工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則

工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則

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。



二、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則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。

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、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則機(jī)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，目前國際上主導(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。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。

1. 在起機(jī)階段，熱靜力排空 裝置可排出空氣，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。



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。



2、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則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。它可用于允許過冷冷凝水存在的設(shè)備，可利用冷凝水中的顯熱能。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。

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。

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)備的積水量。

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)。



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。雙金屬式疏水閥對溫度變化的反應(yīng)相對較慢。



3、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則熱動(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)備的工作效率。

由于熱動(dòng)力蒸汽疏水閥的工作原理要求進(jìn)入疏水閥的壓力不低于一定的值，同時(shí)疏水閥的背壓一般不能高于進(jìn)口壓力的50%，否則疏水閥將不能正常工作。另外，熱動(dòng)力疏水閥為間歇式排放。因此，熱動(dòng)力疏水閥一般不能使用于對加熱效率高同時(shí)帶有溫度控制設(shè)備的換熱器的應(yīng)用。熱動(dòng)力疏水閥一般應(yīng)用于定壓系統(tǒng)的冷凝水排放，如蒸汽主管道、伴熱管線、壓燙機(jī)等的應(yīng)用。

熱動(dòng)力疏水閥在關(guān)閉過程中，閥芯和閥座之間有強(qiáng)烈的沖擊，如果閥芯和閥座的材質(zhì)選擇不當(dāng)、加工處理不合理，很容易造成閥芯和閥座的磨損，大大降低疏水閥的使用壽命。斯派莎克的熱動(dòng)力疏水閥的閥芯和閥座采用特殊的材質(zhì)并經(jīng)過嚴(yán)格的熱處理，同時(shí)在具有的三孔式冷凝水出口，確保碟片在關(guān)閉過程的平穩(wěn)工作，避免不均勻磨損，提高使用壽命。

總的來說，熱動(dòng)力疏水閥具有體積小、重量輕，自動(dòng)運(yùn)行于其工作壓力范圍，無須調(diào)節(jié)，可用于高壓和過熱系統(tǒng)中，不受水錘和冰凍的損壞，可任意方向安裝，僅有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，使用壽命長，維修簡單，可廣泛使用于定壓的冷凝水排放。

熱動(dòng)力疏水閥的確定在于無法用于過低進(jìn)口壓力或過高背壓的場合，排空氣性能較差，但使用帶防氣阻碟片可有效排除空氣。



三、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則蒸汽疏水閥的選型

由于各種型式的蒸汽疏水閥各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的適用條件，因此多年以來各種型式的蒸汽疏水閥并存，應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)的各種設(shè)備中，沒有一種萬能的疏水閥。如從工作原理來看，浮球式蒸汽疏水閥幾乎可用于每一種應(yīng)用中，但事實(shí)上并非如此，在安裝空間較小的蒸汽主管上通常安裝熱動(dòng)力型蒸汽疏水閥，而對于要求過冷態(tài)排水以充分利用冷凝水中顯熱的應(yīng)用中，浮球式疏水閥則是不合適的。

蒸汽疏水閥的簡單技術(shù)使得用戶常嘗試用一種疏水閥滿足所有的要求，譬如只用浮球式疏水閥，但應(yīng)用要求以及設(shè)備性能的不同意味著一種疏水閥不可能滿足所有的應(yīng)用，否則就會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。蒸汽疏水閥是將凝結(jié)水和不凝結(jié)氣體自動(dòng)排出，以堵住蒸汽閥門的泄漏。在工業(yè)上，蒸汽經(jīng)常用來加熱產(chǎn)品或驅(qū)動(dòng)機(jī)械。在這種情況下，使用蒸汽疏水閥，以確保蒸汽不泄漏。

在閥門術(shù)語中，“疏水閥"的定義是一種無需外界幫助就能自動(dòng)從設(shè)備或管道中排除冷凝液的裝置。安裝疏水閥的目的是什么？蒸汽是水加熱蒸發(fā)后形成的氣體。為了進(jìn)行蒸發(fā)，水分子必須吸收足夠的能量才能分解。這種能量從液體轉(zhuǎn)化為氣體的過程叫做潛熱。

蒸汽基礎(chǔ): 熱交換器利用蒸汽的潛熱將熱量傳遞給產(chǎn)品，但當(dāng)蒸汽完成加熱任務(wù)(即潛熱損失)時(shí)，蒸汽凝結(jié)成凝結(jié)水。換句話說，凝結(jié)水不具備蒸汽加熱物體的能力。傳熱效率會(huì)受到影響，因此無論是在蒸汽管道還是熱交換器中，冷凝水都必須迅速排出。



為什么蒸汽疏水閥是必要的，一般閥門有什么問題？有時(shí)人們會(huì)認(rèn)為，可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門的開度來實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水的排放，從而使用替代控制閥來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的疏水閥。理論上來說，是有可能的。然而，需要滿足的條件和情況是的。所以實(shí)際上，這不是一個(gè)實(shí)際的解決方案。的問題是如何設(shè)置閥門的開度。如果設(shè)置在固定的開口上，則不能隨著冷凝水形成速率的波動(dòng)而調(diào)節(jié)。事實(shí)上，在同一個(gè)系統(tǒng)中形成的冷凝水量是不一樣的。

就設(shè)備而言，啟動(dòng)時(shí)的凝結(jié)水量不同于正常運(yùn)行時(shí)的凝結(jié)水量，產(chǎn)品負(fù)荷的波動(dòng)也會(huì)影響凝結(jié)水量。同樣，在蒸汽管道的情況下，冷凝水的量也與室外的溫度和天氣有關(guān)。如果設(shè)備不能承受凝結(jié)水負(fù)荷的波動(dòng)，需要立即從對面設(shè)備排出凝結(jié)水，或管道中積累的凝結(jié)水會(huì)影響傳熱效率。另一方面，當(dāng)冷凝水負(fù)荷減少時(shí)會(huì)產(chǎn)生蒸汽泄漏，造成蒸汽浪費(fèi)。降低換熱效率和廢汽疏水閥適用于各種不同的機(jī)械裝置，各種類型的蒸汽疏水閥(按工作原理分類)已經(jīng)研制成功，能夠自動(dòng)排出凝結(jié)水和不凝氣體。目前，的原理是利用溫差、比重、壓差這三個(gè)方面。每種類型的疏水閥都有其優(yōu)點(diǎn)和用途。



工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則因此為確保蒸汽疏水閥的正確選擇，應(yīng)考慮以下因素：

除以上因素外，我們同時(shí)應(yīng)考慮其它因素，如環(huán)境溫度是否會(huì)低于零度？冷凍會(huì)對疏水閥造成一定的損害，尤其是黃銅或鑄鐵材質(zhì)的疏水閥。系統(tǒng)中是否存在嚴(yán)重振動(dòng)影響疏水閥的工作？起機(jī)/運(yùn)行階段系統(tǒng)中會(huì)存在多少空氣？

給出了應(yīng)用于蒸汽系統(tǒng)中的一般疏水閥選型圖表，這里提供了兩種方案以利于選擇，但種方案總是選擇（括號(hào)內(nèi)為第二選擇）。