蒸汽疏水阀与正确选型方法

1、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,水蒸汽是一种非常理想的中间加热媒质(精品能源,它具有大换热比、

2、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19世纪70年代。二十年后,“

3、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(1SPIRAX S ARC

4、 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。(2ARMSTRONG公司这家在美国的公司大家比较熟悉,因为它进入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。(3VE LAN公司加拿大的VE LAN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。(4T LV公司日本的T LV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。(5G RISTRA公司 这是一家德国的公司,它的产品主要有双

5、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60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80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?80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

6、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8000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

7、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

8、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300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

9、凝结水温与饱和水温之差。图3是外调双金属疏水阀的结构简图。自由浮球型最初它是T LV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

10、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138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

11、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.OMPa的蒸汽换热器,设计人员往往选择1.6MPa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,送入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

12、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15,如果换热器连续产生较多的凝

13、结水,疏水阀前又无足够长的冷凝段,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

14、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,从而阻止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

15、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

16、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