蒸汽疏水閥概述及工作原理

作者： 2013年07月18日 來源： 瀏覽量：
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國內(nèi)蒸汽疏水閥現(xiàn)狀概述 蒸汽疏水閥是用于蒸汽供熱設(shè)備和蒸汽管道上，能自動地排除蒸汽使用設(shè)備和管道中的冷凝水、空氣及其它不可凝結(jié)的氣體，并能防止蒸汽泄漏的自動閥門。蒸汽廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活設(shè)施中，

　　國內(nèi)蒸汽疏水閥現(xiàn)狀概述

  蒸汽疏水閥是用于蒸汽供熱設(shè)備和蒸汽管道上，能自動地排除蒸汽使用設(shè)備和管道中的冷凝水、空氣及其它不可凝結(jié)的氣體，并能防止蒸汽泄漏的自動閥門。蒸汽廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活設(shè)施中，無論在蒸汽的輸送管道系統(tǒng)，還是利用蒸汽來進(jìn)行加熱、干燥、保溫、消毒、蒸煮、濃縮、換熱、采暖、空調(diào)等工藝，過程中所產(chǎn)生的冷凝水都需要通過蒸汽疏水閥排除，而不允許蒸汽泄漏。 蒸汽疏水閥性能的優(yōu)劣，對于蒸汽系統(tǒng)的正常運行，用汽設(shè)備熱效率的提高及能源的合理利用等方面具有至關(guān)重要的作用。
    特別是在煤、石油及天然氣等一次能源日益減少的情況下，世界各國政府都將節(jié)約能源和開發(fā)新能源作為重要的國策。而蒸汽疏水閥在蒸汽使用系統(tǒng)的節(jié)能方面起著不可忽視的關(guān)鍵作用。 據(jù)我國有關(guān)部門統(tǒng)計，目前全國蒸汽疏水閥擁有量約為432.4萬臺，大約有80%的產(chǎn)品達(dá)不到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)漏汽量小于3%的要求，其泄漏率大都在10%左右，這樣一臺蒸汽疏水閥就耍浪費 4.44噸標(biāo)煤，全國正在使用的達(dá)不到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的疏水閥就要浪費1432.33萬噸標(biāo)煤，折合人民幣186203萬元，這是一筆相當(dāng)可觀的數(shù)字，由此可見蒸汽疏水閥的節(jié)能作用之大，及其在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位之重要是不可等閑視之的。
    隨著國外能源危機的進(jìn)一步加劇和現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對熱能充分利用的要求日益提高，蒸汽疏水閥的研究工作在國外更是得到了廣泛的開展。國外蒸汽疏水閥生產(chǎn)廠家為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的需要，研制工作更加深入，生產(chǎn)發(fā)展很快。本文將結(jié)合良科公司的蒸汽疏水閥的產(chǎn)品系列介紹各種類型的蒸汽疏水閥和它們的適用場合。
    二、各種蒸汽疏水閥的工作原理
    當(dāng)蒸汽冷凝時，它會釋放出汽化的能量（潛熱能）而形成冷凝水。冷凝水只含有飽和溫度下水所含有的能量（顯熱能）。但是為了確保蒸汽系統(tǒng)中維持最大的熱傳導(dǎo)效率，此冷凝水必須排出系統(tǒng)之外，另外從鍋爐中產(chǎn)生的一些不凝性氣體和空氣以及蒸汽系統(tǒng)起動時管道內(nèi)的空氣也必須排出蒸汽系統(tǒng)，但同時必須保留有用的蒸汽，這些功能就是由一種自動裝置 - 蒸汽疏水閥來完成。
    蒸汽疏水閥有各種不同的疏水方式，有些是感應(yīng)密度的變化（如機械式）而動作，有些是感應(yīng)溫度的變化而動作排放，而有些是受通過它們的熱態(tài)冷凝水本身的靜壓及動壓之變化而感應(yīng)開關(guān)的。目前疏水閥在世界范圍內(nèi)，按工作原理劃分，主要有三大類
    1、機械型蒸汽疏水閥：利用冷凝水與蒸汽之間的密度差來操作的。
    機械類疏水閥的第一大類是浮球式疏水閥，目前國際上主導(dǎo)的產(chǎn)品為連桿式浮球疏水閥，其工作原理如圖1所示。疏水閥除了排水阻汽功能外，要求具有良好的排空氣性能，所有的良科浮球式蒸汽疏水閥均帶有熱靜力派空氣裝置TV，作為標(biāo)準(zhǔn)配置。有些疏水閥除了排空氣裝置以外，還帶有蒸汽汽鎖釋放裝置，主要應(yīng)用于發(fā)生蒸汽堵塞冷凝水無法到達(dá)疏水閥的場合即所謂的蒸汽汽鎖情況，如使用虹吸管排除冷凝水（旋轉(zhuǎn)滾筒設(shè)備）或疏水閥前有一段長管道時。
    浮球式蒸汽疏水閥在冷凝水產(chǎn)生后立刻排出冷凝水，能夠根據(jù)壓力和負(fù)載的變化迅速排出大量的冷凝水，當(dāng)對于其它類型的同口徑疏水閥排量大，因此它最適合于換熱要求高、設(shè)備不允許積水的各種換熱設(shè)備以及帶自動溫度控制的設(shè)備的最佳選擇。同時該類型的疏水閥出口總是浸沒在冷凝水中，具有真正意義上排水阻汽的功能。良科可以提供各種型號的浮球式蒸汽疏水閥能滿足各種制程工藝的需要。
1. 在起機階段，熱靜力排空 裝置（TV）可排出空氣，否則空氣積聚在疏水閥內(nèi)會引起氣鎖。
2.當(dāng)冷凝水到達(dá)疏水閥，浮球升起，閥門打開，熱的冷凝水使排氣閥關(guān)閉。冷凝水以飽和溫度排出。

3.當(dāng)所有的冷凝水被排出后，蒸汽進(jìn)入疏水閥。此時浮球下降，閥門關(guān)閉。閥芯總是低于水位的，以防直接蒸汽泄漏。
圖1 浮球式蒸汽疏水閥的工作過程
    機械式疏水閥的另外一種主要形式為倒吊桶疏水閥，其工作過程如圖2所示。倒吊桶疏水閥可以使用于高壓的應(yīng)用。倒吊桶中的空氣如不排除就會阻礙疏水閥的正常工作，而倒吊桶疏水閥的排氣非常緩慢，所以對于大量空氣存在的場合就需要單獨的熱靜力排空氣閥，否則會造成設(shè)備積水，影響傳熱效率。因此通常建議安裝單獨的排空氣閥以保證設(shè)備迅速有效的起動。很多倒吊桶疏水閥需要配置一個止回閥以防止在壓力突然變化或過熱時失去水封（閃蒸現(xiàn)象）。水封是保證倒吊桶疏水閥避免泄漏蒸汽的關(guān)鍵之一。倒吊桶疏水閥同樣在蒸汽的飽和溫度下排放冷凝水。
    所有的機械式蒸汽疏水閥在疏水閥關(guān)閉以后，閥體內(nèi)存有一定的冷凝水，因此這種疏水閥可能會受到冷凍的危害，如果安裝在低溫的室外環(huán)境中，閥體需要保溫。

 

1.冷凝水到達(dá)疏水閥并在內(nèi)部形成水封。倒吊桶自身的重量使閥門打開，冷凝水便沿著倒吊桶排出。

2.蒸汽進(jìn)入吊桶內(nèi)，產(chǎn)生浮力使吊桶升起，閥門關(guān)閉。

3.倒吊桶內(nèi)部的蒸汽不斷冷卻并從排氣孔中溢出，同時冷凝水進(jìn)入倒吊桶，閥門再次打開，整個工作循環(huán)不斷。

4.倒吊桶內(nèi)的排氣孔不斷將空氣排出至疏水閥頂部，由于排氣孔很小，排氣比較緩慢，因此常會需要安裝單獨的排氣閥。
圖2 倒吊桶式蒸汽疏水閥的工作過程
    2、熱靜力式蒸汽疏水閥
    熱靜力式蒸汽疏水閥根據(jù)蒸汽和過冷態(tài)冷凝水或空氣/蒸汽混合物之間的溫度差來工作。它可用于允許過冷臺冷凝水存在的設(shè)備，可利用冷凝水中的顯熱能。
    圖3為壓力平衡式熱靜力蒸汽疏水閥的工作過程，這種疏水閥有一個填充液體的不銹鋼密封囊，其填充液體的蒸發(fā)溫度低于飽和蒸汽溫度。選擇不同的填充液體，冷凝水的排放溫度不同，一般低于蒸汽飽和溫度5-10度。壓力平衡式疏水閥可根據(jù)壓力變化進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，其排水溫度保持與飽和溫度曲線一起變化。同時該疏水閥在冷態(tài)時是常開的，排空氣性能好。

1.起機時，密封囊是冷的，閥門完全打開，冷的空氣和冷凝水由疏水閥排出。

2.當(dāng)冷凝水溫度接近蒸汽飽和溫度，填充液體蒸發(fā)，產(chǎn)生的壓力作用于膜片上，克服壓力，在蒸汽進(jìn)入疏水閥前推動閥芯靠近閥座，關(guān)閉閥門。

3.冷凝水冷卻至低于或接近于蒸汽飽和溫度的設(shè)定溫度，密封囊中的壓力下降，閥再次打開，排放出冷凝水。
圖3 熱靜力蒸汽疏水閥-壓力平衡式疏水閥的工作過程
    雙金屬蒸汽疏水閥的工作原理是眾所周知的雙金屬片的感溫特性來工作。其工作過程如圖4所示。雙金屬的工作曲線近于蒸汽飽和曲線，雙金屬疏水閥一般低于蒸汽飽和溫度25-30度時排放冷凝水以充分利用冷凝水中的顯熱。雙金屬疏水閥容易受背壓大小的影響，背壓增大將降低排放溫度，增加了設(shè)備的積水量。

   

1.起機階段閥門是打開的，冷凝水和空氣迅速排放。

2.熱的冷凝水通過疏水閥，雙金屬片組被加熱后膨脹，推動閥芯靠近 閥座。當(dāng)冷凝水排放溫度接近蒸汽溫度時，閥門關(guān)閉。

3.冷凝水冷卻，雙金屬片組 收縮，閥門再次打開，又排放冷凝水。工作不斷循環(huán)。
 
圖4 熱靜力蒸汽疏水閥-雙金屬式疏水閥的工作過程
    熱靜力蒸汽疏水閥的優(yōu)點在于：體積小，重量輕，同時有較大的冷凝水排量，冷態(tài)時完全打開，排空氣性能好，安裝于室外不會受到冰凍損壞，耐水錘、腐蝕。是伴熱以及非關(guān)鍵蒸汽設(shè)備的理想選擇。
    熱靜力蒸汽疏水閥的缺點在于：低于蒸汽飽和溫度排放冷凝水，因此不能用于要求立即排放冷凝水的加熱設(shè)備，為了避免換熱設(shè)備的積水，熱靜力疏水閥前必須安裝1-2米的冷卻管。雙金屬式疏水閥對溫度變化的反應(yīng)相對較慢。
        3、熱動力蒸汽疏水閥（圓盤式蒸汽疏水閥）
    熱動力蒸汽疏水閥（在國內(nèi)又稱為圓盤式疏水閥）由于其結(jié)構(gòu)緊湊、原理簡單、工作可靠等特點在國內(nèi)外被廣泛使用，甚至達(dá)到被“濫用"的程度。熱動力疏水閥的工作原理如下圖所示。它是根據(jù)低速冷凝水與高速閃蒸蒸汽之間的“動力"壓差來工作，整個工作過程只有一個活動部件 – 不銹鋼碟片，它具有良好的關(guān)緊力并可以防止冷凝水回流回設(shè)備，確保設(shè)備的最大工作效率。
 
                                                               
 
圖5 熱動力蒸汽疏水閥的工作過程
    1.起機時，進(jìn)口壓力作用于碟片下部，頂起碟片，空氣和較冷的冷凝水立即排出。
    2.當(dāng)僅低于蒸汽溫度的熱冷凝水流經(jīng)疏水閥時，壓力降低產(chǎn)生閃蒸蒸汽。高速的閃蒸蒸汽在碟片下方產(chǎn)生一個低壓區(qū)，使碟片靠近閥座。
    3.同時，集聚在碟片上方的閃蒸蒸汽也使碟片壓緊閥座內(nèi)環(huán)及外環(huán)。 
    4.由于頂蓋的散熱，碟片上方的閃蒸蒸汽冷凝，壓力下降，碟片再次升起，排出冷凝水。工作循環(huán)不斷重復(fù)。
 
    由于熱動力蒸汽疏水閥的工作原理要求進(jìn)入疏水閥的壓力不低于一定的值，同時疏水閥的背壓一般不能高于進(jìn)口壓力的50%（良科公司熱動力疏水閥出口背壓最高可以達(dá)到80%），否則疏水閥將不能正常工作。另外，熱動力疏水閥為間歇式排放。因此，熱動力疏水閥一般不能使用于對加熱效率高同時帶有溫度控制設(shè)備的換熱器的應(yīng)用。熱動力疏水閥一般應(yīng)用于定壓系統(tǒng)的冷凝水排放，如蒸汽主管道、拌熱管線、壓燙機等的應(yīng)用。
    熱動力疏水閥在關(guān)閉過程中，閥芯和閥座之間有強烈的沖擊，如果閥芯和閥座的材質(zhì)選擇不當(dāng)、加工處理不合理，很容易造成閥芯和閥座的磨損，大大降低疏水閥的使用壽命。良科公司的熱動力疏水閥的閥芯和閥座采用特殊的材質(zhì)并經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理，同時在具有獨特的三孔式冷凝水出口，確保碟片在關(guān)閉過程的平穩(wěn)工作，避免不均勻磨損，提高使用壽命。
    總的來說，熱動力疏水閥具有體積小、重量輕，自動運行于其工作壓力范圍，無須調(diào)節(jié)，可用于高壓和過熱系統(tǒng)中，不受水錘和冰凍的損壞，可任意方向安裝，僅有一個運動部件，使用壽命長，維修簡單，可廣泛使用于定壓的冷凝水排放。
    熱動力疏水閥的確定在于無法用于過低進(jìn)口壓力或過高背壓的場合，排空氣性能較差，但使用帶防氣阻碟片可有效排除空氣。
    三、蒸汽疏水閥的選型
    由于各種型式的蒸汽疏水閥各有不同的優(yōu)缺點和不同的適用條件，因此多年以來各種型式的蒸汽疏水閥長期并存，應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)的各種設(shè)備中，沒有一種萬能的疏水閥。如從工作原理來看，浮球式蒸汽疏水閥幾乎可用于每一種應(yīng)用中，但事實上并非如此，在安裝空間較小的蒸汽主管上通常安裝熱動力型蒸汽疏水閥，而對于要求過冷態(tài)排水以充分利用冷凝水中顯熱的應(yīng)用中，浮球式疏水閥則是不合適的。
    蒸汽疏水閥的簡單技術(shù)使得用戶常嘗試用一種疏水閥滿足所有的要求，譬如只用浮球式疏水閥，但應(yīng)用要求以及設(shè)備性能的不同意味著一種疏水閥不可能滿足所有的應(yīng)用，否則就會影響整個系統(tǒng)的效率。
    因此為確保蒸汽疏水閥的正確選擇，應(yīng)考慮以下因素：
·      應(yīng)用場合
·      最大負(fù)荷
·      設(shè)備類型
·      系統(tǒng)壓力
·      最小負(fù)荷
·      材質(zhì)
·      背壓
·      安全系數(shù)
·      連接方式
·      蒸汽溫度
·      是否帶溫度控制
·      冷凝水是否回收
·      壓差
·      疏水閥后的提升高度
·      是否安裝排空裝置
    除以上因素外，我們同時應(yīng)考慮其它因素，如環(huán)境溫度是否會低于零度？冷凍會對疏水閥造成一定的損害，尤其是黃銅或鑄鐵材質(zhì)的疏水閥。系統(tǒng)中是否存在嚴(yán)重振動影響疏水閥的工作？起機/運行階段系統(tǒng)中會存在多少空氣？
    圖6給出了應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)中的一般疏水閥選型圖表，這里提供了兩種方案以利于選擇，但第一種方案總是第一選擇（括號內(nèi)為第二選擇）。
蒸汽疏水閥選型圖表
 
 圖6蒸汽疏水閥的選型指南
FT–浮球式疏水閥  BP–壓力平衡式疏水閥  TD–熱動力疏水閥
SM–雙金屬疏水閥  IB–倒吊桶疏水閥   AV– 自動排空氣閥
    四、蒸汽疏水閥的安裝
    在選擇了正確的疏水閥的型號和口徑以后，正確的安裝能確保疏水閥最有效的工作。蒸汽疏水閥僅僅是整個蒸汽疏水站的重要部分之一，蒸汽疏水站中各個部件的正確安裝與否都會對整體運行有影響。
 
 圖7蒸汽疏水閥站
    蒸汽疏水閥安裝時應(yīng)遵循以下各項原則：
    ●所有的疏水閥均有小的排放口，如管道中的雜質(zhì)、焊渣等進(jìn)入疏水閥，就很容易引起堵塞，從而導(dǎo)致疏水閥的泄漏或損害，因此需要在疏水閥上游安裝Y形過濾器。
    ●對于非直接排向大氣的系統(tǒng)，在疏水閥的上游應(yīng)安裝Spiratec檢測裝置以便于監(jiān)測和及時發(fā)現(xiàn)疏水閥失靈或設(shè)備積水情況。有些情況下在疏水閥下游安裝觀視鏡來代替Spiratec檢測裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動力疏水閥）下游至少一米處。
    ●當(dāng)排水管中存在背壓，為防止疏水閥進(jìn)口壓力降低或停機時蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。
    ●旁通忘記關(guān)閉會導(dǎo)致蒸汽泄漏或疏水閥故障，并增加冷凝水管道的壓力，從而影響其它疏水閥的工作，因此我們不建議安裝旁通。
    ●疏水閥的安裝位置應(yīng)低于用汽設(shè)備的出口，在疏水閥的進(jìn)口和設(shè)備出口之間應(yīng)有150mm左右的下降管。
    ●應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對于有垂直升降機構(gòu)的機械式疏水閥（如浮球式和倒倒吊桶疏水閥），如安裝方向不正確會導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。
    ●熱動力蒸汽疏水閥雖然能在任何安裝方位工作，但安裝于水平管道能獲得最大的使用壽命。
    ●有些用戶為節(jié)約費用，使用一個疏水閥來排放多個設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。
    ●對帶溫度控制的換熱設(shè)備，應(yīng)盡量避免冷凝水排放管向上的提升，因為在系統(tǒng)負(fù)荷降低時換熱器內(nèi)的壓力降低而不足于把冷凝水排放出去，從而使設(shè)備產(chǎn)生積水、水錘等現(xiàn)象。
    ●疏水閥應(yīng)盡可能接近被疏水設(shè)備的出口以防止出現(xiàn)蒸汽汽鎖。當(dāng)冷凝水出口和疏水閥之間的管道中充滿蒸汽時，冷凝水將無法到達(dá)疏水閥，從而造成汽鎖，設(shè)備積水，影響工作效率。
    ●如果熱靜力疏水閥用于蒸汽空間不允許積水的場合，需要在疏水閥上游加裝一段冷卻段，一般為2米左右。
    ●倒吊桶疏水閥應(yīng)用于過熱蒸汽或系統(tǒng)壓力波動很大的系統(tǒng)時，應(yīng)在進(jìn)口安裝止回閥以避免失去水封而泄漏蒸汽。
    ●在一些應(yīng)用中，倒吊桶疏水閥因為不能迅速排除空氣會導(dǎo)致預(yù)熱時間加長和設(shè)備積水，應(yīng)安裝一單獨的排空閥可保證設(shè)備有效的運行。
    ●如果雙金屬疏水閥安裝于有背壓的系統(tǒng)中，背壓的變化會影響冷凝水的排放溫度，背壓增大排放溫度下降，會增加設(shè)備積水的可能。
    ●機械式疏水閥安裝于室外低溫環(huán)境應(yīng)加于保溫。
    五、蒸汽疏水閥的監(jiān)測
    以下的原因可能會引起疏水閥的失效：
    ●如同所有的機械機構(gòu)一樣，蒸汽疏水閥也不可避免會遇到磨損的問題，而無法發(fā)揮正常功能。
    ●鍋爐水處理不好，鍋爐水過高的TDS值會使鍋爐水?dāng)y帶物進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，會減小或堵塞疏水閥排放口，請記住一個15mm口徑的疏水閥其排放孔通常在3mm左右。
    ●管道的雜質(zhì)、系統(tǒng)的水錘或腐蝕等都會對疏水閥造成致命的損害。
    ●另外，如果疏水閥選型、安裝不當(dāng)同樣會使疏水閥不能正常工作。
    蒸汽疏水閥的失效表現(xiàn)為泄漏蒸汽或無法排水。疏水閥泄漏蒸汽會造成能源的浪費，無法保證穩(wěn)定的壓力和溫度，增加冷凝水管道的壓力而影響其它設(shè)備的工作性能，對設(shè)備造成沖蝕等。而疏水閥的堵塞會導(dǎo)致設(shè)備積水，造成溫度控制不正確、損壞產(chǎn)品質(zhì)量、減少熱輸出、水錘損壞設(shè)備等。
    為了維持疏水閥的正常工作，日常的維護(hù)比不可少，如在定期檢修，更換內(nèi)部件等，沒有什么方法能夠替代疏水閥的維護(hù)工作，但可以通過有效的檢測方法來提高維護(hù)效率。
    以下是一些常用的檢測方法：
    ●在蒸汽疏水閥上噴水
    ●觀察疏水閥排放至大氣中的狀況
    ●使用觀視鏡
    ●使用溫度測量儀表
    ●使用超聲波檢測儀
    ●使用導(dǎo)電率檢測儀
    由于篇幅限制，本文不對以上方法展開詳細(xì)的討論。
    和整個蒸汽系統(tǒng)相比，蒸汽疏水閥是很小的部件，但疏水閥工作是否正常對蒸汽系統(tǒng)的能源消耗取致關(guān)重要的作用。通常在一個系統(tǒng)的改造中，疏水閥的費用占7%-10%，而其對整個系統(tǒng)的節(jié)能效果達(dá)到40%以上的貢獻(xiàn)。為了提高系統(tǒng)的效率，針對不同的應(yīng)用和工況，工程師們應(yīng)選擇質(zhì)量可靠、型號合適的蒸汽疏水閥，并應(yīng)正確安裝，注意日常的維護(hù)和定期的檢測。
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