蒸汽疏水閥概述

                                    蒸汽疏水閥概述
                                 上海申弘閥門有限公司
    摘要：本文主要介紹了目前我國蒸汽疏水閥的使用現(xiàn)狀，各種類型蒸汽疏水閥的工作過程、優(yōu)缺點及適用場合，蒸汽疏水閥的選型擇要點，蒸汽疏水閥的安裝注意事項，后介紹了疏水閥的檢測。
一、國內(nèi)蒸汽疏水閥現(xiàn)狀概述
蒸汽疏水閥是用于蒸汽供熱設(shè)備和蒸汽管道上，能自動地排除蒸汽使用設(shè)備和管道中的冷凝水、空氣及其它不可凝結(jié)的氣體，并能防止蒸汽泄漏的自動閥門。蒸汽廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和生活設(shè)施中，無論在蒸汽的輸送管道系統(tǒng)，還是利用蒸汽來進行加熱、干燥、保溫、消毒、蒸煮、濃縮、換熱、采暖、空調(diào)等工藝，過程中所產(chǎn)生的冷凝水都需要通過蒸汽疏水閥排除，而不允許蒸汽泄漏。蒸汽疏水閥性能的優(yōu)劣，對于蒸汽系統(tǒng)的正常運行，用汽設(shè)備熱效率的提高及能源的合理利用等方面具有至關(guān)重要的作用。
    特別是在煤、石油及天然氣等一次能源日益減少的情況下，世界各國政府都將節(jié)約能源和開發(fā)新能源作為重要的國策。而蒸汽疏水閥在蒸汽使用系統(tǒng)的節(jié)能方面起著不可忽視的關(guān)鍵作用。據(jù)我國有關(guān)部門統(tǒng)計，目前全國蒸汽疏水閥擁有量約為432.4萬臺，大約有80％的產(chǎn)品達不到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)漏汽量小于3%的要求，其泄漏率大都在10％左右，這樣一臺蒸汽疏水閥就耍浪費 4.44噸標(biāo)煤，全國正在使用的達不到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的疏水閥就要浪費1432.33萬噸標(biāo)煤，折合人民幣 186203萬元，這是一筆相當(dāng)可觀的數(shù)字，由此可見蒸汽疏水閥的節(jié)能作用之大，及其在國民經(jīng)濟發(fā)展中的地位之重要是不可等閑視之的。
      隨著國外能源危機的進一步加劇和現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對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。本文將結(jié)合斯派莎克（Spirax Sarco）公司的蒸汽疏水閥的產(chǎn)品系列介紹各種類型的蒸汽疏水閥和它們的適用場合。
二、各種蒸汽疏水閥的工作原理
當(dāng)蒸汽冷凝時，它會釋放出汽化的能量（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)起動時管道內(nèi)的空氣也必須排出蒸汽系統(tǒng)，但同時必須保留有用的蒸汽，這些功能就是由一種自動裝置 - 蒸汽疏水閥來完成。
   英國斯派莎克公司作為蒸汽疏水閥市場的者，自1910年既開始生產(chǎn)和銷售蒸汽疏水閥，是一家專業(yè)從事向蒸汽用戶提供知識、服務(wù)和產(chǎn)品的節(jié)能公司。該公司產(chǎn)品系列品種齊全，廣泛應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)，其中蒸汽疏水閥是斯派莎克重要的產(chǎn)品系列，如TD熱動力蒸汽疏水閥長久以來已成為‘可靠疏水閥’的化身，其各種類型的疏水閥的泄漏率遠遠低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的3%。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（如機械式）而動作，有些是感應(yīng)溫度的變化而動作排放，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、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。
機械類疏水閥的*大類是浮球式疏水閥，目前上主導(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TV，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。
    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)壓力和負載的變化迅速排出大量的冷凝水，當(dāng)對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)備以及帶自動溫度控制的設(shè)備的*選擇。同時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。斯派莎克可以提供各種型號的浮球式蒸汽疏水閥能滿足各種制程工藝的需要，主要型號FT14，F(xiàn)T43，F(xiàn)T44，F(xiàn)T47，F(xiàn)T46，F(xiàn)TC32，F(xiàn)T12，F(xiàn)T450等。
1. 在起機階段，熱靜力排空裝置(TV)可排出空氣，否則空氣積聚在疏水閥內(nèi)會引起氣鎖。
2.當(dāng)冷凝水到達疏水閥，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，蒸汽進入疏水閥。此時浮球下降，閥門關(guān)閉。閥芯總是低于水位的，以防直接蒸汽泄漏。
      圖1 浮球式蒸汽疏水閥的工作過程機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，所以對于大量空氣存在的場合就需要單獨的熱靜力排空氣閥，否則會造成設(shè)備積水，影響傳熱效率。因此通常建議安裝單獨的排空氣閥以保證設(shè)備迅速有效的起動。很多倒吊桶疏水閥需要配置一個止回閥以防止在壓力突然變化或過熱時失去水封（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。

1. 冷凝水到達疏水閥并在內(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，同時冷凝水進入倒吊桶，閥門再次打開，整個工作循環(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，因此常會需要安裝單獨的排氣閥。
圖2 倒吊桶式蒸汽疏水閥的工作過程
2、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。它可用于允許過冷臺冷凝水存在的設(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)壓力變化進行自動調(diào)節(jié)，其排水溫度保持與飽和溫度曲線一起變化。同時該疏水閥在冷態(tài)時是常開的，排空氣性能好。123
1. 起機時，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，在蒸汽進入疏水閥前推動閥芯靠近閥座，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。圖3 熱靜力蒸汽疏水閥 – 壓力平衡式疏水閥的工作過程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1. 起機階段閥門是打開的， 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，推動閥芯靠近閥 座。 當(dāng)冷 凝水排放溫度接近蒸汽溫度 時，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)。
圖4 熱靜力蒸汽疏水閥 – 雙金屬式疏水閥的工作過程
熱靜力蒸汽疏水閥的優(yōu)點在于：體積小，重量輕，同時有較大的冷凝水排量，冷態(tài)時*打開，排空氣性能好，安裝于室外不會受到冰凍損壞，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。雙金屬式疏水閥對溫度變化的反應(yīng)相對較慢。斯派莎克壓力平衡式熱靜力蒸汽疏水閥的主要型號有：BPT13，BPC32，MST21，BTM7等。
斯派莎克雙金屬式蒸汽疏水閥的主要型號有：SMC32，SM45，HP45，HP80/100，ABL等.
3、熱動力蒸汽疏水閥（圓盤式蒸汽疏水閥）
熱動力蒸汽疏水閥（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、工作可靠等特點在國內(nèi)外被廣泛使用，甚至達到被“濫用”的程度。熱動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“動力”壓差來工作，整個工作過程只有一個活動部件 – 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)備的大工作效率。四、蒸汽疏水閥的安裝
    在選擇了正確的疏水閥的型號和口徑以后，正確的安裝能確保疏水閥有效的工作。蒸汽疏水閥僅僅是整個蒸汽疏水站的重要部分之一，蒸汽疏水站中各個部件的正確安裝與否都會對整體運行有影響。截止閥 ，過濾器Spiratec監(jiān)測室浮球疏水閥止回閥
圖7蒸汽疏水閥站
蒸汽疏水閥安裝時應(yīng)遵循以下各項原則，
λ 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。
λ 對于非直接排向大氣的系統(tǒng)，在疏水閥的上游應(yīng)安裝Spiratec檢測裝置以便于監(jiān)測和及時發(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檢測裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動力疏水閥）下游至少一米處。
λ 當(dāng)排水管中存在背壓，為防止疏水閥進口壓力降低或停機時蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。
λ 旁通忘記關(guān)閉會導(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。
λ 疏水閥的安裝位置應(yīng)低于用汽設(shè)備的出口，在疏水閥的進口和設(shè)備出口之間應(yīng)有150mm左右的下降管。
λ 應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對于有垂直升降機構(gòu)的機械式疏水閥（如浮球式和倒吊桶式疏水閥），如安裝方向不正確會導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。
λ 熱動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大的使用壽命。
λ 有些用戶為節(jié)約費用，使用一個疏水閥來排放多個設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。
λ 對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，因為在系統(tǒng)負荷降低時換熱器內(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。
λ 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，冷凝水將無法到達疏水閥，從而造成汽鎖，設(shè)備積水，影響工作效率。
λ 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。
λ 倒吊桶疏水閥應(yīng)用于過熱蒸汽或系統(tǒng)壓力波動很大的系統(tǒng)時，應(yīng)在進口安裝止回閥以避免失去水封而泄漏蒸汽。
λ 在一些應(yīng)用中，倒吊桶疏水閥因為不能迅速排除空氣會導(dǎo)致預(yù)熱時間加長和設(shè)備積水，應(yīng)安裝一單獨的排空閥可保證設(shè)備有效的運行。
λ 如果雙金屬疏水閥安裝于有背壓的系統(tǒng)中，背壓的變化會影響冷凝水的排放溫度，背壓增大排放溫度下降，會增加設(shè)備積水的可能。
λ 機械式疏水閥安裝于室外低溫環(huán)境應(yīng)加于保溫。
五、蒸汽疏水閥的監(jiān)測
以下的原因可能會引起疏水閥的失效，
λ 如同所有的機械機構(gòu)一樣，蒸汽疏水閥也不可避免會遇到磨損的問題，而無法發(fā)揮正常功能。
λ 鍋爐水處理不好，鍋爐水過高的TDS值會使鍋爐水?dāng)y帶物進入蒸汽系統(tǒng)，會減小或堵塞疏水閥排放口，請記住一個15mm口徑的疏水閥其排放孔通常在3mm左右。
λ 管道的雜質(zhì)、系統(tǒng)的水錘或腐蝕等都會對疏水閥造成致命的損害。
λ 另外，如果疏水閥選型、安裝不當(dāng)同樣會使疏水閥不能正常工作。
蒸汽疏水閥的失效表現(xiàn)為泄漏蒸汽或無法排水。疏水閥泄漏蒸汽會造成能源的浪費，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，對設(shè)備造成沖蝕等。而疏水閥的堵塞會導(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。為了維持疏水閥的正常工作，日常的維護比不可少，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工作，但可以通過有效的檢測方法來提高維護效率。以下是一些常用的檢測方法，
λ 在蒸汽疏水閥上噴水
λ 觀察疏水閥排放至大氣中的狀況
λ 使用觀視鏡
λ 使用溫度測量儀表
λ 使用超聲波檢測儀
λ 使用導(dǎo)電率檢測儀
由于篇幅限制，本文不對以上方法展開詳細的討論。和整個蒸汽系統(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蒸汽系統(tǒng)的能源消耗取致關(guān)重要的作用。通常在一個系統(tǒng)的改造中，疏水閥的費用占7% - 10%， 而其對整個系統(tǒng)的節(jié)能效果達到40%以上的貢獻。為了提高系統(tǒng)的效率，針對不同的應(yīng)用和工況，工程師們應(yīng)選擇質(zhì)量可靠、型號合適的蒸汽疏水閥，并應(yīng)正確安裝，注意日常的維護和定期的檢測。

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