上海滬工閥門廠（集團）有限公司

1 前言

蒸汽疏水閥是一種能自動從蒸汽管道和蒸汽用汽設備中排除凝結水和其他不凝結氣體，并阻止蒸汽泄漏的閥門。它(ta)能(neng)(neng)(neng)保證各種加熱(re)(re)工(gong)(gong)藝設(she)備及管線所需要(yao)溫(wen)度和(he)(he)熱(re)(re)量(liang)并使之正(zheng)常工(gong)(gong)作(zuo)。蒸(zheng)(zheng)汽(qi)疏(shu)水閥動作(zuo)正(zheng)常與否(fou)，影(ying)響著蒸(zheng)(zheng)汽(qi)使用設(she)備的(de)性(xing)能(neng)(neng)(neng)、效率和(he)(he)壽命。據測算供熱(re)(re)系統節能(neng)(neng)(neng)改(gai)造中，更新性(xing)能(neng)(neng)(neng)優良(liang)的(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)疏(shu)水閥其費用僅占(zhan)系統改(gai)造總投(tou)資的(de) 7.5%，而節約能(neng)(neng)(neng)源量(liang)可占(zhan)系統總節能(neng)(neng)(neng)量(liang)的(de) 30%。

以下對(dui)疏水(shui)閥的選(xuan)型、安(an)裝(zhuang)方式(shi)及蒸汽疏水(shui)量(liang)的計算進行一些探討(tao)。

2 蒸汽疏水閥的類別及原理

疏水閥按動作原理分類主要有：浮球型疏水閥、熱靜力型(xing)疏水閥、熱動力型(xing)疏水閥、倒置桶(tong)型(xing)疏水閥等。

2.1 浮球型疏水閥

浮球型疏水閥包括一個浮球和波紋管元件。自由浮球式疏水閥是利用阿(a)基米(mi)德浮(fu)(fu)力(li)原理，使浮(fu)(fu)球隨(sui)體腔內液面的升降而(er)升降，從而(er)打開或(huo)關(guan)閉閥(fa)座排水孔形成排水阻汽動作(zuo)。浮(fu)(fu)球型(xing)疏(shu)水閥(fa)對排放容量(liang)和工作(zuo)壓力(li)廣泛適(shi)應，但不推薦(jian)用于有(you)可能發生水錘的系統中。

這類閥的特(te)點是：適用于大排量，體積較(jiao)大；使用時若(ruo)超(chao)出蒸(zheng)汽疏水(shui)閥的設計壓力，閥門則(ze)不能(neng)打開；在寒冷地區，為(wei)了防止蒸(zheng)汽疏水(shui)閥內(nei)部的凝結水(shui)凍結，必須(xu)進行保溫。

浮球(qiu)(qiu)型疏水閥的故障主(zhu)要是(shi)關閉故障，浮球(qiu)(qiu)可能損壞(huai)或下沉，不能保持在開的位置。

2.2 熱靜力型疏水閥

熱(re)靜(jing)力(li)型蒸汽(qi)疏(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)是(shi)靠蒸汽(qi)和冷卻的凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水(shui)(shui)(shui)和空(kong)氣之間(jian)的溫(wen)差(cha)來(lai)工作的。蒸汽(qi)增加(jia)熱(re)靜(jing)力(li)元(yuan)件內(nei)部的壓(ya)力(li)，使疏(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)關(guan)閉。凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水(shui)(shui)(shui)和不凝(ning)(ning)結(jie)(jie)氣體在(zai)集(ji)水(shui)(shui)(shui)管(guan)中積(ji)存，溫(wen)度開始(shi)下降，熱(re)靜(jing)力(li)元(yuan)件收縮，打(da)開閥(fa)門。在(zai)疏(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)前積(ji)存的凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水(shui)(shui)(shui)量，取決于負荷(he)條件、蒸汽(qi)壓(ya)力(li)和管(guan)道(dao)尺寸。值得注意的是(shi)，不凝(ning)(ning)結(jie)(jie)氣體可能積(ji)存在(zai)凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水(shui)(shui)(shui)的后面(mian)。

熱靜力型疏水閥也可以用來排(pai)(pai)放蒸(zheng)汽系統中的空氣。它排(pai)(pai)量大，排(pai)(pai)空氣性能良好(hao)。但(dan)不能適應負荷的急劇變化，不適合蒸(zheng)汽壓力變動(dong)大的場合。

2.3 熱動力型疏水閣

與熱(re)靜力型(xing)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)疏水閥相反，熱(re)動(dong)力型(xing)疏水閥是(shi)根據蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)和凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水的運動(dong)速(su)度(du)不同，或(huo)者說既利(li)用(yong)了(le)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)的凝(ning)(ning)結(jie)(jie)作(zuo)用(yong)，又利(li)用(yong)了(le)凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水的再蒸(zheng)(zheng)發(fa)作(zuo)用(yong)。即(ji)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)一旦冷卻，就(jiu)產生凝(ning)(ning)結(jie)(jie)，形(xing)成低壓(ya)高壓(ya)張結(jie)(jie)水進人低壓(ya)區，會引起再蒸(zheng)(zheng)發(fa)。另外，這種型(xing)式(shi)雙(shuang)利(li)用(yong)了(le)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)和凝(ning)(ning)結(jie)(jie)水的密度(du)差和粘(zhan)性系數差。

熱動力型(xing)疏水閥體積小，重量輕，但不適用于大排量，且易有(you)故障。

2.4 倒置桶型疏水閥

根據(ju)蒸汽(qi)和水(shui)比重不(bu)同的(de)(de)原理工作的(de)(de)機(ji)械(xie)(xie)式(shi)疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)。蒸汽(qi)進(jin)人倒置桶(tong)(tong)內，使(shi)桶(tong)(tong)浮起來，關閉出口閥(fa)(fa)。凝結水(shui)進(jin)人疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)改變桶(tong)(tong)的(de)(de)浮力，使(shi)其(qi)下沉(chen)，打開疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)放出凝結水(shui)。與其(qi)他(ta)機(ji)械(xie)(xie)式(shi)疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)不(bu)同，倒置桶(tong)(tong)可以(yi)在(zai)蒸汽(qi)溫度下連續排放空氣和其(qi)他(ta)不(bu)凝結氣體。

倒置桶(tong)型疏水閥(fa)排(pai)除(chu)空氣能力(li)強，沒有(you)(you)空氣氣堵和蒸(zheng)汽汽鎖(suo)現象，排(pai)量(liang)大但有(you)(you)凍結(jie)的可能。

3 蒸汽疏水閥的選型

l）選擇(ze)符合使用條件的形(xing)式。

2）疏水負(fu)荷。

3）疏水閥(fa)前后壓力之差，疏水閥(fa)必須(xu)在這種(zhong)壓差下打開。

4）疏(shu)水(shui)閥(fa)能承受(shou)系統最高工作壓力和最高工作溫(wen)度，由此來確定疏(shu)水(shui)閥(fa)殼體的材質(zhi)。

5）為(wei)了(le)符合使用條件，蒸汽疏水閥的安裝方(fang)式要正確。

4 蒸汽管道疏水量的計算

4.1 啟動時蒸汽管道疏水量的計算

4.1.1 估算的原始(shi)條件(jian)

高(gao)壓(ya)蒸(zheng)汽管道(dao)暖(nuan)管的溫升速度規定(ding)為 2℃~3℃/分鐘，且最(zui)高(gao)不得超過 5℃/分鐘，故計(ji)算中選用(yong) 5℃/分鐘。

保溫(wen)材料的溫(wen)升速度取為鋼(gang)管溫(wen)升速度的一(yi)半。

4.1.2 啟動疏水量的計算公(gong)式(shi)

啟動疏水量 M=60×n×(G₁×C₁×Δt₁+G₂×C₂×Δt₂)/(Ig-Ib)

G₁——單位長的鋼管重量或單只閥門的重量；
G₂——單位長的鋼管保溫材料重量；
C₁——鋼管比熱，大卡/公斤℃；
C₁——保溫材料比熱；
Δt₁——鋼管溫升速度，℃/分；
Δt₂——保溫材料溫升速度，℃/分（取 Δt₂ 為 0.5Δt₁，即為 2.5℃/分鐘計算）；
Ig——蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib——蒸汽管道初壓下的飽和水焓，大卡/公斤；
n——管道長度；

4.2 蒸汽管道運行時的疏水量計算

4.2.1 過熱蒸汽管道疏水(shui)量計算

經常疏水(shui)量 G=q×n/(Ig-Ib) 公(gong)斤(jin)/小時；

q = 管道及閥門的散熱損失；
可按規程中關于管道的單位熱損失范圍中的數據；
Ig = 額定參數下的過熱蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib = 額定參數下的飽合水焓；
n = 管道(dao)長(chang)度或閥門只數；

4.2.2 濕蒸(zheng)汽管道(dao)經(jing)常疏水量(liang)計算

因濕蒸(zheng)(zheng)汽(qi)本身(shen)帶有濕度(du)，故與過熱蒸(zheng)(zheng)汽(qi)相比，經(jing)(jing)常疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)除應考(kao)慮管(guan)道散熱而引起的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)(shui)，還應考(kao)慮濕蒸(zheng)(zheng)汽(qi)本身(shen)所含水(shui)(shui)分(fen)引起的(de)(de)(de)疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)。目前我國 CP1000 核(he)電機(ji)組中的(de)(de)(de)主(zhu)汽(qi)及汽(qi)水(shui)(shui)分(fen)離(li)再熱器前的(de)(de)(de) 5 段(duan)(duan)、6 段(duan)(duan)、7 段(duan)(duan)抽汽(qi)均為濕蒸(zheng)(zheng)汽(qi)，故濕蒸(zheng)(zheng)汽(qi)管(guan)道疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)計算是(shi)核(he)電機(ji)組熱力(li)系統中的(de)(de)(de)重(zhong)要問題。考(kao)慮到(dao)工程(cheng)應用(yong)的(de)(de)(de)安全(quan)可靠性，統一(yi)按濕度(du)中 0.1 做為疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)。故濕蒸(zheng)(zheng)汽(qi)管(guan)道的(de)(de)(de)經(jing)(jing)常疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)(liang)公式如下：

 經常(chang)疏水量 G=q×n/(Ig-Ib)+W×x×0.1 公斤/小時

4.3 疏水閥疏水量的確定

蒸(zheng)汽疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)是選擇疏(shu)水(shui)(shui)閥的重要參(can)數。在(zai)選擇疏(shu)水(shui)(shui)閥時應保(bao)證其疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)大于(yu)管道中任何工(gong)況(kuang)產生的疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)，因而疏(shu)水(shui)(shui)閥容量(liang)的選擇需在(zai)管道疏(shu)水(shui)(shui)量(liang)上乘以安全系數。

圖 1 疏水系統設置(zhi)

圖 2 疏水管液位監測設置

疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)量較大的(de)濕蒸汽管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)系統設(she)(she)(she)置(zhi)見圖 1，疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)點(dian)設(she)(she)(she)置(zhi)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐，疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐下接(jie)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)道(dao)，并設(she)(she)(she)置(zhi)電動(dong)旁(pang)(pang)路閥，以防止疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)器阻塞(sai)及保(bao)護疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)器。電動(dong)旁(pang)(pang)路閥與疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)罐相連接(jie)疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)設(she)(she)(she)置(zhi)連鎖(suo)，圖 2 疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)液位(wei)監測設(she)(she)(she)置(zhi)，當疏水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)管(guan)(guan)(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)達到水(shui)(shui)(shui)(shui)(shui)位(wei)定值時(shi)，旁(pang)(pang)路電動(dong)閥自動(dong)打開。

安裝要求：

• 疏水閥不允許串聯使用，必要時可以并聯使用。
• 疏水閥要安裝在管道的是低點且盡可能靠近加熱設備。安裝位置應便于操作和檢修。
• 蒸汽疏水管道與蒸汽管道一樣，也需考慮熱脹應力和補償問題。
• 從疏水出口至疏水閥入口管段應盡可能短，且沿流向應有 4% 的坡度，使疏水自然流下進人疏水閥。對于熱靜力型疏水閥要留 1m 長管段，不設絕熱層。
• 疏水閥一般都帶有過濾器。如不帶者應在閥前安裝過濾器。
• 熱動力圓盤式疏水閥可水平安裝或直立安裝均可。熱動脈沖式疏水閥一般安裝在水平管道上，閥蓋朝上。機械浮球式疏水閥必須水平安裝。

5 結束語

疏水閥(fa)雖然(ran)是(shi)(shi)蒸汽(qi)系統(tong)中的一個很小的部(bu)件，但卻對(dui)整個蒸汽(qi)系統(tong)的能源(yuan)消耗起著(zhu)至關重(zhong)要的作用(yong)。合(he)理的計算(suan)蒸汽(qi)管道疏水量，選(xuan)擇性能合(he)適，容量匹配(pei)的蒸汽(qi)疏水閥(fa)是(shi)(shi)用(yong)汽(qi)設備正常生(sheng)產的保證，更是(shi)(shi)有效節約生(sheng)產成本與能源(yuan)的保障。