国内蒸汽疏水阀使用现状及其管理探讨.pdf

第 3 9 卷第 2期 2 0 1 0年 3月 石油化工设备 PE TRO CHEM I CAI EQUI PM E NT Vo1 ． 3 9 NO ．2 M a r ． 2 O1 O 文章编号 1 0 0 0 7 4 6 0 6 2 0 1 0 0 2 0 0 4 8 0 4 国内蒸汽疏水 阀使用现状及 其管理探讨 赵 亮 ，王东林。 ，韦 华。 ，席国洁 1 ． 国家石油钻采炼化设备质量监督检验中心，甘肃兰州 7 3 0 0 5 0 ； 2 ． 中国石油 华北石化公司 ，河北 任丘0 6 2 5 5 2 ；3 ． 中石化 河南油田分公司 南 阳石蜡精细化工厂 ， 河南南阳4 7 3 1 3 2 ；4 ． 中国石化集 团 第五建设公司南京分公司 ，江苏 南京2 1 0 0 4 8 摘 要 介 绍 了国 内外蒸汽疏 水 阀的生产 、 使 用情 况， 指 出了蒸汽疏水 阀大部分 不能正 常发挥作 用的 原 因， 并提 出对疏 水 阀制造 、 使 用进行 监 管的模 式和 建议 。 关 键词 蒸汽疏水阀；使用；管理模式 中图分类号 T Q 0 5 5 ． 8 1 文献标志码 A Ap pl i c a t i o n o f Do me s t i c S t e a m Tr a p s a n d M o d e o f Ad m i n i s t r a t i o n ZHAO Li a n g ，WANG Do n g - l i n ，WEI Hi l a ，XI Gu 0 _ j i e 1 ． Dr i l l i n g a n d Re f i n i n g E q u i p me n t f o r t h e Qu a l i t y S u p e r v i s i o n a n d Te s t i n g Ce n t e r ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0， Ch i n a；2 ． CNPC No r t h Chi n a Pe t r o c h e mi c a l Co r p or a t i o n， Re n q i u 0 6 2 5 52， Chi n a； 3 ．S i n op e c He n a n Oi l f i e l d Na n y a n g W a x Fi n e Che mi c a l Pl a n t Co mpa n y， Na n y a ng 47 3 1 3 2， Chi na ； 4 ．S i n o p e c Th e F i f t h Co n s t r u c t i o n Co mp a n y ，Na n j i n g B r a n c h，Na n j i n g 2 1 0 0 4 8 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e d o me s t i c p r o d u c t i o n o f s t e a m t r a p s a n d t h e u s e o f t h e s t a t u s q u o we r e i n t r o d u c e d ． Th e c a u s e of pr o bl e m wa s p oi nt e d O u t t h a t mo s t of t he s t e a m t r a p c ou l d n o t pl a y n o r ma l r ol e a n d [ 1 4 ]熊源泉， 章名耀 ， 袁竹林 ， 等． 气固喷射器 内气 固两相流动三维 数值模拟[ J ] ． 中国电机工程学报，2 0 0 5 ， 2 5 2 0 7 7 8 2 ． [ 1 5 ]王皓为， 朱烨 ， 钟志华 ， 等． 气 固喷射器 的三维数值模拟[ J ] ． 能源研究与利用，2 0 0 8 ， 1 1 7 2 1 ． [ 1 6 ]梁爱国， 刘景植 ， 龙新平， 等． 射流泵内流动 的数值模拟及 喉管 优化[ J ]． 水泵技术 ， 2 0 0 3 ， 1 3 - 6 ， 1 5 ． [ 1 7 ]郭建 ， 沈恒根 ， 梁 珍 ， 等．喷射器结构 改进方 法及其 C F D 分析[ J ] ． 低温超导 ，2 0 0 9 ， 3 7 1 6 3 6 6 ． [ 1 8 3祝金丹 ， 张少维 ， 桑芝富． 采用新型喷嘴结构的蒸汽喷射器性能 E J ] ．石油化工设备 ， 2 0 0 6 ， 3 5 1 1 5 - 1 8 ． [ 1 9 ]金 良安， 王孝通 ， 刘学武 ， 等． 喷射器设计 与使用 管理中的一种 特殊现象研究[ J ] ． 机械工程学报， 2 0 0 4 ， 4 0 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运 行 ， 用 汽设 备热 效率 的提 高 及 能 源 的合 理 利 用 等 具 有重要 作用 。 蒸 汽疏水 阀 的理 论 寿命一 般在 1 ～1 0 a ， 实 际应 用 过程 中的使 用周期 更短 ， 但 需求量 大 。 目前 ， 国内 蒸 汽疏水 阀 的年需求 量在 6 0 0万 只左右 l 1 ] 。 实 践证 明 ， 蒸 汽供 热 系统所 消 耗 的 能源 在 我 国 能 源消耗 中占有重要 的地 位 ， 据统计 ， 我 国每 年至 少 有 7亿 t 煤 用 于蒸 汽 供 热 系统 ， 约 占全 国产 煤 量 的 1 ／ 3 。然 而我 国蒸 汽 的利 用 率 仅 3 0 左 右 ， 存 在 着 巨大的浪 费 ， 蒸 汽 供 热 系统 节 能 的 潜力 巨大 。根据 原 国家计 委 、 国家经 委 供 热 系统 节 能 调 查 与分 析报 告 中 的数 据 ， 在 锅炉 形式 一定 的情况 下 ， 根 据 国 内蒸 汽 疏水 阀的使 用状 况 ， 仅 蒸 汽疏 水 阀满 足 标 准 要求 的漏气率 3 的这 一项 ， 每年 可节 约 1 2 8 4万 t 标准 煤一 。2 0 0 5 年 的统计 数据 显 示 ， 全 国蒸 汽 疏水 阀拥 有量 为 4 0 0余万 台 ， 大约有 8 O 的 产 品达 不 到 现行 国家标准漏 汽率小于 3 的要求 ， 其漏气率大都在 1 0 ， 这样 1台蒸汽疏水阀每年要浪费 4 ． 4 4 t 标准 煤 ， 全 国正在使 用 的达 不 到 现行 国家 标 准 的蒸 汽疏 水 阀就要 浪费 1 4 0 0万 t 标 准煤 ， 折合 人 民 币约 1 8 亿元 j 。可 见蒸 汽疏 水 阀不 仅节 能效 益 显 著 ， 而 且 节能 的潜力 很大 。 此外 ， 蒸 汽疏 水 阀 对 蒸 汽 的节 约 ， 不 仅 节 约 了 煤 ， 而且减 少 了燃 烧 这部分 煤产 生 的 C O。 、 S O。 及粉 尘 的排放 量 ， 同时也 节 约 了产 生这 部 分 蒸 汽所 消耗 的其 他原 料 、 材 料 、 电力 、 水 、 人 力和设 备折 旧等 。 饱和蒸 汽冷凝 过 程所 释放 的热量 远大 于介 质温 度 变化所产 生 的热 量 。有 分 析 认 为 ， 冷 凝 过程 的对 流传热系数是液一 液对流传热系数的 1 O倍 。因此 ， 排出冷凝水不但可以降低换热面积 ， 提高换热效率 ， 而且增加了换热量。疏水阀及时排出冷凝水还能保 证设备的安全运行， 并避免水击现象的发生。 1 ． 2 分类 蒸 汽 疏 水 阀有 各种 不 同的疏 水 方 式 ， 有些 是 由 感 应密度 的变化 如 机械 式 而动 作 ， 有 些 是 由感 应 温 度 的变化 而动作 ， 而有 些 是 受 通 过它 们 的 热态 冷 凝水 本身 的 静 压 及 动 压 之 变 化 而感 应 开关 的 。 目 前 ， 按工作 原 理划分 ， 疏水 阀 主要有 3大类 。 1 机械 型 依 靠 蒸 汽 疏 水 阀 内凝 结水 液 位 高 度 的变化 而动 作 ， 分 为浮球 式 浮子 为封 闭的空 心球 体 、 敞 口向上 浮子 式 浮 子为 开 口向上 的桶 型 及 敞 口向下 浮子式 浮子 为开 口向下 的桶 型 。 2 热 静力 型依靠液 体温 度 的变化而 动作 ， 热 静力 型可 分为 ①压 力平衡 式热 静力 式蒸汽 疏水 阀 。 该 阀有 1个填 充液 体 的 不锈 钢 密 封囊 ， 其 填 充 液 体 的蒸 发温 度低 于饱 和蒸汽 温度 。选择 不 同的填充 液 体 ， 冷凝水 的排 放温 度不 同 ， 一 般低 于蒸汽饱 和 温度 5 ～1 O℃ 。压 力平 衡式疏 水 阀可 根据 压力 变 化进 行 自动 调节 ， 其排水 温 度 保 持 与饱 和 温 度 曲线 一 起 变 化 。同时该 疏水 阀 在 冷态 时 是 常 开 的 ， 排 空 气 性 能 好 。②双金 属蒸 汽疏 水 阀。该 阀利用 双金属 片 的感 温特性 来 工作 。双金 属 的工 作 曲线近 于蒸汽 饱 和曲 线 ， 双金属 疏水 阀一 般低 于蒸汽 饱和 温度 2 5 ～3 0 oC 时排 放冷凝 水 以充分 利用 冷凝水 中的显热 。双金 属 蒸汽 疏水 阀容 易受 背压 大 小 的 影 响 ， 背压 增 大 将 降 低排放 温度 ， 增加 了设 备 的积水量 。 3 热 动力 型 依 靠 液体 的热 动 力学 性 质 的变 化而 动作 ， 分为 圆盘 式 和 脉 冲式 2种 。圆盘 式 是利 用在 相 同的压力 下 ， 液体与 气体 的流 速不 同 ， 所产 生 的不 同的 动 、 静 压 力 差驱 使 圆盘 阀 片动 作 。脉 冲式 疏水 阀有 2个孔 板 ， 根 据 蒸 汽压 降变 化调 节 阀 门开 关 ， 即使 阀门完全 关 闭入 口和 出 口 ， 也 是 通 过第 一 、 第 二个 小孔 相通 ， 始终 处于 不完全 关 闭状 态 ， 蒸 汽不 断逸 出 ， 漏 汽量大 。圆盘式 由于具 有结 构紧凑 、 原理 简单 、 工作 可靠 等 特 点在 国 内外 被广 泛 使 用 。热 动 力蒸 汽疏水 阀根 据低 速冷凝 水 与高速 闪蒸蒸 汽之 间 的动 力压 差来工 作 ， 整 个 工作 过 程 只 有一 个 活 动部 件 不锈 钢碟 片 ， 它具 有 良好 的关 闭力 并 可 以 防 止冷凝 水 回流 回设 备 ， 确保 设备 的最 大工作效 率 。 2蒸汽疏水阀的研 发和应用现状 2 ． 1 研发情况 2 O世 纪 8 0年代 以来 ， 国外 蒸 汽 疏水 阀 门的生 产 和技术 发 展较快 ， 尤其 是 高 参 数 和 高质 量 的产 品 发展较快 。 目前 ， 超 超 临界 电站 锅 炉用 蒸 汽 疏水 阀 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 0年第 3 9 卷 的工作压力 已达 到 6 3 MP a ， 工 作 温度 达 6 5 0。C， 最 大压差 可达 3 2 MP a ， 其 正常 使用 寿命 达 1 2 0 0 0 h 。 该蒸汽疏水阀的壳体材料为铬 、 钼 、 钒钢等 ， 结构型 式有 热动力 型 、 热静 力 型 和机 械 型 。其 生 产厂 家 有 美 国的阿 姆 斯 壮 公 司 、 日本 的 TL V 公 司 、 德 国 的 G E s _ TR A 公 司 、 英 国的 S P I R AX S A P C O 公 司 、 加 拿大的 VE L AN公司等 ] 。 蒸 汽疏水 阀经 过 2 0 世 纪末 以来 的高速 发展后 ， 国外蒸汽疏 水 阀研 发的步伐 已经变缓 。研究 的重点 已转移到蒸 汽疏水 阀实际 的功用方 面 即蒸 汽疏 水 阀 的在役 检测 、 评 价 以及 维修 。 国内蒸 汽疏水 阀的发展 与国外先进 国家相 比起 步 较 晚。 目前 ， 仍 以生 产 中 、 低 压蒸 汽疏 水 阀为 主 ， 参数低、 性能差 、 寿命短 、 试验手段差 ， 仅个别厂家有 中压 以下产 品性 能试 验装 置 ， 大 多数 蒸 汽疏 水 阀生 产厂家基 本 处 于模 仿 、 测 绘 为 主 ， 产 品 不做 型式 试 验 ， 产 品出厂也不 进行性 能测试 。 在上 世纪 9 0年 代 以后 ， 我 国蒸 汽疏 水 阀 的 品 种 、 规格及 生产水 平与 国外 先 进水 平 的差 距 有所 缩 小 ， 也有部分企业的产品能够接近国外产品的质量， 见表 1 。但由于国内市场环境等问题 ， 2 0 0 0年以来 表 1 国 内外 蒸汽 疏 水 阀性 能 参数 对 比 发展 较慢 。根 据文献 [ 2 ] ， 目前 国 内蒸 汽疏水 阀试 验 装置 的状况是 中压全 性 能试 验 装置 已基本 被 拆 除 。 某厂 2 0 MP a的高压试 验装置 刚建成 未 投入使 用 就 因搬迁 而拆除 。同 时 ， 国 内研 究 蒸 汽疏 水 阀 的机 构 几 乎名存实 亡 。基 于上述 因素 ， 目前 我 国蒸 汽 疏水 阀的实 际产 品水 平 较 上世 纪 8 0年 代末 有 所 降 低 ， 产品质量和使用寿命也开始下降。零星的高参数产 品不 足 以代表 国 内蒸 汽疏水 阀的实 际水 平 。 近年来 ， 随着 国 内企 业 逐步 意识 到蒸 汽疏 水 阀 的节 能作用和 生产企 业 质 量意 识 的不 断 提高 ， 相 关 的研究 工作有 了进展 。己相继 开发 了一 些高参数 的 蒸汽疏水 阀 ， 而且 生产企业 加大 了新 产 品的研发投 人 ， 不少 企业重新 建立 了蒸 汽疏水 阀的试 验装置 ， 保 证 了试验研 究过程 和产 品性能 的提高_ 4 j 。 此外 ， 国内在蒸汽疏水阀使用方面的监测 、 评价 等工作 基本上 是空 白。 2 ． 2 应 用情况 蒸 汽疏 水 阀的正确选 用和使 用是发挥其 节能功 用 的根本途 径 。因此 ， 加 强对蒸 汽疏水 阀的监 测 、 评 价以及维修 ， 保证其长时间在设计条件下正常工作， 对蒸 汽供热 系统 的节 能非 常重要 。 1 9 8 0年， 英国皇家化学工业公司对蒸汽疏水阀 的选型及使用性能进行调查， 该调查不仅 了解蒸汽 疏水 阀的种类 并检 验选 型 时 的负 荷 ， 同时 也进 行 了 相关测 试 。其 中对一个 车 间的 4 1 5只蒸 汽疏水 阀所 做 的检 验结果 表明 ， 1 9 的疏水 阀 已失效 ， 6 3 的负 荷选型不匹配 ] 。对蒸汽主管线上 1 3 2只蒸汽疏水 阀的检验结 果表 明 ， 其 中 4 2 已失效 。 该公司对蒸汽疏水 阀寿命的检验也于 1 9 8 0年 开 始并一直 延续至 今 。为检 验各种 蒸汽疏水 阀的节 能效益， 在实验室中， 对 2家生产商正在使用的蒸汽 疏水 阀进行 了新鲜 蒸 汽损 失 测试 ， 测 试在 实 验室 状 态 下进行 即 2 O℃， 静 止空气 。该 实验未对蒸 汽疏 水 阀阀体 的热损失进 行检测 。检测 中凝 结水负荷 为 常见的 1 0 2 0 k g ／ h ， 检测结果表明， 作为通用的最 广泛采用的热动力圆盘式疏水阀， 其节能效果最差 ， 而且与倒 吊桶蒸 汽疏水 阀相 比 ， 寿命极短 。 而我 国 目前蒸 汽疏水 阀 的使 用情况基 本与 国外 8 o年代的水平相近， 情况大体相似。 从蒸汽疏水阀的生产和需求上看 ， 国内与国外 的差距很大， 有文献以 日本为例介绍 了国内蒸汽疏 水阀节能的差距 ， 日本和中国能源消耗相似 ， 我国约 1 0亿 t 标准 煤 ， 日本约 9 ． 5亿 t 标准煤 。 日本蒸 汽 疏水阀年产量 3 1 0万只， 每只寿命在 2 a以上， 漏汽 率在 3 以下 ， 蒸汽 系统平均热 效 率 蒸 汽 系统平 均 热效率是锅炉效率 、 管网热效率、 设备热效率 的乘 积 在 6 O 以上 。而我 国蒸汽疏 水 阀年 产量 4 0 0万 只左右， 平均每只寿命不足 1 a ， 一般漏汽率在 6 左右 ， 蒸汽系统平均热效率在 3 o 左右。 从蒸汽疏水阀产品标准制定看 ， 我 国目前和世 界基本 同步 ， 都是 2 0世 纪 8 O年代末 制定 的， 在 2 0 0 5年有所修订 ， 但 由于缺乏 出厂试验检验 的支 持， 造成蒸汽疏水 阀的使用性能达不到标准要求 。 同时在现有的具体试验中， 在试验方法上 ， 对高参数 蒸 汽疏水 阀也未 按 同等 的参 数 进行 试 验 ， 对 高 压蒸 汽疏水 阀的性能 动作 、 排 量 、 漏 汽量 不 能从 直接试 验 得 出， 实际产 品距 使用要 求还 有一定 的距 离 。 阀门行业制定的十一 五产业化规划中明确将 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵亮 ， 等 国内蒸汽疏水 阀使用现状及其管理探讨 高压蒸汽疏水阀作为优先发展 的产 品， 其开发的结 构 可为 热动力 型 圆盘式 、 机械 型高压 浮球 式 、 热 静力 型双金 属片 式 等 ， 该 类 型 阀 门 的公 称 尺 寸 D N1 5 ～ 5 0 ， 公 称压 力 1 5 MP a 。但 目前 这类 蒸汽 疏水 阀 门仍 在 大量进 口。 目前 ， 我 国蒸 汽疏 水 阀无论 在 产 量 和质 量 及产 品品种上都不能满足 国内市场 的需要 ， 高参数产品 基本 上 以进 口为主 ， 个 别企 业虽 然能生 产相 关产 品 ， 但缺少选型、 使用、 维修等相关服务措施 ， 影 响了产 品的推广应 用 。 此外 ， 国 内蒸 汽疏 水 阀的生 产企业 的研 发水 平 、 技术力量 、 加工能力以及实验手段各不相同， 其产品 质 量和产 品规格 参差 不齐 ， 多数 企业对 此认 识不 足 ， 研 发水平 低 ， 资金投 入亦 不足 ， 这些 问题 的存在 严重 影 响 了蒸汽 疏水 阀行业 的整 体发 展 。 2 ． 3 应 用 中存在 的 问题 蒸 汽疏 水 阀在 国内 长期 处 于 只装 不 管 的状 态 ， 大多 数企业 将其 作 为普 通 阀 门来 管理 ， 其 真 正 的节 能特 性没有 得到 体现 ， 造成 全 国 有近 8 O 的疏 水 阀 达不 到标准 规 定 的 3 的 漏气 率 的要 求 ， 其 漏 气 率 普遍 在 6 ～ l O 。这 些 疏 水 阀 中 ， 除 了产 品 质 量 问题 以外 ， 更 多 的是 对 其 不重 视 ， 缺乏 管 理 ， 蒸 汽 疏 水 阀得 不到 及时维 修 。 蒸汽疏水阀主要的功用为阻汽通水， 其工作环 境 相 当恶劣 ， 这 与其 他 阀 门的工 作 环 境 不 同 。疏 水 阀与普 通 阀 门工作 时虽 然 都 是 间歇 式 工 作 ， 但 疏 水 阀工 作 的频 次 明显高 于普通 阀 门 ， 如果 按 1 5 S 动 作 1次的话 ， 其运 动部件 每 年 的磨损 次 数 近 2 0 0万 次 ， 磨损 巨大 ， 一般疏 水 阀的功 能 寿命 在 1 ～2 a 。因 此 ， 企 业必 须将 疏水 阀作 为易损 易耗 品来对 待 。 依据 特 种设备 安 全 监 察 条 例 的规 定 ， 作 为 特 种 设备 蒸汽疏 水 阀的生 产企业 必须 实行 特种设 备制造 许可 制度 ， 产 品 必须 经 过 相 应 的检 验 认 证 之 后才 能进入 使用领 域 ， 但是 ， 由于这些 环节 未得 到有 效的控制， 致使大量不满足标准要求的产 品流入市 场， 导致蒸汽疏水 阀在使用 中不能很好地发挥其应 有 的作用 。 3 提 高蒸汽疏水 阀节能效率相关建议 1 开 展蒸汽 疏 水 阀产 品质 量 国家监 督 抽 查 工 作走 访制 造企业 、 市场 调研 、 蒸 汽疏水 阀应 用 企业 调查以及国内文献 的报道均证明， 蒸汽疏水 阀的产 品质 量 是其 在 使 用 中 能否 节 能 的关键 。从 1 9 8 2年 蒸汽 疏水 阀作 为节 能 产 品得 以推 广 以来 ， 到 现 在 已 有 2 O多年 ， 虽 然从 国家标 准 、 产 品 的规格 、 型号及 其 应用 范 围都有 了长 足 的 发展 ， 但 是 产 品 的质 量 仍 然 不尽 人意 。 因此 ， 应 严 格 开展 蒸 汽 疏 水 阀产 品质量 国家 监督 抽查 ， 督 促 企业提 高产 品质量 。 2 强 制性 或市 场 引 导 自愿 性 型式 试 验 型 式 试 验是 验证 产 品合 格 与否 的主要途 径之 一 。作 为一 种产 品的全 性能 检 验 ， 型式 试 验 能 为制 造 企 业提 供 产 品性 能 的验证试 验 ， 通 过这 种 试 验 帮助 制 造企 业 了解各 自产 品 的性 能 ， 促 使其 不断 改进产 品 的质量 。 无论 开展强 制性 还 是 市场 引 导 自愿 性 的型 式试 验 ， 都是 以生产 合格 产 品 为 目的 。为此 ， 应 当建 立行 业 公认 、 国家认 可 的疏水 阀型 式试验 准则 ， 以保 证产 品 质 量 。 3 节 能特种 设备 产 品认证 由特 种 设 备安 全 监察部 门组 织开 展 节 能特 种设 备 的产 品认 证 工 作 ， 通 过认证 促进 疏水 阀行业 进 步与发 展 。 4 开展 用能 企 业蒸 汽 疏 水 阀节 能 效 果评 价 工 作 通 过对 企业蒸 汽疏 水 阀节 能效 果 进行 评 价 ， 督 促 企业 做好 蒸汽疏 水 阀的安装 、 运行 及维 修工 作 ， 提 高蒸汽疏 水 阀 的节 能效 能 。 参考 文献 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