国内蒸汽疏水阀使用现状及其管理探讨_赵亮

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( 杜编) 收稿日期:2009-11 -18 作者简介:赵 亮( 1975- ), 男, 天津人, 高级工程师, 学士, 现从事石油钻采炼油化工设备质量检测工作。 文章编号:1000 -74606( 2010) 02 -0048 -04 国内蒸汽疏水阀使用现状及其管理探讨 赵 亮1, 王东林2, 韦 华3, 席国洁4 ( 1. 国家石油钻采炼化设备质量监督检验中心, 甘肃 兰州 730050; 2. 中国石油 华北石化公司, 河北 任丘 062552;3. 中石化 河南油田分公司 南阳石蜡精细化工厂, 河南 南阳 473132;4. 中国石化集团 第五建设公司南京分公司, 江苏 南京 210048) 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 :TQ 055. 81 文献标志码:A Application of Domestic Steam Traps and Mode of Administration ZHAO Liang1, WANGDong -lin2, WEI Hua 3 , XI Guo -jie4 ( 1. Drilling and Refining Equipment for the Quality Supervision and Testing Center , Lanzhou 730050, China ; 2 . CNPC North China Petrochemical Corporation, Renqiu 062552, China ; 3. Sinopec Henan Oilfield Nanyang Wax Fine Chemical Plant Company , Nanyang 473132,China ; 4. Sinopec The Fifth Construction Company , Nanjing Branch , Nanjing 210048, China) Abstract: The domestic production of steam traps and the use of the status quo were introduced. The cause of problem was pointed out that most of the steam trap could not play normal role and 第 39 卷 第 2 期 石 油 化 工 设 备 Vol .39 No . 2 2010 年 3 月 PETRO -CHEM ICAL EQUIPM ENT Mar.2010 the manufacture of trap , use patterns and the management were proposed. Key words:steam trap;use ;manage mode 1 蒸汽疏水阀简介 1. 1 功能与应用 蒸汽疏水阀又称蒸汽疏水器或阻汽通水阀, 其 作用是阻汽排水和排空气 。蒸汽系统所产生的冷凝 水都需要通过蒸汽疏水阀排除 ,而不允许蒸汽泄漏 , 因此 ,蒸汽疏水阀性能的优劣 ,对于蒸汽系统的正常 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 10 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 600 万只左右 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 30 %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 1 284 万 t 标准 煤 2。2005 年的统计数据显示 ,全国蒸汽疏水阀拥 有量为 400 余万台, 大约有 80 % 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 10%,这样 1 台蒸汽疏水阀每年要浪费 4. 44 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 1 400 万 t 标准煤, 折合人民币约 18 亿元 2 。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 CO2、SO2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-液对流传热系数的 10 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: 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 10 。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 。 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 25 30 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 20 世纪 80 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 49 第 2 期 赵 亮, 等: 国内蒸汽疏水阀使用现状及其管理探讨 的工作压力已达到 63 MPa ,工作温度达 650 , 最 大压差可达 32 MPa ,其正常使用寿命达 12 000 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 T LV 公司 、德国的 GES-T RA 公司、英国的 SPIRAX-SAPCO 公司、加 拿大的 VELAN 公司等 3。 蒸汽疏水阀经过 20 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 90 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 ,2000 年以来 表 1 国内外蒸汽疏水阀性能参数对比 生产商 排水量 /kg h-1 最高压力 /MPa 最大压差 /MPa 最高温度 / GESTRA190 0006332650 AMStrong127 0003218450 spiraxsarco100 0006332590 T LV150 0002618550 VELAN200 0007732650 国内企业180 0004232580 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 20 MPa 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 80 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 入,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 7 。 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 。 1980 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 415 只蒸汽疏水阀所 做的检验结果表明 ,19 % 的疏水阀已失效 ,63%的负 荷选型不匹配 8。对蒸汽主管线上 132 只蒸汽疏水 阀的检验结果表明 ,其中 42%已失效。 该公司对蒸汽疏水阀寿命的检验也于 1980 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 20 ,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 10 20 kg/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 80 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 10 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 310 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 60%以上。而我国蒸汽疏水阀年产量 400 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 30%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 20 世纪 80 年代末制定的 , 在 2005 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 50 石 油 化 工 设 备 2010 年 第 39 卷 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 DN15 50,公称压力 15 MPa 。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 80 % 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% 10%。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 15 s 动作 1次的话 ,其运动部件每年的磨损次数近 200 万次 , 磨损巨大 ,一般疏水阀的功能寿命在 1 2a 。因此 , 企业必须将疏水阀作为易损易耗品来对待 9。 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 1982 年 蒸汽疏水阀作为节能产品得以推广以来 , 到现在已 有 20 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