一、国内蒸汽疏水阀现状概述
蒸汽疏水阀是用于蒸汽供热设备和蒸汽管道上,能自动地排除蒸汽使用设备和管道中的冷凝水、空气及其它不可凝结的气体,并能防止蒸汽泄漏的自动阀门。蒸汽广泛地应用于工业生产和生活设施中,无论在蒸汽的输送管道系统,还是利用蒸汽来进行加热、干燥、保温、消毒、蒸煮、浓缩、换热、采暖、空调等工艺,过程中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。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方面具有至关重要的作用。
特别是在煤、石油及天然气等一次能源日益减少的情况下,世界各国政府都将节约能源和开发新能源作为重要的国策。而蒸汽疏水阀在蒸汽使用系统的节能方面起着不可忽视的关键作用。据我国有关部门统计,目前全国蒸汽疏水阀拥有量约为432.4万台,大约有80%的产品达不到现行国家标准漏汽量小于3%的要求,其泄漏率大都在10%左右,这样一台蒸汽疏水阀就耍浪费 4.44吨标煤,全国正在使用的达不到现行国家标准的疏水阀就要浪费1432.33万吨标煤,折合人民币 186203万元,这是一笔相当可观的数字,由此可见蒸汽疏水阀的节能作用之大,及其在国民经济发展中的地位之重要是不可等闲视之的。
随着国外能源危机的进一步加剧和现代化工业技术的迅速发展,对热能充分利用的要求日益提高,蒸汽疏水阀的研究工作在国外更是得到了广泛的开展。国外蒸汽疏水阀生产厂家为适应现代工业的需要,研制工作更加深入,生产发展很快。
二、各种蒸汽疏水阀的工作原理
当蒸汽冷凝时,它会释放出汽化的能量(潜热能)而形成冷凝水。冷凝水只含有饱和温度下水所含有的能量(显热能)。但是为了确保蒸汽系统中维持***大的热传导效率,此冷凝水必须排出系统之外,另外从锅炉中产生的一些不凝性气体和空气以及蒸汽系统起动时管道内的空气也必须排出蒸汽系统,但同时必须保留有用的蒸汽,这些功能就是由一种自动装置—蒸汽疏水阀来完成。
蒸汽疏水阀有各种不同的疏水方式,有些是感应密度的变化(如机械式)而动作,有些是感应温度的变化而动作排放,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。目前疏水阀在世界范围内,按工作原理划分,主要有三大类
机械式疏水阀的另外一种主要形式为倒吊桶疏水阀,其工作过程如图2所示。倒吊桶疏水阀可以使用于高压的应用。倒吊桶中的空气如不排除就会阻碍疏水阀的正常工作,而倒吊桶疏水阀的排气非常缓慢,所以对于大量空气存在的场合就需要单独的热静力排空气阀,否则会造成设备积水,影响传热效率。因此通常建议安装单独的排空气阀以保证设备迅速有效的起动。很多倒吊桶疏水阀需要配置一个止回阀以防止在压力突然变化或过热时失去水封(闪蒸现象)。
水封是保证倒吊桶疏水阀避免泄漏蒸汽的关键之一。倒吊桶疏水阀同样在蒸汽的饱和温度下排放冷凝水。
所有的机械式蒸汽疏水阀在疏水阀关闭以后,阀体内存有一定的冷凝水,因此这种疏水阀可能会受到冷冻的危害,如果安装在低温的室外环境中,阀体需要保温。
热静力式蒸汽疏水阀根据蒸汽和过冷态冷凝水或空气/蒸汽混合物之间的温度差来工作。它可用于允许过冷冷凝水存在的设备,可利用冷凝水中的显热能。
图3为压力平衡式热静力蒸汽疏水阀的工作过程,这种疏水阀有一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度。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。
双金属蒸汽疏水阀的工作原理是众所周知的双金属片的感温特性来工作。其工作过程如图4所示。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度时排放冷凝水以充分利用冷凝水中的显热。双金属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。
热静力蒸汽疏水阀的优点在于:体积小,重量轻,同时有较大的冷凝水排量,冷态时完全打开,排空气性能好,安装于室外不会受到冰冻损坏,耐水锤、腐蚀。是伴热以及非关键蒸汽设备的理想选择。
热静力蒸汽疏水阀的缺点在于:低于蒸汽饱和温度排放冷凝水,因此不能用于要求立即排放冷凝水的加热设备,为了避免换热设备的积水,热静力疏水阀前必须安装1-2米的冷却管。双金属式疏水阀对温度变化的反应相对较慢。
(1)所有的疏水阀均有小的排放口,如管道中的杂质、焊渣等进入疏水阀,就很容易引起堵塞,从而导致疏水阀的泄漏或损害,因此需要在疏水阀上游安装Y形过滤器。
(2)对于非直接排向大气的系统,在疏水阀的上游应安装Spiratec检测装置以便于监测和及时发现疏水阀失灵或设备积水情况。有些情况下在疏水阀下游安装观视镜来代替Spiratec检测装置。如安装观视镜应安装于离喷排式疏水阀(如热动力疏水阀)下游至少一米处。
(3)当排水管中存在背压,为防止疏水阀进口压力降低或停机时蒸汽空间积水,应在疏水阀下游安装止回阀。
(4)旁通忘记关闭会导致蒸汽泄漏或疏水阀故障,并增加冷凝水管道的压力,从而影响其它疏水阀的工作,因此我们不建议安装旁通。
(5)疏水阀的安装位置应低于用汽设备的出口,在疏水阀的进口和设备出口之间应有150mm左右的下降管。
(6)应确保疏水阀正确的安装方向,尤其对于有垂直升降机构的机械式疏水阀(如浮球式和倒吊桶式疏水阀),如安装方向不正确会导致疏水阀的磨损、失效及泄漏蒸汽。
(7)热动力蒸汽疏水阀虽然能在任何安装方位工作,但安装于水平管道能获得***大的使用寿命。
(8)有些用户为节约费用,使用一个疏水阀来排放多个设备的冷凝水,这被称为群组疏水。但实际上由于各设备不同的工作情况,会导致系统积水现象,因此应避免群组疏水。
(9)对带温度控制的换热设备,应尽量避免冷凝水排放管向上的提升,因为在系统负荷降低时换热器内的压力降低而不足于把冷凝水排放出去,从而使设备产生积水、水锤等现象。
(10)疏水阀应尽可能接近被疏水设备的出口以防止出现蒸汽汽锁。当冷凝水出口和疏水阀之间的管道中充满蒸汽时,冷凝水将无法到达疏水阀,从而造成汽锁,设备积水,影响工作效率。
(11)如果热静力疏水阀用于蒸汽空间不允许积水的场合,需要在疏水阀上游加装一段冷却段,一般为2米左右。
(12)倒吊桶疏水阀应用于过热蒸汽或系统压力波动很大的系统时,应在进口安装止回阀以避免失去水封而泄漏蒸汽。
(13)在一些应用中,倒吊桶疏水阀因为不能迅速排除空气会导致预热时间加长和设备积水,应安装一单独的排空阀可保证设备有效的运行。
(14)如果双金属疏水阀安装于有背压的系统中,背压的变化会影响冷凝水的排放温度,背压增大排放温度下降,会增加设备积水的可能。
(15)机械式疏水阀安装于室外低温环境应加以保温。
(1)如同所有的机械机构一样,蒸汽疏水阀也不可避免会遇到磨损的问题,而无法发挥正常功能。
(2)锅炉水处理不好,锅炉水过高的TDS值会使锅炉水携带物进入蒸汽系统,会减小或堵塞疏水阀排放口,请记住一个15mm口径的疏水阀其排放孔通常在3mm左右。
(3)管道的杂质、系统的水锤或腐蚀等都会对疏水阀造成致命的损害。
(4)另外,如果疏水阀选型、安装不当同样会使疏水阀不能正常工作。