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,工作原理,蒸汽疏水閥的使用選型及其節(jié)能效果。關(guān)鍵詞蒸汽疏水閥過冷度凝結(jié)水排量汽阻漏氣率中圖分類號:TK223.5.26文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10093230(2003040003041概述疏水閥是疏導(dǎo)水的閥門。而蒸汽疏水閥是用于蒸汽管網(wǎng)中的疏導(dǎo)水的閥門。不要小瞧這小小的東西,它起到的作用卻是很大的。開始人們只是滿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。人們在實踐中發(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,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)蒸汽換熱器耗費的能源太大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了所需的換熱量,其原因是因為換熱器尾端的一次蒸汽的大量泄漏。為了解決這一問題,最初人們僅在尾端安裝了類似截止閥一類的閥門,用來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,這一產(chǎn)品應(yīng)該說是正規(guī)的疏水閥,因為它起到了蒸汽疏水閥的基本作用。浮桶型疏水裝機后用不了幾天,鐵銹和水垢就會使其損壞,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,這就是人們司空見慣的“熱動力型”疏水閥,它體積小、結(jié)構(gòu)簡單、安裝與使用方便,但其最大的缺點就是有效壽命短。隨后,“脈沖型”疏水閥也面世,其原理與熱動力相仿。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。同時“機械型”疏水閥以其疏水量大而獨占鰲

4、頭,這一類產(chǎn)品包括倒吊桶、杠桿浮球和自由浮球等。1.2國外主要生產(chǎn)廠家(1SPIRAX S ARC O公司這是一家在英國注冊的公司,生產(chǎn)疏水閥的品種主要以杠桿浮球和熱動力為主,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公司這家在美國的公司大家比較熟悉,因為它進(jìn)入中國市場已有十余年。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于世的,同時還生產(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,同時也生產(chǎn)一些其他形式的疏水閥。(5G RISTRA公司 這是一家德國的公司,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國內(nèi)狀況我國在建國初期,工業(yè)底子薄,整個工業(yè)基礎(chǔ)很差。我國在60年代中,才開始有廠家生產(chǎn)熱動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,我國的疏水閥生產(chǎn)才算進(jìn)入狀態(tài)。到80年代末,我國的蒸汽疏水閥已達(dá)到了仿制產(chǎn)品遍地開花的狀況。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,疏水閥再從國外進(jìn)口應(yīng)該是沒有必要的,因為其各種性能與有效壽命都不比國外差。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)自動排出凝結(jié)水,同時保持不泄漏新鮮蒸汽的一種自動控制裝置,在必要時也允許蒸汽按預(yù)定的流量通過。關(guān)于蒸汽疏水閥的有效使用壽命,國家有過相關(guān)規(guī)定:蒸汽疏水閥使用8000小時后,漏汽率不得超過3%。1.5蒸汽疏水閥的分類分類以前有過多種方法,這里沒有必要來探討它。本文只向大家介紹現(xiàn)在經(jīng)常使用的分類方法。按照這一方法分類,蒸汽疏水閥有四大種類:(1熱動力型這是依據(jù)蒸汽熱動力學(xué)原理而設(shè)計制造的一類疏水閥,熱動力是其原名,現(xiàn)在的熱動力有不少廠家進(jìn)行了改進(jìn),連名稱也都改稱為圓盤型、其實基本原理并無大的改變,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。這一類產(chǎn)品在工作時,由于無大的噪音,因此稱為熱靜力型。(3機械型顧名思義,這一類產(chǎn)品是靠閥內(nèi)部件的機械運動來實現(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。純粹的機械型沒有自動排除不凝汽體的功能,而是靠手動來實現(xiàn)這一目的。(4混合型所謂混合型,其實是上三種型式中兩種以上型式的組合,而且大多是由機械型與熱靜力型的組合。如現(xiàn)在生產(chǎn)的杠桿浮球,其實應(yīng)稱做雙金屬杠桿浮球。倒吊桶,自由浮球與活塞等都是如此。1.6 蒸汽疏水閥常見產(chǎn)品類型評析圖1浮

8、桶型圖2熱動力型圖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,其主要特點是疏水量較大。但它的幾大缺點迫使它退出歷史舞臺:體積與重量大,最大的筆者曾見過300公斤左右的;壽命短,用不了多少時間后易被鐵銹或水垢將浮桶中心動作軸卡住,從而使整個產(chǎn)品失效:動作靈敏度遠(yuǎn)不如浮球型,簡圖見圖1。熱動力型老式熱動力的最大特點就是小。它的缺點較多,一是壽命短,二是工作起來噪音大,三是排空性能不好,四是能源浪費多。新型的熱動力的各方面性能比老式的要好的多,目前新型熱動力主要應(yīng)用于較高壓力下的較小疏水量的場合,見圖2。熱靜力型這一類產(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、體積比熱動力略大,工作起來性能穩(wěn)定,且無噪音,但是普遍疏水量較小,疏出的水也有一定的過冷度(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)簡圖。自由浮球型最初它是T LV公司的專利產(chǎn)品,目前國內(nèi)已有不少廠家經(jīng)改進(jìn)后生產(chǎn)。其主要特點是動作靈敏,疏水量較大,不足之處是防污性能不好,壽命還嫌不長,見圖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做密封閥瓣,而是額外靠實心不銹鋼球做閥瓣,因此壽命比自由浮球長。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。自由半浮球的動作原理與倒吊桶相似,只是在結(jié)構(gòu)上有些差異,見圖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)品使用起來比較麻煩,因為需要用手動來排除不凝汽體。雙金屬被采用后,其優(yōu)異的性能受到廣大用戶的喜愛。它除具有自由浮球和倒吊桶的優(yōu)點外,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,簡圖見圖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,目前國內(nèi)已有廠家制造(簡圖從略。2關(guān)于正確選用疏水閥蒸汽疏水閥品種較多,實際工況又很復(fù)雜,自然給使用者帶來麻煩,加之又沒有一本像樣的權(quán)威選型指導(dǎo)書籍,因此工程設(shè)計人員選錯疏水閥型號是司空見慣的。筆者僅想就疏水閥選型中應(yīng)該引起

11、注意的幾個主要問量進(jìn)行闡述,以引起工程技術(shù)與設(shè)計人員的注意,希望對他們的工作有所補益。2.1壓力習(xí)慣上,設(shè)計人員在選擇疏水閥時,關(guān)于壓力方面都留有充分的余地,例如,一臺工作壓力1.OMPa的蒸汽換熱器,設(shè)計人員往往選擇1.6MPa的疏水閥,對于個別型式的疏水閥,像熱動力型,這種選型還不算其為錯誤;但對機械型和混合型功能型,這種選擇往往發(fā)生錯誤,因為這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)水排量一般將會下降,結(jié)果將會帶來換熱器憋水,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溫度個別設(shè)計人員在設(shè)計時,有時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,送入的是過熱蒸汽的場合。在疏水閥的設(shè)計中,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明書都明確地標(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,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,人們將這個倍數(shù)稱做“安全系數(shù)”。這個“倍數(shù)”就給人們帶來疑問:究竟應(yīng)該幾倍?其實,這的確是個非常難以回答的問題。前面已經(jīng)講過: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,疏水閥前又無足夠長的冷凝段,那么既使該閥的疏水安全系數(shù)符合設(shè)計要求,也不會達(dá)到理想的疏水效果;又如機械型的疏水閥用于伴熱管線,即使安全系數(shù)等于1,疏水效果也會很理想。換熱設(shè)備安裝疏水閥為什么要有“安全系數(shù)”?有許多人對此不理解。原因是這樣的:(1疏水閥疏水量的試驗是在連續(xù)供給定溫水狀態(tài)下進(jìn)行試驗得出的數(shù)據(jù),這本身與實際工況相差就很大;(2換熱器在運行過程中,由于環(huán)境溫度的變化或換熱器的不連續(xù)運行或間斷送汽,都會造成短時間的凝結(jié)水集聚。總之,疏水閥的凝結(jié)水排量是選擇疏水閥的一個非常重要的參數(shù),

14、“安全系數(shù)”必須要有,又沒有必要無限放大;不同類型的疏水閥的“安全系數(shù)”是不同的。2.4換熱器的類型在實際應(yīng)用中,換熱器的類型是很多的。直接換熱排除開外,間接換熱器大體有如下幾種類型:(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,在運行過程中,難免要產(chǎn)生汽阻。這個“汽阻”是個非常討厭的東西,它給疏水閥關(guān)閉的信號,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)生周期性的忽強忽弱的變化。如果這種換熱器安裝了一臺阻汽性能優(yōu)良的疏水閥,那么,這種換熱器將無法正常工作。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?一般來說,最好的辦法是使安裝于其尾端的疏水閥漏一點汽,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。因為即使是最理想的換熱器對疏水閥的要求也不是很寬松的。如果換熱器對加熱溫度要求比較嚴(yán)格,那么疏水閥最好選

16、用機械或機械混合型,因為機械型或機械混合型疏水閥的最大特點就是動作靈敏,且可排放高溫凝結(jié)水(甚至可排放飽和水,如果該換熱器對加熱溫度要求不嚴(yán),則可選用排量足夠的其他類型的疏水閥。2.5疏水溫度總體來說,對換熱器加熱溫度要求不高、疏水量又不是很大的場合,選用雙金屬等熱靜力型為好:對換熱器加熱溫度要求較高或疏水量較大的場合,應(yīng)選用機械型為主的產(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定。(3換熱器使用過熱蒸汽時,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)的硫化機等應(yīng)用疏水閥時,應(yīng)選用帶外調(diào)的混合機械型疏水閥