蒸汽疏水阀与正确选型方法.pdf

2 0 0 3年第 4期 总第 8 2 期 应用能源技术 3 蒸汽疏水 阀与正确选型方法 渤海船舶重工有限责任公 司 孙艳枝 摘要介绍了蒸汽疏水阀的发展史， 蒸汽疏水阀的种类， 工作原理 ， 蒸汽疏水阀的使用选 型及其节能效果。 ’ 关键词蒸汽疏水 阀过冷度凝结水排量汽阻漏气率 中图分类号 T K 2 2 3 ． 5 ． 2 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 9 _ _ 3 2 3 O 2 0 0 3 o 4 3 0 4 1 概述 疏水阀是疏导水的阀门。而蒸汽疏水阀是用 于蒸汽管网中的疏导水 的阀门。不要小瞧这小小 的东西， 它起到 的作用却是很大的。开始人们只 是满足于它 的基本功能疏水 ， 直到上一世纪 末叶， 随着地球上能源资源的紧张， 人们对节能工 作给以了重视 ， 蒸汽疏水 阀的阻汽功能引起 了人 们极大关注。 1 ． 1 发展简史 ’ 蒸汽疏水 阀作为一种产 品面世， 当然是在蒸 汽锅炉发明之后。人们在实践 中发现， 水蒸汽是 种非常理想 的中间加热媒质 精 品能源 ， 它具 有大换热比、 容易控制 ， 且安全可靠等许多优点， 于是蒸汽换热器在工业 中得到广泛的应用。有的 将其做为生产中的主要设备 ， 诸如啤酒 、 造纸与粮 油加工等行业； 有的将其用于整个生产工艺流程， 如化工、 石油化工等行业 ； 有 的则用 于辅助生产， 如用于船舶 油轮等除外 与采暖等。 在疏水阀尚未诞生前 ， 人们对换热器的要求 仅局限于达到换热量而 已。逐渐人们发现蒸汽换 热器耗费的能源太大， 远远超 出了所需的换热量， 其原因是因为换 热器尾端 的一次 蒸汽 的大量泄 漏。为了解决这一问题， 最初人们仅在尾端安装 了类似截止阀一类的阀门， 用来 限制换热器尾部 的泄漏量。 最初的疏水阀使用效果与截止阀相近 ， 名字 叫做“ 迷宫型疏水器” ， 诞生时间大约在 1 9世纪 7 0 年代 。二十年后 ， “ 浮桶型疏水阀” 被研制 出来 ， 这 一 产品应该说 是正规 的疏水阀 ， 因为它起 到了蒸 汽疏水阀的基本作用。 浮桶型疏水装机后用不了几天， 铁锈 和水垢 就会使其损坏 ， 而且其保积和重量太大。二十世 纪二十年代， 一种跨世纪的产品诞生了， 这就是人 们司空见惯的“ 热动力型” 疏水阀， 它体积小、 结构 简单 、 安装与使用方便 ， 但其最大的缺点就是有效 寿命短。随后 ， “ 脉冲型” 疏水阀也面世 ， 其原理与 热动力相仿。进入 四十年代后 ， “ 热静力型” 疏水 阀被发明， 诸如波纹管疏水阀、 膜盒疏水 阀与双金 属疏水阀等产品皆属此类。同时“ 机械型” 疏水阀 以其疏水量大而独 占鳌头 ， 这一类产品包括倒吊 桶、 杠杆浮球和 自由浮球等。 1 ． 2 国外主 要生产 厂 家 1 S P I R A X S A R C O公司 这是一家在英 国注册的公司 ， 生产疏水 阀的 品种主要以杠杆浮球和热动力为主， 其中杠杆浮 球较有特色， 属于正密封的杠杆浮球， 旁边另设一 双金属排气 口。 2 A R MS T R O N G公司 这家在美国的公司大家比较熟悉 ， 因为它进 人中国市场已有十余年。该公司主要以生产倒吊 桶型疏水阀为主。该公司也生产一些其他形式的 疏水 阀产品。 3 Ⅶ 公司 加拿大 的 V E L A N公 司是 以生产双金属疏水 阀而著称于世 的， 同时还生产浮球双金属型 和活塞双金属型疏水阀。 4 T L v公司 日本的 T L v公司的主打产品是 自由浮球和 自由半浮球型疏水 阀， 同时也生产一些其他形式 的疏水阀。 5 G R I S T R A公司 维普资讯 4 应用能源技术 2 0 0 3年第 4 期 总第 8 2期 这是一家德 国的公司， 它的产品主要有双钢 片、 膜盒和双阀口杠杆浮球疏水阀。 1 ． 3 国内状况 我国在建国初期， 工业底子薄， 整个工业基础 很差 。我 国在 6 o年代中， 才开始有厂家生产热动 力型和老式浮桶型的仿制品， 但产品质量差。直 到八十年代初， 我国的疏水阀生产才算进入状态。 到 8 0 年代末 ， 我国的蒸汽疏水阀已达到了仿制产 品遍地开花的状况。当然也有一些引进经消化后 加以改造的产 品。可 以说 ， 疏 水阀再从 国外进 口 应该是没有必要 的， 因为其各种性能与有效寿命 都不 比国外差。 1 ． 4 蒸汽疏水 阀的概念 以前疏水阀的代名词较多 ， 常听到的有如疏 水器、 回水盒等 ， 它们都是蒸汽疏水 阀。但究竟什 么叫蒸汽疏水阀呢8 O年代末 ， 国家标准中明确 规定 是从贮有蒸 汽的密闭容器内 自动排出凝结 水， 同时保持不泄漏新鲜蒸汽的一种 自动控制装 置 ， 在必要时也允许蒸汽按预定的流量通过。 关于蒸汽疏水阀的有效使用寿命 ， 国家有过 相关规定 蒸汽疏水 阀使用 8 O O O小时后 ， 漏汽率 不得超过 3 ％。 1 ． 5 蒸汽疏水阀的分类 分类以前有过多种方法 ， 这里没有必要来探 讨它。本文只向大家介绍现在经常使用的分类方 法。按照这一方法分类 ， 蒸汽疏水阀有四大种类 1 热动力型 这是依据蒸汽热动力学原理而设计制造的一 类疏水阀， 热动力是其原名， 现在的热动力有不少 厂家进行了改进 ， 连名称也都改称为圆盘型、 其实 基本原理并无大 的改变 ， 但是各种性能与使用寿 命等都有很大的进步 。 2 热静力型 利用某些材料的温度效应而制造的一类产 品， 诸如波纹管 ， 膜盒、 双钢片、 双金属以及记忆合 金 目前 尚不成熟 等。这一类产品在工作时 ， 由 于无大 的噪音 ， 因此称为热静力型。 3 机械型 顾名思义 ， 这一类产品是靠阀内部件 的机械 运动来实现疏水阀的功能。 、 如浮桶 、 倒浮桶、 倒 吊 桶、 杠杆浮球 、 自由浮球、 自由半浮球等等 。纯粹 的机械型没有 自动排除不凝汽体的功能 ， 而是靠 手动来实现这一 目的。 4 混合型 所谓混合型， 其实是上三种型式中两种以上 型式的组合 ， 而且大多是由机械型与热静力型的 组合。如现在生产的杠杆浮球 ， 其实应称做双金 属杠杆浮球。倒吊桶 ， 自由浮球与活塞等都是如 此 。 1 ． 6 蒸汽疏水阀常见产 品类型评析 。 ‘ 邕 图 1 浮桶型 图 2 热动力型 图 3 外调双金属型 浮桶 型 浮桶型疏水阀已有一百余年的历史 ， 其 主要 特点是疏水量较大 。但它的几大缺点迫使它退出 历史舞台 体积与重量大， 最大的笔者曾见过 3 0 0 公斤左右的； 寿命短， 用不了多少时间后易被铁锈 或水垢将浮桶 中心动作轴卡住 ， 从而使整个产 品 失效 动作灵敏度远不如浮球型 ， 简图见 图 1 。 热动力型 老式热动力的最大特点就是小 。它的缺点较 多， 一是 寿命短 ， 二是 工作起来 噪音大 ， 三是排空 性能不好 ， 四是能源浪费多。新型的热动力的各 方面性能比老式的要好 的多 ， 目前新型热动力主 要应用于较高压力下的较小疏水量的场合， 见图 2。 热静力型 这一类产品比较多 ， 双金属、 波纹管、 双钢片、 膜盒、 记忆合金等等型式皆属此列。它们的体积 比热动力略大， 工作起来性能稳定 ， 且无噪音 ， 但 是普遍疏水量较小， 疏出的水也有一定 的过冷度 疏出的凝结水温与饱和水温之差 。图 3 是外调 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m 2 0 0 3 年第 4期 总第 8 2 期 应用能源技术 5 双金属疏水 阀的结构简图。 自由浮球型 最初它是 聊公司的专利产品， 目前国内已 有不少厂家经改进后生产。其主要特点是动作灵 敏， 疏水量较大， 不足之处是防污性能不好， 寿命 还嫌不长， 见图 4 。 倒吊桶型 同样是正密封结构 ， 与 自由浮球不同之处 是 不以浮球来做 密封 阀瓣 ， 而是额外靠实心不锈 钢 球做阀瓣 ， 因此寿命 比 自由浮球长。其他性能与 自由浮球相同， 只是疏水量比同体积的自由浮球 小 ， 且伴有微小 的漏汽。 自由半 浮球 的动作原理 与倒 吊桶相似 ， 只是在结构上有些差异 ， 见图 5 。 图 4 自由浮球型 图 5 倒 吊桶型 图 6 杠杆浮球 型 杠杆浮球型 早年的产品使用起来 比较麻烦 ， 因为需要用 手动来排除不凝汽体。双金属被采用后 ， 其优异 的性能受到广大用户 的喜爱。它除具有 自由浮球 和倒 吊桶的优点外 ， 倒密封结构 的杠杆浮球本身 还具有止回功能 ， 既疏水 阀后不必装止 回阀。而 且此阀的工作背压率允许很高， 有利于热力管网 高温凝结水的回收， 而且其使用寿命也较长 ， 简图 见图 6 。 活塞型 一 种凝结水排量非常大的产品 可达 1 3 8吨／ 小时 ， 目前国内已有厂家制造 简图从略 。 2 关于正确选用疏水阀 。 蒸汽疏水阀品种较多 ， 实际工况又很复杂， 自 然给使用者带来麻烦 ， 加之又没有一本像样的权 威选型指导书籍 ， 因此工程设计人员选错疏水 阀 型号是司空见惯的。笔者仅想就疏水阀选型中应 该引起注意的几个主要问量进行 阐述 ， 以引起 工 程技术与设计人员 的注意 ， 希望对他们 的工作有 所补益 。 2 ． 1 压力 习惯上 ， 设计人员在选择疏水阀时 ， 关于压力 方面都留有充分的余地， 例如， 一台工作压力 1 ． O MP a的蒸汽换热器 ， 设计人员往往选择 1 ． 6 M P a 的疏水 阀， 对于个别型式 的疏水阀 ， 像热动力型， 这种选型还不算其为错误； 但对机械型 和混合 型 功能型， 这种选择往往发生错误 ， 因为这些型式的 疏水阀随着工作压力的提高 ， 其在一定压力下的 凝结水排量一般将会下 降， 结果将会带来换热器 憋水 ， 从而换热量将不足。因此 ， 关于疏水阀的压 力选择上 ， 应该选择相等或略高于工况产品。 2 ． 2 温 度 个别设计人员在设计时 ， 有时忽略疏水 阀的 最高使用温度。这种情况往往发生于蒸汽压力不 太高， 送人的是过热蒸汽的场合。在疏水阀的设 计中， 由于最高使用温度的不同， 选用的阀体、 阀 盖与阀内零件的材料也不同。每一种疏水阀的使 用说明书都明确地标明其最高使用温度。 2 ． 3 疏水量 凝结水排量 疏水量 凝结水排量 是选择疏水阀的非常重 要的参数。 大家都知道 在选择疏水阀时 ， 其疏水量应大 于换热器产生 的凝结水量 ， 相 当或略大于都不能 使换热器正常工作 ， 因此 ， 疏水阀的疏水量应是换 热器产生凝结水量 的数倍 ， 人们将这个倍数称做 “ 安全系数” 。 这个“ 倍数” 就给人们带来疑 问 究竟应该几 倍 其实 ， 这的确是个非常难 以回答 的问题 。前 面已经讲过 不 同型式 的疏水阀， 由于其结构不 同， 其疏水原理与疏水效果是不一样的。比如， 热 静力型的疏水阀， 其疏出的凝结水肯定要有一定 的过冷度 一般不低于 1 5 ℃ ， 如果换热器连续产 生较多的凝结水 ， 疏水阀前又无足够长的冷凝段， 维普资讯 w w w . b z f x w . c o m 6 应用能源技术2 0 0 3年第 4 期 总第 8 2 期 那么既使该阀的疏水安全系数符合设计要求 ， 也 不会达到理想的疏水效果 ； 又如机械型的疏水阀 用于伴热管线， 即使安全系数等于 1 ， 疏水效果也 会很理想。 换热设备安装疏水阀为什么要有“ 安全系 数” 有许多人对此不理解 。原因是这样的 1 疏水阀疏水量 的试验是在连续供给定温 水状态下进行试验得 出的数据 ， 这本身与实际工 况相差就很大； 2 换热器在运行过程中， 由于环境温度的变 化或换热器的不连续运行或 间断送 汽， 都会造成 短时间的凝结水集聚。 总之， 疏水 阀的凝结水排量是选择疏水阀的 一 个非常重要的参数， “ 安全系数” 必须要有， 又没 有必要无 限放大 ； 不 同类型 的疏水 阀的“ 安全 系 数” 是不同的。 2 ． 4 换热器的类型 在实际应用 中， 换热器 的类型是很 多的。直 接换热排除开外 ， 间接换热器大体 有如下几种类 型 1 高进汽低出水 ； 2 低进汽高出水 ； 3 水平进 出， 中间换热部分 升高或 降低 皆 具 。 对于安装疏水阀而言 ， 第一种是 最合理 的换 热器 ， 而第二 、 三种则不是很理想的换热器。但是 由于某些具体原 因， 不理想的换热器又必须那样 制做 ， 这样的换热器就应该安装特殊的疏水阀。 对于第二 、 第三种换热器 ， 由于出口高于进 口 或 中间部分高于进 口， 换热器尾端装上疏水阀后 ， 在运行过程中， 难免要产生汽阻。这个 “ 汽阻” 是 个非常讨厌的东西， 它给疏水阀关闭的信号， 从而 tal k了后部产生的凝结水 的疏出， 直到产生汽阻 的蒸汽消失 ， 后部的凝结水才能进入疏水阀。这 样 ， 间断汽阻的产生 ， 便使换热器的换热效果发生 周期性的忽强忽弱的变化 。如果这种换热器安装 了一 台阻汽性能优 良的疏水阀， 那么 ， 这种换热器 将无法正常工作 。要想正常工作， 只有设法使汽 阻消失掉。 但是 ， 怎样才能将 汽阻破坏 ， 从而使换热器能 够正常工作 呢一般来说 ， 最好的办法是使安装 于其尾端的疏水阀漏一点汽 ， 以保证换热器正常 工作 。当然 ， 疏水阀的漏 汽率应在不影 响换热设 备正常加热的条件下越小越好 。而且 ， 疏水 阀的 疏水安全系数应足够大。 因为即使是最理想的换热器对疏水阀的要求 也不是很宽松的。如果换热器对加热温度要求比 较严格 ， 那么疏水 阀最好选用机械或机械混合型 。 因为机械型或机械混合型疏水阀的最大特点就是 动作灵敏 ， 且可排放高温凝结水 甚至可排放饱和 水 ， 如果该换热器对加热温度要求不严 ， 则可选 用排量足够的其他类型的疏水阀。 2 ． 5 疏水温度 总体来说 ， 对换热器加热温度要求不高 、 疏水 量又不是很大的场合 ， 选用双金属等热静力 型为 好 对换热器加热温度要求较高或疏水量较大的 场合 ， 应选用机械型为主的产品。 蒸汽疏水阀总体选择方法 1 疏水阀的使用压力的选择应 略高于或 等 于换热器的最高送汽压力； 2 疏水阀单位时间的疏水量应是换热器 的 高峰送汽量的数倍 ， 具体倍数 的大小应按换热器 的具体情况来定。 3 换热器使用过热蒸汽时 ， 应考虑到疏水 阀 的最高使用温度 ； 换热器加热温度要求在 比较严 格的情况下 ， 最好选用质量上乘的混合机械型， 诸 如双金属浮球 、 自由浮球等。 4 特殊的换热器 ， 如造纸 、 纺织印染工业的 滚筒加热器 ， 橡胶行业 的硫化机等应用疏水阀时， 应选用带外调 的混合机械型疏水阀 ， 人为地使疏 水阀漏一点汽 ， 以保证加热的正常进行。 综上所述 ， 关于蒸汽换热器上应用 的疏水阀 的选择是很有讲究 的， 应该引起工程技术人员足 够的重视。同时， 疏水 阀选型正确， 使用效果将非 常理想 ； 如果选错 ， 不仅浪费了能源 ， 甚至影 响生 产正常运行 。 3 结论 1 蒸汽疏水阀是蒸汽动力系统中起较大节 能作用的产品； 2 蒸汽疏水阀的有效使用寿命是衡量蒸汽 疏水 阀品质优劣的一个重要指标 ； 3 蒸汽疏水阀的选型是很有讲究的， 选择不 当， 不仅保证不 了生产工艺的要求 ， 节能效益就更 谈不上了； 选择正确 ， 不仅可 以保证生产工艺的要 求 ， 而且可以获得较大的节能效益。 维普资讯