能進(jìn)入疏水閥。這樣,間斷汽阻的產(chǎn)生,便使換熱器的換熱效果發(fā)生周期性的忽強(qiáng)忽弱的變化。如果這種換熱器安裝了一臺(tái)阻汽性能優(yōu)良的疏水閥,那么,這種換熱器將無(wú)法正常工作。要想正常工作,只有設(shè)法使汽阻消失掉。但是,怎樣才能將汽阻破壞,從而使換熱器能夠正常工作呢?一般來(lái)說(shuō),最好的辦法是使安裝于其尾端的疏水閥漏一點(diǎn)汽,以保證換熱器正常工作。當(dāng)然,疏水閥的漏汽率應(yīng)在不影響換熱設(shè)備正常加熱的條件下越小越好。而且,疏水閥的疏水安全系數(shù)應(yīng)足夠大。因?yàn)榧词故亲罾硐氲膿Q熱器對(duì)疏水閥的要求也不是很寬松的。如果換熱器對(duì)加熱溫度要求比較嚴(yán)格,那么疏水閥最好選

16、用機(jī)械或機(jī)械混合型,因?yàn)闄C(jī)械型或機(jī)械混合型疏水閥的最大特點(diǎn)就是動(dòng)作靈敏,且可排放高溫凝結(jié)水(甚至可排放飽和水,如果該換熱器對(duì)加熱溫度要求不嚴(yán),則可選用排量足夠的其他類(lèi)型的疏水閥。2.5疏水溫度總體來(lái)說(shuō),對(duì)換熱器加熱溫度要求不高、疏水量又不是很大的場(chǎng)合,選用雙金屬等熱靜力型為好:對(duì)換熱器加熱溫度要求較高或疏水量較大的場(chǎng)合,應(yīng)選用機(jī)械型為主的產(chǎn)品。蒸汽疏水閥總體選擇方法(1疏水閥的使用壓力的選擇應(yīng)略高于或等于換熱器的最高送汽壓力;(2疏水閥單位時(shí)間的疏水量應(yīng)是換熱器的高峰送汽量的數(shù)倍,具體倍數(shù)的大小應(yīng)按換熱器的具體情況來(lái)定。(3換熱器使用過(guò)熱蒸汽時(shí),應(yīng)考慮到疏水閥的最高使用溫度;換熱器加熱溫度要求在比較嚴(yán)格的情況下,最好選用質(zhì)量上乘的混合機(jī)械型,諸如雙金屬浮球、自由浮球等。(4特殊的換熱器,如造紙、紡織印染工業(yè)的滾筒加熱器,橡膠行業(yè)的硫化機(jī)等應(yīng)用疏水閥時(shí),應(yīng)選用帶外調(diào)的混合機(jī)械型疏水閥