工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析

工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析

隨著國外能源危機(jī)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(duì)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。根據(jù)蒸汽疏水閥工作原理的不同，工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析蒸汽疏水閥可化為以下三種類型：

         1、機(jī)械型：依靠蒸汽疏水閥內(nèi)凝結(jié)水液位高度的變化而動(dòng)作，包括以下三種：浮球式：浮子為封閉的空心球體；敞口向上浮子式：浮子為開口向上的桶型；敞口向下浮子式：浮子為開口向下的桶型。

        2、熱靜力型：依靠液體溫度的變化而動(dòng)作，包括：雙金屬片：敏感原件為雙金屬片。蒸汽壓力式：敏感原件為波紋管或墨盒，內(nèi)部充入揮發(fā)性液體。

        3、熱動(dòng)力型：依靠液體的熱動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的變化而動(dòng)作，包括：圓盤式：由于在相同的壓力下，液體與氣體的流速不同，所產(chǎn)生的不同的動(dòng)，靜壓力，驅(qū)使圓盤閥片動(dòng)作。

         脈沖式：由于不同溫度的凝結(jié)水通過兩極串連節(jié)流孔板式，坐在兩極節(jié)流孔板之間形的不同壓力，驅(qū)使閥瓣動(dòng)作。    

二、各種工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析的工作原理

當(dāng)蒸汽冷凝時(shí)，它會(huì)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(dòng)時(shí)管道內(nèi)的空氣也必須排出蒸汽系統(tǒng)，但同時(shí)必須保留有用的蒸汽，這些功能就是由一種自動(dòng)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(jī)械式）而動(dòng)作，有些是感應(yīng)溫度的變化而動(dòng)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(dòng)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、工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析機(jī)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(jī)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，所有的斯派莎克浮球式蒸汽疏水閥均帶有熱靜力派空氣裝置，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(shí)。

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(duì)于其它類型的同口徑疏水閥排量大，因此它于換熱要求高、設(shè)備不允許積水的各種換熱設(shè)備以及帶自動(dòng)溫度控制的設(shè)備的。同時(shí)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。

1. 在起機(jī)階段，熱靜力排空 裝置可排出空氣，否則空氣積聚在疏水閥內(nèi)會(huì)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(shí)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。

機(jī)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(huì)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(duì)于大量空氣存在的場合就需要單獨(dú)的熱靜力排空氣閥，否則會(huì)造成設(shè)備積水，影響傳熱效率。因此通常建議安裝單獨(dú)的排空氣閥以保證設(shè)備迅速有效的起動(dòng)。很多倒吊桶疏水閥需要配置一個(gè)止回閥以防止在壓力突然變化或過熱時(shí)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(jī)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(huì)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。

工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析

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(shí)冷凝水進(jìn)入倒吊桶，閥門再次打開，整個(gè)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(huì)需要安裝單獨(dú)的排氣閥。

2、工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析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(gè)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(dòng)調(diào)節(jié)，其排水溫度保持與飽和溫度曲線一起變化。同時(shí)該疏水閥在冷態(tài)時(shí)是常開的，排空氣性能好。

1. 起機(jī)時(shí)，密封囊是冷的，閥門打開，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(dòng)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。

雙金屬蒸汽疏水閥的工作原理是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(shí)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。

工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析

1. 起機(jī)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(dòng)閥芯靠近閥座。當(dāng)冷凝水排放溫度接近蒸汽溫度時(shí)，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)。

熱靜力蒸汽疏水閥的優(yōu)點(diǎn)在于：體積小，重量輕，同時(shí)有較大的冷凝水排量，冷態(tài)時(shí)打開，排空氣性能好，安裝于室外不會(huì)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(diǎn)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(duì)溫度變化的反應(yīng)相對(duì)較慢。

3、熱動(dòng)力蒸汽疏水閥（圓盤式蒸汽疏水閥）

熱動(dòng)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(diǎn)在國內(nèi)外被廣泛使用，甚至達(dá)到被“濫用"的程度。熱動(dòng)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(dòng)力"壓差來工作，整個(gè)工作過程只有一個(gè)活動(dòng)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。

工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析

由于熱動(dòng)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(shí)疏水閥的背壓一般不能高于進(jìn)口壓力的50%，否則疏水閥將不能正常工作。另外，熱動(dòng)力疏水閥為間歇式排放。因此，熱動(dòng)力疏水閥一般不能使用于對(duì)加熱效率高同時(shí)帶有溫度控制設(shè)備的換熱器的應(yīng)用。熱動(dòng)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、伴熱管線、壓燙機(jī)等的應(yīng)用。

熱動(dòng)力疏水閥在關(guān)閉過程中，閥芯和閥座之間有強(qiáng)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。斯派莎克的熱動(dòng)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(shí)在具有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(dòng)力疏水閥具有體積小、重量輕，自動(dòng)運(yùn)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(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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、工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析的選型

由于各種型式的蒸汽疏水閥各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)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(shí)上并非如此，在安裝空間較小的蒸汽主管上通常安裝熱動(dòng)力型蒸汽疏水閥，而對(duì)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(huì)影響整個(gè)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：

除以上因素外，我們同時(shí)應(yīng)考慮其它因素，如環(huán)境溫度是否會(huì)低于零度？冷凍會(huì)對(duì)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(dòng)影響疏水閥的工作？起機(jī)/運(yùn)行階段系統(tǒng)中會(huì)存在多少空氣？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(hào)內(nèi)為第二選擇）。

四、工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析的安裝

在選擇了正確的疏水閥的型號(hào)和口徑以后，正確的安裝能確保疏水閥的工作。蒸汽疏水閥僅僅是整個(gè)蒸汽疏水站的重要部分之一，蒸汽疏水站中各個(gè)部件的正確安裝與否都會(huì)對(duì)整體運(yùn)行有影響。

1、蒸汽疏水閥安裝時(shí)應(yīng)遵循以下各項(xiàng)原則：

（1）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。

（2）對(duì)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(cè)裝置以便于監(jiān)測(cè)和及時(shí)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(cè)裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動(dòng)力疏水閥）下游至少一米處。

（3）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(jī)時(shí)蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。

（4）旁通忘記關(guān)閉會(huì)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。

（5）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。

（6）應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對(duì)于有垂直升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械式疏水閥（如浮球式和倒吊桶式疏水閥），如安裝方向不正確會(huì)導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。

（7）熱動(dòng)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。

（8）有些用戶為節(jié)約費(fèi)用，使用一個(gè)疏水閥來排放多個(gè)設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實(shí)際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。

（9）對(duì)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?yàn)樵谙到y(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)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。

（10）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(shí)，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。

（11）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。

（12）倒吊桶疏水閥應(yīng)用于過熱蒸汽或系統(tǒng)壓力波動(dòng)很大的系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在進(jìn)口安裝止回閥以避免失去水封而泄漏蒸汽。

（13）在一些應(yīng)用中，倒吊桶疏水閥因?yàn)椴荒苎杆倥懦諝鈺?huì)導(dǎo)致預(yù)熱時(shí)間加長和設(shè)備積水，應(yīng)安裝一單獨(dú)的排空閥可保證設(shè)備有效的運(yùn)行。

（14）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(huì)影響冷凝水的排放溫度，背壓增大排放溫度下降，會(huì)增加設(shè)備積水的可能。

（15）機(jī)械式疏水閥安裝于室外低溫環(huán)境應(yīng)加以保溫。

五、工業(yè)蒸汽疏水閥選型分析的監(jiān)測(cè)

1、以下的原因可能會(huì)引起疏水閥的失效，

（1）如同所有的機(jī)械機(jī)構(gòu)一樣，蒸汽疏水閥也不可避免會(huì)遇到磨損的問題，而無法發(fā)揮正常功能。

（2）鍋爐水處理不好，鍋爐水過高的TDS值會(huì)使鍋爐水?dāng)y帶物進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，會(huì)減小或堵塞疏水閥排放口，請(qǐng)記住一個(gè)15mm口徑的疏水閥其排放孔通常在3mm左右。

（3）管道的雜質(zhì)、系統(tǒng)的水錘或腐蝕等都會(huì)對(duì)疏水閥造成致命的損害。

（4）另外，如果疏水閥選型、安裝不當(dāng)同樣會(huì)使疏水閥不能正常工作。

2、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(huì)造成能源的浪費(fèi)，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(duì)設(shè)備造成沖蝕等。而疏水閥的堵塞會(huì)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。

3、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(cè)方法來提高維護(hù)效率。

4、以下是一些常用的檢測(cè)方法：

（1）在蒸汽疏水閥上噴水；

（2）觀察疏水閥排放至大氣中的狀況；

（3）使用觀視鏡；

（4）使用溫度測(cè)量儀表；

（5）使用超聲波檢測(cè)儀；

（6）使用導(dǎo)電率檢測(cè)儀.

和整個(gè)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(duì)蒸汽系統(tǒng)的能源消耗取致關(guān)重要的作用。通常在一個(gè)系統(tǒng)的改造中，疏水閥的費(fèi)用占7% - 10%，而其對(duì)整個(gè)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(duì)不同的應(yīng)用和工況，工程師們應(yīng)選擇質(zhì)量可靠、型號(hào)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(cè)。