上海滬工閥門廠（集團）有限公司

近些年隨著科學發展觀的落實和循環經濟的發展，國家和上海市比以往更加強調節能工作的具體落實。上海焦化有限公司是大中型化工企業之一，公司嚴格管理，不斷細化各個生產裝置消耗的具體指標。采購的蒸汽疏水閥遍布公司各個(ge)裝置與管廊。除去項目建(jian)設(she)外，2006 年 - 2008 年備件(jian)采(cai)購(gou)量(liang)就多達 1694 臺，總價一百多萬元。為提高(gao)能源(yuan)利用效率．選(xuan)擇更(geng)為節能適(shi)用的(de)產品，是采(cai)購(gou)人(ren)員(yuan)的(de)節能工作的(de)重點。

1 概述

公司擁有二套 4 萬噸/年苯酐裝置，一套已投產 4 年，一套在建，苯酐生產中副產高能級蒸汽，經過過熱和各級減壓，蒸汽在裝置中不僅驅動動力設備，還提供換熱器熱源和供熔鹽、苯酐管線伴熱。通過對蒸汽的合理利用，國際先進的苯酐裝置為負能耗。公司苯酐裝置總體擁有上萬米的各類管線，其中各級蒸汽與回凝管線長度超過總長度的一半。廣泛使用的一個個疏水閥作為蒸汽管網中的一個環節，對苯酐工藝裝置的穩定運行和節能降耗至關重要，在精益生產中扮演了重要角色。疏水閥的合理選型是良好應用的基礎。本文結合自己的本職工作和苯酐一期工程實際使用情況，探討換熱器大負荷高壓力疏水閥的選用，并對二(er)期工程中數量較大(da)的伴熱用疏水(shui)閥(fa)進一步優化采購選型，以降低能耗。

2 疏水閥的分類與工作原理

疏水閥按工(gong)作(zuo)原理一般可(ke)分為三(san)種類型：機械型、熱靜力型、熱動力型。還有目(mu)前(qian)越來越廣泛(fan)使用的(de)泵(beng)式疏水閥。

機械型常見有浮筒式、倒吊桶式、先導式、杠桿浮球式、自由浮球式，都是利用蒸汽和凝結水的(de)密度差。允許(xu)的(de)背壓高，可靠、動作間(jian)隔時間(jian)短。

熱靜力型常(chang)見(jian)有波紋管式(shi)、雙金(jin)屬式(shi)、金(jin)屬溫調(diao)式(shi)、可調(diao)恒(heng)溫式(shi)，利用蒸汽與金(jin)屬的溫度差(cha)，允許的背壓中等，較可靠、動作間隔(ge)時間長。

熱動(dong)力型主要有孔板式、園盤(pan)式，利用蒸汽與(yu)凝結水的熱力學特性，允許(xu)的背壓低(di)，較可靠、動(dong)作間(jian)隔時間(jian)較長(chang)。

3 苯酐裝置一期換熱器所用疏水閥使用情況與選型

3.1 一期換熱器所用疏水閥使用情況

一期(qi)苯酐裝置(zhi)自(zi)產蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)，其(qi)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)系統由 6.0MPa 過熱蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)降至 6.0MPa、2.0MPa、0.6MPa、0.3MPa 飽和蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)到(dao)各(ge)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)使用(yong)(yong)(yong)，各(ge)級(ji)凝液回收經(jing)閃蒸(zheng)(zheng)(zheng)到(dao)下一級(ji)管網(wang)，逐級(ji)減壓。由于管網(wang)較(jiao)小，用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)之間(jian)的使用(yong)(yong)(yong)波動會有一定的相互影響。要求每個(ge)用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)盡可(ke)能(neng)保持(chi)平穩。裝置(zhi)上有大半的蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)為幾個(ge)大的用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)所使用(yong)(yong)(yong)，其(qi)中有汽(qi)(qi)輪(lun)機、各(ge)類換熱器。因此(ci)首先(xian)考慮(lv)確保大用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)的蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)凝液系統良(liang)好，其(qi)關鍵是疏水(shui)閥(fa)是否良(liang)好。現以(yi)最大的換熱器用(yong)(yong)(yong)戶(hu)(hu)為例(li)分析其(qi)疏水(shui)閥(fa)的特點與使用(yong)(yong)(yong)。

位(wei)號為(wei) ST-E2109a/b 的(de)(de) 2 個并列安裝(zhuang)的(de)(de)疏(shu)水(shui)閥(fa)．用于(yu)熱油加熱器的(de)(de)冷凝液疏(shu)水(shui)。熱油加熱器出口溫度為(wei)關鍵(jian)控(kong)制(zhi)指標。該換熱設備(bei)(bei)溫度控(kong)制(zhi)要求高，必須保持在加熱設備(bei)(bei)中不能(neng)(neng)積存凝結(jie)水(shui)，只要有(you)水(shui)就得排(pai)(pai)，最好(hao)選擇能(neng)(neng)排(pai)(pai)飽(bao)和水(shui)的(de)(de)機械型(xing)疏(shu)水(shui)閥(fa)。因(yin)為(wei)它是有(you)水(shui)就排(pai)(pai)的(de)(de)疏(shu)水(shui)閥(fa)，能(neng)(neng)及時消(xiao)除設備(bei)(bei)中因(yin)積水(shui)造成的(de)(de)不良后果，迅速提高和保證設備(bei)(bei)所要求的(de)(de)加熱效率。

3.2 熱油加熱器的冷凝液疏水閥的選擇

1) 設計參數

疏水閥的設計(ji)參(can)數見(jian)《表 1》

2) 選擇疏水(shui)閥

如前所述，此處的疏水閥最(zui)好選機械(xie)型(xing)。

● 計算最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)率(lv)：因(yin)為最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)率(lv)為疏水閥(fa)在(zai)最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)工作壓(ya)(ya)(ya)力(li)下(xia)能正常動作的基(ji)本(ben)條件(jian)，所以要先(xian)計算最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)。最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)率(lv)=最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)/操作壓(ya)(ya)(ya)力(li)×100%，由《表 1》計算出最(zui)(zui)(zui)高(gao)(gao)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)率(lv)為 15%。一般機(ji)械型疏水閥(fa)背(bei)壓(ya)(ya)(ya)率(lv)不小于 80%，都能滿足。

● 型式選擇：由于設計參數要求其壓力等級下的冷凝液負荷量較大，國產的只有某知名品牌可以選到一款先導式。進口產品可選到倒吊桶式和浮球式。但國產設備實際壽命達不到國標要求的 8000 小時，故原國產疏水閥日常備件采購數量不少。若不及時更換將影響苯酐產品的收率、能耗和運行費用。并且操作壓力、操作溫度較高、背壓高、排量大，使用壽命要求高，因此考慮采用進口浮球或倒吊桶疏水器。浮球疏水器的閥(fa)(fa)孔(kong)在(zai)下(xia)(xia)部(bu)，倒(dao)吊(diao)桶(tong)(tong)的閥(fa)(fa)孔(kong)在(zai)上部(bu)。倒(dao)吊(diao)桶(tong)(tong)式(shi)疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)能在(zai)蒸(zheng)汽進入倒(dao)吊(diao)桶(tong)(tong)內，使(shi)桶(tong)(tong)浮(fu)(fu)起來，關(guan)閉閥(fa)(fa)孔(kong)。凝(ning)結(jie)水(shui)進入疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)改變桶(tong)(tong)受到的浮(fu)(fu)力，使(shi)其下(xia)(xia)沉，打開疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)孔(kong)放出凝(ning)結(jie)水(shui)，在(zai)蒸(zheng)汽溫度下(xia)(xia)可以連續排(pai)放不凝(ning)性氣體。且閥(fa)(fa)座閥(fa)(fa)頭等易(yi)磨(mo)(mo)(mo)損(sun)處采用高鉻(ge)不銹鋼研磨(mo)(mo)(mo)而成，增(zeng)加了耐蝕和耐磨(mo)(mo)(mo)性，使(shi)用壽命(ming)長。因此在(zai)進口浮(fu)(fu)球式(shi)價(jia)格(ge)與(yu)倒(dao)吊(diao)桶(tong)(tong)式(shi)價(jia)格(ge)相近時，我們考慮選擇進口倒(dao)吊(diao)桶(tong)(tong)疏(shu)水(shui)閥(fa)(fa)。

● 型號選擇：由倒吊桶疏水閥系(xi)列型號《表 2》，根(gen)據設計要求的安裝方式、最大壓(ya)差、最大排量選擇 400 系(xi)列。

● 400 系(xi)列查排量表，式樣如下(xia)，按壓(ya)差值(zhi)選(xuan)斜線，核對排量值(zhi)符合要求(qiu)，即為(wei)可選(xuan)的系(xi)列，在 413、416、415 三個表中(zhong)選(xuan)出 416 為(wei)合適(shi)系(xi)列。

● 驗證(zheng)材質要(yao)求，系列(lie)內溫度壓力連接尺寸的詳細(xi)選(xuan)擇：按設計要(yao)求由《表 3》、《表 4》最(zui)終驗證(zheng)選(xuan)出采(cai)購型號為(wei) 416 可行。

3.3 倒吊桶疏水閥系列 416 型號主要參數見《表 5》

材質：
閥體：鍛鋼 ASTM Al82 F22 Class3
內件：304
閥(fa)座閥(fa)瓣：17-4PH 或 440F

該型號(hao)(hao)的(de)(de)疏水(shui)閥完(wan)全滿足設計的(de)(de)要求。一期現(xian)在使(shi)用(yong)的(de)(de)就是(shi)該型號(hao)(hao)的(de)(de)產品。目前已使(shi)用(yong) 5 年，總體(ti)使(shi)用(yong)情(qing)況良(liang)好。

4 伴熱疏水閥二期苯酐的優化選型

苯酐一期裝置上使用的伴熱疏水閥多，是公司內單套裝置使用疏水閥最多的裝置。由于苯酐介質熔點高達 130℃，粗制苯酐與精制苯酐工藝都為液態工況操作，苯酐管線大多為夾套蒸汽伴熱。苯酐裝置蒸汽冷凝液管幾根到十幾根并列豎線布置成一個凝液站，裝置內多達二十余個凝液站，成為裝置的特色。一期工程中使用的是雙金屬型疏水閥，由于其結構小巧緊湊，在配管(guan)布置上顯得十分美(mei)觀(guan)，占地較小，查找方便(bian)。蒸汽采用 6bar-8bar 飽和蒸汽，凝(ning)液(ye)回(hui)收進一(yi)步利用。這種疏水(shui)閥(fa)(fa)多達 300 余只，管(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)凝(ning)液(ye)量平(ping)均 3.0t/h。蒸汽的有效伴(ban)熱(re)對穩定生(sheng)產(chan)十分重(zhong)要。而(er)伴(ban)熱(re)的效果直(zhi)接與疏水(shui)閥(fa)(fa)的使用效果相關，但伴(ban)熱(re)管(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)疏水(shui)閥(fa)(fa)使用狀(zhuang)況一(yi)直(zhi)不理想，伴(ban)熱(re)管(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)存水(shui)，管(guan)道溫度提不上去。如果苯酐發生(sheng)凝(ning)固(gu)，將導致堵管(guan)而(er)引起停(ting)車。業內有統計，由于管(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)伴(ban)熱(re)不良造(zao)成(cheng)部分或某一(yi)管(guan)線(xian)(xian)(xian)(xian)(xian)堵管(guan)而(er)引起裝(zhuang)置停(ting)車的比例不低。

分析(xi)其原因，雙金屬疏(shu)水閥的(de)背(bei)壓率按國標要(yao)求(qiu) >50%，系統實(shi)際(ji)的(de)背(bei)壓率達 80% 以上。一期(qi)使用的(de)是國內(nei)(nei)知名產品，但其背(bei)壓率不(bu)超過 60%。國內(nei)(nei)其他廠的(de)產品普(pu)遍背(bei)壓率在 50~60% 之間。因此雙金屬疏(shu)水閥不(bu)適合本裝置(zhi)的(de)實(shi)際(ji)需求(qiu)。

二期對這部分伴(ban)熱(re)疏(shu)水閥(fa)進行(xing)了重新選(xuan)(xuan)型，在(zai)參考(kao)制(zhi)造廠(chang)疏(shu)水閥(fa)參數與價格后，調整了最終的選(xuan)(xuan)型。以下以位號 ST-201 閥(fa)為例，說明選(xuan)(xuan)型的過程：

4.1 位號 ST-201 的設計條件

位號 ST-201 的設(she)計(ji)條件見《表 6》

4.2 制造廠的方案對比

選了三個制造(zao)廠的方案進(jin)行比較，如《表 7》所(suo)示：

從《表 6》、《表 7》可以看出，對(dui)(dui)背壓滿足情(qing)況較好的是前兩(liang)個方案(an)，但(dan)是方案(an)一的價(jia)格(ge)昂貴，體(ti)積也相對(dui)(dui)較大(da)。最終在(zai)二期工程上(shang)我們對(dui)(dui)選型(xing)上(shang)做了重新調(diao)整，將所(suo)有雙(shuang)金(jin)(jin)屬片改為(wei)膜盒式(shi)疏(shu)水閥。進口膜盒式(shi)疏(shu)水閥在(zai)外形尺寸(cun)上(shang)與雙(shuang)金(jin)(jin)屬型(xing)相同(tong)，能互換，并且具有下列特點，克服(fu)了雙(shuang)金(jin)(jin)屬型(xing)存在(zai)背壓低的問題，性(xing)價(jia)比(bi)較好：

• 反應靈敏，特性跟蹤飽和曲線
• 高背壓不影響功能
• 膜盒抗腐蝕不受水錘影響
• 不受環境溫度和大氣影響
• 內置過濾器和止回閥
• 無石棉閥蓋墊片（石墨或 GrNi）

具體配置(zhi)為，內(nei)置(zhi)過濾器及止回(hui)閥，碳鋼(gang)閥體，不銹鋼(gang)主件，哈氏合金(jin)膜(mo)盒，產品設(she)計壽(shou)命(ming) 5 年。

對(dui)二期(qi)(qi)工程的節能(neng)經(jing)濟預期(qi)(qi)為，0.3MPa 的蒸(zheng)汽價(jia)格假定(ding)為 90 元/噸，有效回收蒸(zheng)汽可(ke)減少浪(lang)費每月 18 萬(wan)元，每年減少損(sun)失 216 萬(wan)元。最終驗(yan)證有待裝置的投產檢驗(yan)。如果使用情況較(jiao)好，在適當(dang)的時候(hou)對(dui)一(yi)期(qi)(qi)裝置伴熱(re)管線進行改造，將進一(yi)步(bu)優化一(yi)期(qi)(qi)的疏水閥配置。

5 結論

抓住苯酐裝置實現負能耗的蒸汽系統節能重點，通過著重探討大負荷高壓疏水閥的選型過程和大量(liang)使(shi)用的(de)伴熱疏水閥(fa)(fa)的(de)優化(hua)選擇，對各(ge)種型式疏水閥(fa)(fa)的(de)對比，對國(guo)產(chan)進(jin)口同(tong)類產(chan)品的(de)綜合比較，結合一(yi)期裝(zhuang)置疏水閥(fa)(fa)的(de)實際運用經驗，苯酐二期項目(mu)疏水閥(fa)(fa)選型較一(yi)期總體優化(hua)，并(bing)預期有(you)明顯收益。