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(diǎn)及適用場合，蒸汽疏水閥的選型擇要點(diǎn)，蒸汽疏水閥的安裝注意事項(xiàng)，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(dòng)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(dòng)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(jìn)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(duì)于蒸汽系統(tǒng)的正常運(yùn)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(jì)，目前全國蒸汽疏水閥擁有量約為432.4萬臺(tái)，大約有80％的產(chǎn)品達(dá)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(tái)蒸汽疏水閥就耍浪費(fèi) 4.44噸標(biāo)煤，全國正在使用的達(dá)不到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的疏水閥就要浪費(fèi)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(jì)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(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。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(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。
   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(shí)、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(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(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、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*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(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*選擇。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。斯派莎克可以提供各種型號(hào)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(hào)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(jī)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(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。
      圖1 浮球式蒸汽疏水閥的工作過程機(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。

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。
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(tái)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。123
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。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(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)。
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(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。斯派莎克壓力平衡式熱靜力蒸汽疏水閥的主要型號(hào)有：BPT13，BPC32，MST21，BTM7等。
斯派莎克雙金屬式蒸汽疏水閥的主要型號(hào)有：SMC32，SM45，HP45，HP80/100，ABL等.
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(hào)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(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。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(shí)應(yīng)遵循以下各項(xiàng)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(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。
λ 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檢測裝置以便于監(jiān)測和及時(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。
λ 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。
λ 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。
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(jìn)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(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。
λ 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大的使用壽命。
λ 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。
λ 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。
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(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。
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(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。
λ 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。
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(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。
λ 機(jī)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(huì)引起疏水閥的失效，
λ 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。
λ 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。
λ 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。
λ 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。
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。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方法來提高維護(hù)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(duì)以上方法展開詳細(xì)的討論。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。

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