蒸汽疏水阀选型原则.pdf

罗 晖蒸汽疏 水阀选型原则 7 蒸汽疏水阀选型原则 罗 晖 华陆工程科技有限责任公司西安7 1 0 0 6 5 摘要 根据疏水阀的国家标准和实际使用效果，采用定性、定量相结合的方法， 分析蒸汽疏水阀的选型 原则，提出选型建议。 关键词蒸汽疏水阀选型 在工程设计 中，蒸汽疏水 阀不再仅仅是保 证 用汽设备高效工作、凝结水及时排出、蒸汽和凝 液系统平稳运行的重要阀门，其 “自动运行、阻 汽排水” 的节 能功效 已越来越凸显 出来 ，全 国在 用的蒸汽疏水阀约 1 5 0 0万台 ，其 中约 5 0 ％ 因选型 原因达不到漏汽量 ≤3 ％、使用寿命 ≥8 0 0 0 h的现 行国标要求 ，每年因此损失约 2 3 0 0 0 k t 标煤。为提 高能源使用效率并最大限度回收能量，针对不同 的使用工况选择质 量可靠、型号合 适 的蒸汽疏水 阀便成为工程设计中一项重要的工作。 本文 以甘 肃某公 司生产 的蒸汽 疏 水 阀为例 ， 结合设计经验和现场实际使用情况，从工程设计 的角度介绍蒸汽疏水阀选型原则和疏水量计算方 法 带动力蒸汽疏水 阀不在本文讨论范围 。 1 选型原则 根据蒸汽冷凝水 的系统要求 和疏水阀 的特性 参数 ，从过 冷度、背压率 、压差、疏 水量 和蒸汽 压力 5个方面 ，阐述疏水 阀的选型原则。 1 ． 1 过冷度 过冷度既是系统要求，也是疏水阀特性参数。 1 当蒸汽设备要求 加热速度快 、温度控制 严 、不积存凝 结水 、严格保证传 热效率 时，系统 要求蒸汽冷凝水 的过 冷度最小 ，应优先选 用过冷 度最小 ≤5 ℃ 的机械型疏水阀。 2 当蒸汽设备对加 热速度、温度没 有严格 要求，但积存的冷凝水会干扰蒸汽设备的稳定运 行时 ，虽然 系统对蒸汽冷 凝水 的过冷度无 明确要 求 ，原则上也应优先选用过冷度最小 ≤5 ℃ 的 机械型疏水阀。 3 当蒸 汽设备有利用冷凝水显热 的要求 时 伴热管道等 ，系统要求蒸汽冷凝水的过冷度较 大 ，应选用 过冷度大且可 调 ≥1 5 ℃的热静力 型疏水阀。 1 ． 2 背压率 背压率为 系统要求 ，允 许背压率为 疏水 阀特 性参数。 P x P 2 ／ P 1 x1 0 0 ％ 1 P r P 4 ／ P 3 1 0 0 ％ 2 式中 ，P x 为背压率；P 为允许背压率；P ， 为疏水 阀进口操作压力，M P a ；P 为疏水阀出13 操作压 力 ，MP a ；P 3 为疏水阀进 口试验压力 ，MP a ；P 4 为 疏水 阀出口最大试验压力 ，MP a 。 1 本公式假定 P 1 P 2 ，P 3 P 4 。 2 背压率和允许 背压率公式相 同，但所指 不同。背压率是指实 际操作环境下疏水 阀前后操 作压力的百分 比，是 系统要求 ；允 许背压率是 在 不同蒸汽压力条件下 ，逐步提高疏水 阀后压 力直 至疏水阀不 能正 常排 出冷凝水 的最大 阀后压力与 阀前压力百分比的平均值，是疏水阀的特性参数。 因试验中的环境、介质运行平稳，背压变化缓慢， 所以允许背压率实际上是该疏水阀的理想值或能 达到的最大值 ，在实 际应 用 中必须考虑 到偶 然因 素给疏水 阀动作带来 的影响 如 季节变化 、负 荷波动等 ，因此要求疏水 阀允许背压率大 于蒸气 冷凝水系统实际背压率，两者差值不能太小，更 不能相等。 3 无背压蒸汽冷凝水 系统对 疏水 阀类 型无 要求 。 4 有背压蒸汽冷凝水系统应优先选用允许 罗晖高级工程师。1 9 9 3年毕业于武汉化工学院有机化工专业。现从事石油化工工程的管道设计工作。联系电话 0 2 9 8 7 9 8 9 0 2 5。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 C H EIV l I C A L E N GI N E E R I NG D E S I GN 化工设计 2 0 1 2， 2 2 2 背压率最高 8 0 ％的机械型疏水阀；如因安装 空间、安装形式、过冷度等因素限制，可改用允 许背压率适 中 5 0 ％ 的热动力型疏水 阀；当蒸 气冷凝水系统要求有较大过冷度时 伴热管道 等 ，可选择允许背压率最低 3 0 ％的热静力型 疏水阀。例如 一般石油化工装置 内P≥0 ． 1 0 MP a ， 且排放量 ≥1 0 0 k g ／ h的冷凝水通过 管网回收时，优 先选用允许背压率最高的机械型疏水阀；反之 PP 4 。 2 压差 △ P ， 和最小允许压差 △ P 所指不同。 压差是指实际操作环境下疏水阀前后操作压力差， 是系统要求 ；最小允许 压差是 指在不 同蒸 汽压力 条件下，逐步提高疏水阀后压力直至疏水阀不能 正常排出冷 凝水 的最大 阀后 压力与 阀前 压力相减 的平均值 ，是疏水 阀 的特 性参数 。因试 验 中的环 境 、介质运行 平稳 ，阀后 压力 变化缓慢 ，所 以最 小允许压差实 际上是该 疏水 阀的理 想值或能达 到 的最小值 ，在实际应用 中必须考 虑到偶然 因素 给 疏水阀动作带来 的影 响 如季 节变化、负荷 波 动等 ，因此要求蒸气冷凝水系统实际压差大于疏 水 阀最小允许 压差 ，当两 者相 等 时 ，疏水 阀将 不 能正常工作。 3 当蒸汽用户 为设备而非 管道时 ，蒸 汽管 网压力不等于疏水 阀进 口操作压 力 ，因容积突然 变大的闪蒸 蒸汽由管网进入设备 ，疏水阀进 口 操作压力必定小于蒸汽管网压力 ，一般取疏水阀 进 口操 作 压力 蒸 汽 管 网压 力 一0 ． 0 50 ． 1 MP a G ，疏水阀出口操作压力取阀后最高工作背压 直排大气时为0 ，这样就得到该工况下的最小压 差，与计算得到的疏水量查表就可确定疏水阀的 型号，同时因压差与疏水量成正 比，疏水阀工作 时压差增大疏水量可相应增大，这样就能保证即 使阀后压力有较大波动，该疏水阀也能正常工作。 1 ． 4 疏水量 疏水量既是系统要求 ，也是 疏水阀特性参数 。 1 ． 4 ． 1 开工时管道的冷凝水量 G 1 [ WI C P 。 一r o C P 2 r o ] I1 Hx一 5 式 中，G 为开工时管道 的冷凝水量 ，k g ／ h ；W 为 管道重量，k g ；W2 为保温材料重量，k g ；C P 为 钢管材料 比热容 ，k J ／ k g ℃ ， 碳钢为 0 ． 4 6 9 、 合金钢为 0 ． 4 8 6 ；C P 2 为保温材料 比热容 ，k J ／ k g q C ， 一般取 0 ． 8 3 7 ；T s 为蒸 汽温度 ， o C；T o 为大气温度， ℃；H 为工作条件下饱和蒸汽焓值 ， k J ／ k g ；H 2 为工作条件下饱和冷凝水焓值，k J ／ k g ； L为管道长度 ，m。 1 ． 4 ． 2 生产时管道的散热量 G 2 [ 2 7 r r o ]1 ． 3 ／ [ h a D 0 ／ D1 ／ x 2 ／ D o a ] 6 1 ． 1 6 3 6 ∞1 ／ 2 式中，G 为生产时管道的散热量，W／ I n h ； T s 为蒸 汽温度 ， ℃；T o为大气温度 ， c I ； 为保 温 材料 的导热 系数 ，w／ m o C ， 一般 岩棉 为 0 ． 0 4 3 ；D 为保温层内径 ，n l ；D 。 为保温层外径 ， m； 为保温层外表面向大气 的散热 系数 ，W／ I l l ℃ ； 1 为风速 ，m ／ s 。 1 ． 4 ． 3 生产时管道 的冷凝水量 G 3 G 2 L ／ E 0 ． 2 7 7 8 一 ] 7 式中 ，G ，为生产 时管道 的冷凝水量 ，k g ／ h ；L为 管道长度 ，m；H 为工作 条 件下 饱 和蒸 汽焓 值 ， k J ／ k g ；H 2 为工作条件下饱和冷凝水焓值，k J ／ k g 。 1 ． 4 ． 4 疏水量 G 4 G l N 8 G 3 N 9 式中，G 为开工时管道 的疏水量 ，k g ／ h ；G 为生 产时管道 的疏水 量 ，k g ／ h ；G 为开工 时管道 的冷 凝水量 ，k g ／ h ；G ， 为生产时管道 的冷凝水量 ，k g ／ h ；N为安全系数 按文献 1表 B 1 所列 。 1 蒸汽系统实际疏水量与疏水 阀额定疏水 量是不同 的。蒸 汽系统实际疏水 量是指一定 工艺 条件下假定疏水阀连续排出冷凝水的计算值，是 系统要求 ；疏水阀额定疏水量 是指在相 同工艺条 件下一段额定时间内疏水阀排出冷凝水 的实测值 ， 是疏水阀的特性参数。考虑到绝大部分疏水阀间 断排水的运作特点以及开车等的非正常工况，疏 水量的计算值还需要乘以 “ 安全系数” ，才能得到 用来选择疏水阀的额定疏水量 。 2 过热蒸汽的疏水量计算同上 ，只需将蒸 汽焓值与过热温度一一 对应 即可 ，因浮球 式疏水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 罗 晖蒸汽疏水 阀选型原则 9 阀不耐水锤 冲击 ，热静力 型疏水 阀不能 用于过热 蒸汽，因此高 压、过热蒸 汽一般选 用热动力 型疏 水阀。 1 ． 5 蒸汽压力 蒸汽压力为系统要求，用于确定疏水阀的最 大允许压力。 在此处蒸 汽 压力是 指蒸 汽 系统 的设计 压 力 ， 是系统要求 ；最大允许压力是 指某一型号某 一材 质疏水阀能够承受 的最大蒸汽 压力 ，是疏水 阀 的 特性参数 。一般疏水 阀最大允许压 力 蒸 汽设计 压力，但不 能相差过大 ，因为最大允许 压力 有 时称为公称压力过高的疏水阀在低操作压力工 况下疏水 量 会 相 应减 少 ，直 接 影 响冷 凝 水 排 出 效果 。 2 案例分析 2 ． 1 工艺条件 东北某化工厂装置管廊上 主蒸 汽管道低 点选 用圆盘式疏水 阀排放蒸汽冷凝水 ，其工艺条 件见 表 1 。 表 1 蒸汽管道工艺条件 内容 数 值 内 容 数 值 蒸 汽 萼 压 力 ， 1 ． 2 蒸 } 计 2 o o M P 8 G ⋯ 温度 ， ℃ ⋯ 蒸汽管 I 道操作压 力， 1 ．L ID_tP 1 0 蒸 作1 8 7 J u ‘ 4～G， 一 温度 ， ℃ 蒸 凝 压 ，0 环境温度 ，℃ 2 O MPa G 疏 最 辱 差， I ． 0 管 道 材 质 2 0 钢 M P a G 风速 ，m／ s 8 疏水间距 ，m 5 0 蒸 汽 管 道 保 温 材 料 岩 棉 葶 道 保 温8 0 厚 度 ， m m 注 介质为饱和蒸汽；疏水阀为室外水平安装。 2 ． 2 故障现象 开车阶段升温发现该 阀不 动作 ，管 内冷空气 和初期冷凝水未排 出，蒸 汽管道伴有 轻微水锤 现 象 ，打开阀前放净排放 出空气和大量冷凝 水后 现 象消失 。 冬季蒸 汽系统负荷较低 时，该阀启 闭件活 动 异常 发出 “ 啪啪啪”频率较高的启闭响声 ，当 降至 1 ／ 2 正常负荷后， 启闭件已不再闭合，二次蒸 汽夹带少量冷凝水连续排出。 2 ． 3 故障分析 开车阶段阀 门开启 度大 ，冷空气 、蒸 汽速度 过快 ，当冷空气经过疏水 阀时在启 闭件两侧 产生 了流速差、压力差，闭合 了启 闭件 ，导致冷空气、 初期冷凝水无法排 出造成 “ 气堵”现象 。 冬季在室外极寒环境下 ，因蒸汽冷凝速 度快 ， 导致疏水阀启闭件频繁开关，此时如蒸汽负荷、 压力降低很多 ，阀前又有较长的 “ 冷凝段”，流经 启 闭件的蒸 汽和冷凝水 混合物的速度 已无法在启 闭件两侧产生压力差 ，导致 蒸汽夹带冷凝水连续 “ 喷放” 的现象。 根据 以上分 析可 知 ，该 疏水 阀型 式不适 当， 应该重新选型。 2 ． 4 计算 2 ． 4 ． 1 过冷度 虽然主蒸 汽管道不要求 1 0 0 ％无冷凝水 出现 ， 但考虑到蒸 汽输送 波动对工艺 系统 的影 响，应尽 量保证主蒸 汽管道平 稳运行 ，减少 管道 内冷凝水 的存留量 ，最大程 度 的避 免水锤 ，因此 可初 步选 定过冷度最小的机械型疏水阀。 2 ． 4 ． 2 背压率 根据式 1 计算得 P P 2 ／ P 1 1 0 0 ％ O 背压率为 0 ，对疏水阀类型无要求。 2 ． 4 ． 3 压差 根据式 3 计算得 A P I P 1 一 P 2 1 ． 0 MP a G 压差最大 ，对疏水阀类型无要求 。 2 ． 4 ． 4 疏水量 1 根据式 5 计算开工时管道 的冷凝水量 升温时间按 l h考虑 C [ C P 。 T s T o c P 2 r s T o ] Hi 一 [ 3 1 ． 5 x 0 ． 4 6 9 1 8 7 2 0 1 0 ． 3 x O ． 8 3 7 1 8 7 2 0 ] 5 0 2 0 1 4 9 7 k g ／ h 2 根据式 6 计算生产时管道的散热量 G 2 [ 2 r r 一T o ]1 ． 3 ／ [ h a d 0 ／ D1 ／ A 2 ／ D o a ] 1 ． 1 6 3 6 1 ／ 2 G 2 [ 2 ． 6 3 ． 1 4 1 8 7 2 0 ] [ 1 n O ． 3 7 9 ／ 0 ． 2 1 9 0 ． 0 4 3 2 0 ． 3 7 9l 1 ． 6 3 ]1 0 3 ． 2 6 6 w／ m h 3 根据式 7 计算生产 时管道 的冷凝 水量 G 3G 2 uE o ． 2 7 7 8 一 ] 1 0 3 ． 2 6 6 5 0f 0 ． 2 7 7 8 2 0 1 4 9 ． 3 k g ／ h 4 根据式 8 计算开工时管道的疏水量 按文献 1表 B l所列 ，取 N 3 G 4G． N 2 9 1 k g ／ h 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 0 C HE MI C AL E N GI NE E R I NG D E S I G N 化 工设 计 2 0 1 2， 2 2 2 5 根据式 9 计算生产时管道的疏水量 G 5G 3N2 7 ． 9 k g ／ h 2 ． 4 ． 5 蒸汽压力 饱和蒸汽设计压力 为 1 ． 2 M P a G ，可确定 疏水阀允许压力范围为 1 ． 4～1 ． 6 MP a G 。 2 ． 5 分析选型 1 比较开工 和生产 时管道 的疏水 量 相 差 近 1 0倍 ，但 由于生产时管道 的疏水量 2 7 ． 9 k g ／ h 太小 ，不好 选 型且 相 比开工 时管道 的疏水 量 2 9 1 k g ／ h 在价格上无 明显优势 ，因此按开工时 疏水量 2 9 1 k g ／ h选型。 2 考虑 到过 冷度、疏水量 等 因素 ，决 定选 择额定疏水量较小、动作灵敏的倒 吊桶式 机械 型疏水 阀。 3 根 据 压 差 1 ． 0 M P a G 、疏 水 量 2 9 1 k g ／ h 、允许压力 1 ． 4～1 ． 6 MP a G ，查 甘肃 某 公 司 的产 品样 本 可 知 E s 9 2 11 4 1 ． 0 MP a G／ 3 7 0 k g ／ h 倒 吊桶式疏水 阀能够满足要 求。见 图 1 。 3 选型建议 1 当排水量 ≥1 5 t ／ h时，选用 杠杆浮球 式 疏水阀。 2 当排水量为 81 5 t ／ h时 ，选用 自由浮球 式疏水阀。 3 当排水 量 ≤8 t ／ h时，选用 倒 吊桶 式疏 水阀。 ∞ 一 删 擐 I _ - - 0| | 置 ≯ t ． 每 ．， l 、 ’ ， _ ， ． _ 薯| 尊 镥| | 。 I l ． _ _ l1 ． 二 ≯ t ％ j ≈ ≮ 毪 ， ， _ i 。 | 。 叠 j 冬 l1； ’ 0 ／ _| 薯 。 一- _ l |多 丝 一 鼍 l _ ≥ I 毫 t 譬 0 f 薯 t ＼ 。 ll ≈ |_ - _ l | 。一_ _。 - ＼ 。 _ 0 曹 图 1排 量 图 4 主、支蒸汽 管道 和有背压蒸 汽伴热管 的 疏水 阀选用机械型。 5 无背压蒸汽伴热管道选用热静力型疏 水阀。 6 高压、过热蒸汽选用热动力型疏水阀。 4结语 1 蒸汽 疏水 阀 的疏水 量 随压差 动态 变化 ， 压差越大 ，疏水量越大。 2 过冷 度、背 压率、压差 、疏水 量、蒸 汽 压力五个方面可确定蒸汽疏水阀的具体型号 。 参考文献 1 G B T 1 2 7 1 2 1 9 9 1 ，蒸汽供热系统凝结水回收 [ s ] ． 2 中井多喜雄著．李坤英译．蒸汽疏水阀 [ M] ．北京机械 工业出版社 ，1 9 8 9 ． 修改 回稿 2 0 1 11 1 3 0 上 接 第 2 1页 Cl ／ z l 1 ． 0 5 50 ． 1 0 4O ． 1 1 P a 0 ． 9 60 ． 1 040 ． 0 9 9 2 ． 4 计算泄压面积 1 根据式 1 ， 计算每个单元 的泄压面积 Al1 0 Cl 1 0 x0 ． 1 11 1 6 6 ． 4 1 2 1 ． 8 9 I l l A，i--1 0 G 1 00 ． 0 9 97 7 7 ． 6 8 3 ． 7 2 m 2 总的泄压面积 A AI A 22 0 5 ． 61 m 3 结语 在泄压面积的计算中，泄压比是个关键参数。 通过讨论 得出 ，泄压 比主要与爆 炸介质 的燃烧速 度和厂房 的形状有关 ，本 文补充 了一部 分燃烧速 度不大于 6 0 c m ／ s 的可燃性气体的泄压比，对于燃 烧速度大于 6 0 c m ／ s的可燃气 体 ，其泄压 比建议根 据其燃烧速度参照 建筑设计 防火规范 乙烯、 乙炔和氢气 等介 质的泄压 比值确定 ；对于雾状 的 可燃性介质的泄压 比建议按丙烷确定。 参考文献 1 G B 5 0 0 1 6 2 0 0 6 ，建筑设计防火设计规范 [ S ] ．北京中 国计划出版社 ，2 0 0 6 ． 2 NF P A6 8 S t a n d a r d o n Ex p l o s i o n P r o t e c t i o n b y De f l a g r a t i o n Ve n t i n g[ S ] ． 2 0 0 7 ，E d i t i o n ． 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 2 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m