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)保證(zheng)各種加熱(re)(re)工(gong)藝設(she)備及管線所需要溫度和熱(re)(re)量(liang)并使之正(zheng)常(chang)工(gong)作。蒸(zheng)(zheng)汽(qi)疏水閥動作正(zheng)常(chang)與否(fou)，影響著蒸(zheng)(zheng)汽(qi)使用設(she)備的(de)(de)性能(neng)、效率和壽命。據測算供熱(re)(re)系統節(jie)能(neng)改造(zao)中，更(geng)新(xin)性能(neng)優良的(de)(de)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)疏水閥其費用僅占系統改造(zao)總投資(zi)的(de)(de) 7.5%，而節(jie)約能(neng)源量(liang)可(ke)占系統總節(jie)能(neng)量(liang)的(de)(de) 30%。

以下對疏水閥的選型、安裝(zhuang)方式及蒸汽(qi)疏水量的計(ji)算進行一些探(tan)討。

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(re)靜(jing)力型疏水閥(fa)、熱(re)動力型疏水閥(fa)、倒置桶型疏水閥(fa)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(shi)利用(yong)阿基米德浮(fu)力原理，使浮(fu)球隨體(ti)腔內液面的升(sheng)降而(er)升(sheng)降，從(cong)而(er)打開或關(guan)閉閥(fa)座排(pai)水(shui)孔形成排(pai)水(shui)阻汽(qi)動作(zuo)。浮(fu)球型疏水(shui)閥(fa)對排(pai)放(fang)容量和工(gong)作(zuo)壓力廣泛適應，但不推薦用(yong)于有(you)可(ke)能發生水(shui)錘(chui)的系統中(zhong)。

這類(lei)閥(fa)的(de)特點是：適用于大(da)排量，體(ti)積較大(da)；使用時若(ruo)超出蒸汽疏水(shui)閥(fa)的(de)設(she)計(ji)壓力，閥(fa)門則不(bu)能打開(kai)；在寒冷地(di)區(qu)，為(wei)了防止蒸汽疏水(shui)閥(fa)內部的(de)凝結水(shui)凍結，必(bi)須進行保溫。

浮球(qiu)型疏水(shui)閥的(de)故(gu)障主要是(shi)關閉(bi)故(gu)障，浮球(qiu)可(ke)能(neng)損(sun)壞(huai)或下沉，不能(neng)保持在開的(de)位置(zhi)。

2.2 熱靜力型疏水閥

熱(re)(re)靜(jing)力型蒸(zheng)汽疏水(shui)閥(fa)是靠蒸(zheng)汽和(he)冷卻(que)的凝(ning)(ning)結(jie)水(shui)和(he)空氣之間的溫差來工作的。蒸(zheng)汽增加熱(re)(re)靜(jing)力元件內部的壓力，使疏水(shui)閥(fa)關閉。凝(ning)(ning)結(jie)水(shui)和(he)不(bu)凝(ning)(ning)結(jie)氣體在集水(shui)管(guan)中積(ji)存，溫度開始(shi)下降，熱(re)(re)靜(jing)力元件收縮，打開閥(fa)門。在疏水(shui)閥(fa)前積(ji)存的凝(ning)(ning)結(jie)水(shui)量(liang)，取(qu)決于負荷(he)條件、蒸(zheng)汽壓力和(he)管(guan)道尺寸。值得注意的是，不(bu)凝(ning)(ning)結(jie)氣體可能(neng)積(ji)存在凝(ning)(ning)結(jie)水(shui)的后面。

熱靜(jing)力(li)型疏(shu)水(shui)閥也可以用來排放蒸(zheng)汽(qi)系統中的(de)空氣。它排量大，排空氣性能良(liang)好。但不(bu)能適(shi)應負荷的(de)急劇變化，不(bu)適(shi)合蒸(zheng)汽(qi)壓力(li)變動大的(de)場合。

2.3 熱動力型疏水閣

 與熱靜力型(xing)蒸汽疏(shu)水(shui)閥(fa)相反，熱動(dong)力型(xing)疏(shu)水(shui)閥(fa)是根據(ju)蒸汽和(he)凝(ning)結(jie)(jie)水(shui)的(de)運動(dong)速度(du)不同，或者說既(ji)利(li)用了蒸汽的(de)凝(ning)結(jie)(jie)作(zuo)用，又利(li)用了凝(ning)結(jie)(jie)水(shui)的(de)再(zai)蒸發作(zuo)用。即蒸汽一旦冷卻，就產生凝(ning)結(jie)(jie)，形成低壓(ya)高壓(ya)張結(jie)(jie)水(shui)進人低壓(ya)區(qu)，會引起再(zai)蒸發。另外(wai)，這種型(xing)式(shi)雙利(li)用了蒸汽和(he)凝(ning)結(jie)(jie)水(shui)的(de)密度(du)差和(he)粘性系(xi)數(shu)差。

熱動力型疏水閥體積(ji)小，重量(liang)輕，但不適用于大排量(liang)，且易有(you)故障。

2.4 倒置桶型疏水閥

根據蒸(zheng)汽和(he)水(shui)(shui)(shui)比(bi)重不(bu)同(tong)(tong)的原理工作的機械(xie)式(shi)疏(shu)(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)。蒸(zheng)汽進(jin)(jin)人倒(dao)(dao)置桶內，使桶浮起來(lai)，關閉出(chu)口(kou)閥(fa)。凝結水(shui)(shui)(shui)進(jin)(jin)人疏(shu)(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)改變桶的浮力，使其下沉，打(da)開疏(shu)(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)放(fang)出(chu)凝結水(shui)(shui)(shui)。與其他機械(xie)式(shi)疏(shu)(shu)水(shui)(shui)(shui)閥(fa)不(bu)同(tong)(tong)，倒(dao)(dao)置桶可以在(zai)蒸(zheng)汽溫度下連(lian)續(xu)排放(fang)空氣和(he)其他不(bu)凝結氣體。

 倒置桶型疏(shu)水閥排(pai)除空氣能力強，沒有(you)空氣氣堵和蒸汽(qi)汽(qi)鎖現象(xiang)，排(pai)量(liang)大但有(you)凍結(jie)的可能。

3 蒸汽疏水閥的選型

l）選擇符(fu)合使用條(tiao)件的形(xing)式。

2）疏水負荷。

3）疏水閥前后壓力之差(cha)，疏水閥必須在這種壓差(cha)下打開。

4）疏水(shui)閥(fa)能(neng)承受(shou)系(xi)統最高工(gong)(gong)作壓力和最高工(gong)(gong)作溫度(du)，由(you)此來確定疏水(shui)閥(fa)殼體的材質。

5）為了符合使用條件，蒸汽疏水(shui)閥的安裝方式要(yao)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(de)原始條件

高(gao)(gao)壓(ya)蒸汽管(guan)(guan)道暖管(guan)(guan)的(de)溫(wen)升速(su)度(du)規定(ding)為 2℃~3℃/分鐘(zhong)，且最(zui)高(gao)(gao)不得超過 5℃/分鐘(zhong)，故計算(suan)中(zhong)選用 5℃/分鐘(zhong)。

保溫材料的溫升(sheng)速度取(qu)為鋼管溫升(sheng)速度的一半。

4.1.2 啟動疏水量的計算公式

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(re)蒸汽管(guan)道疏(shu)水(shui)量計算(suan)

經常(chang)疏水(shui)量(liang) G=q×n/(Ig-Ib) 公斤/小時(shi)；

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)長度或閥門只數(shu)；

4.2.2 濕蒸汽管道經常疏(shu)水量計(ji)算

因濕(shi)蒸汽(qi)(qi)本(ben)(ben)身(shen)帶有濕(shi)度(du)，故與過熱蒸汽(qi)(qi)相(xiang)比，經常(chang)疏(shu)水(shui)量(liang)(liang)除(chu)應考(kao)慮(lv)管(guan)道散(san)熱而引(yin)起的(de)(de)疏(shu)水(shui)，還應考(kao)慮(lv)濕(shi)蒸汽(qi)(qi)本(ben)(ben)身(shen)所含水(shui)分引(yin)起的(de)(de)疏(shu)水(shui)量(liang)(liang)。目前我國 CP1000 核(he)電機組中(zhong)的(de)(de)主汽(qi)(qi)及汽(qi)(qi)水(shui)分離再熱器(qi)前的(de)(de) 5 段、6 段、7 段抽汽(qi)(qi)均為濕(shi)蒸汽(qi)(qi)，故濕(shi)蒸汽(qi)(qi)管(guan)道疏(shu)水(shui)量(liang)(liang)的(de)(de)計(ji)算是核(he)電機組熱力系統中(zhong)的(de)(de)重(zhong)要問(wen)題。考(kao)慮(lv)到工程應用(yong)的(de)(de)安全可靠性，統一按濕(shi)度(du)中(zhong) 0.1 做為疏(shu)水(shui)量(liang)(liang)。故濕(shi)蒸汽(qi)(qi)管(guan)道的(de)(de)經常(chang)疏(shu)水(shui)量(liang)(liang)公式如下：

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

4.3 疏水閥疏水量的確定

蒸(zheng)汽疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)量(liang)(liang)是選(xuan)(xuan)擇(ze)疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)閥的重要參(can)數。在(zai)選(xuan)(xuan)擇(ze)疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)閥時應(ying)保證其疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)量(liang)(liang)大于管道中任何工(gong)況產生的疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)量(liang)(liang)，因而疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)閥容量(liang)(liang)的選(xuan)(xuan)擇(ze)需在(zai)管道疏(shu)(shu)(shu)(shu)水(shui)量(liang)(liang)上(shang)乘(cheng)以(yi)安(an)全系數。

圖 1 疏水系統設(she)置

圖 2 疏(shu)水(shui)管液位監測設置

疏水(shui)量較大的(de)(de)濕蒸汽管(guan)(guan)道的(de)(de)疏水(shui)系統設(she)置(zhi)見圖 1，疏水(shui)點設(she)置(zhi)疏水(shui)罐，疏水(shui)罐下接疏水(shui)管(guan)(guan)道，并設(she)置(zhi)電(dian)(dian)動(dong)(dong)旁路閥(fa)，以防止疏水(shui)器(qi)阻塞(sai)及保(bao)護疏水(shui)器(qi)。電(dian)(dian)動(dong)(dong)旁路閥(fa)與疏水(shui)罐相連(lian)接疏水(shui)管(guan)(guan)水(shui)位設(she)置(zhi)連(lian)鎖，圖 2 疏水(shui)管(guan)(guan)液(ye)位監測設(she)置(zhi)，當疏水(shui)管(guan)(guan)水(shui)位達到水(shui)位定值(zhi)時，旁路電(dian)(dian)動(dong)(dong)閥(fa)自動(dong)(dong)打開(kai)。

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(shui)閥雖(sui)然是蒸汽系統中(zhong)的一個(ge)很小的部件，但卻對整個(ge)蒸汽系統的能源消耗(hao)起著至關重要的作用。合(he)(he)理的計算蒸汽管道疏水(shui)量，選擇(ze)性能合(he)(he)適，容量匹配(pei)的蒸汽疏水(shui)閥是用汽設備正常(chang)生(sheng)產(chan)的保證，更(geng)是有(you)效(xiao)節約生(sheng)產(chan)成本與能源的保障。