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裝置與管廊。除去項目建設外，2006 年(nian) - 2008 年(nian)備件采購(gou)量就多達 1694 臺，總(zong)價一百多萬元。為(wei)提高(gao)能(neng)源利用效率．選擇更為(wei)節(jie)(jie)能(neng)適用的(de)產品(pin)，是(shi)采購(gou)人員(yuan)的(de)節(jie)(jie)能(neng)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，并對二期(qi)工程中數量(liang)較大的伴熱用疏水閥進(jin)一(yi)步(bu)優化(hua)采購選型，以降低能耗。

2 疏水閥的分類與工作原理

疏(shu)水(shui)(shui)閥按工作原理(li)一(yi)般可分(fen)為(wei)三(san)種類(lei)型(xing)(xing)(xing)(xing)：機械型(xing)(xing)(xing)(xing)、熱(re)(re)靜力(li)型(xing)(xing)(xing)(xing)、熱(re)(re)動力(li)型(xing)(xing)(xing)(xing)。還有目前越來越廣泛使用的泵式疏(shu)水(shui)(shui)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(dou)是利(li)用蒸汽和凝結水的密度(du)差。允(yun)許的背壓高，可靠、動作間隔時(shi)間短。

熱靜力型常見有波紋管式、雙金(jin)屬(shu)式、金(jin)屬(shu)溫調式、可調恒溫式，利用蒸汽與(yu)金(jin)屬(shu)的溫度差(cha)，允許的背壓中等，較可靠(kao)、動作(zuo)間隔時間長。

熱動(dong)力型主要有孔(kong)板(ban)式(shi)、園盤式(shi)，利用(yong)蒸汽與凝結水的(de)(de)熱力學特性，允許的(de)(de)背壓(ya)低(di)，較可靠、動(dong)作間隔時間較長。

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(yi)期苯酐裝(zhuang)置(zhi)自產蒸(zheng)汽(qi)，其(qi)(qi)蒸(zheng)汽(qi)系統(tong)由 6.0MPa 過熱(re)蒸(zheng)汽(qi)降至 6.0MPa、2.0MPa、0.6MPa、0.3MPa 飽和蒸(zheng)汽(qi)到(dao)各用戶(hu)(hu)使(shi)(shi)用，各級(ji)凝液回收經閃(shan)蒸(zheng)到(dao)下(xia)一(yi)級(ji)管(guan)(guan)網(wang)，逐級(ji)減(jian)壓。由于管(guan)(guan)網(wang)較小，用戶(hu)(hu)之間(jian)的(de)使(shi)(shi)用波動(dong)會有(you)一(yi)定(ding)的(de)相互影響(xiang)。要求每個用戶(hu)(hu)盡可能保持平穩。裝(zhuang)置(zhi)上(shang)有(you)大半的(de)蒸(zheng)汽(qi)為幾個大的(de)用戶(hu)(hu)所使(shi)(shi)用，其(qi)(qi)中有(you)汽(qi)輪機、各類換熱(re)器。因此首(shou)先考(kao)慮確保大用戶(hu)(hu)的(de)蒸(zheng)汽(qi)凝液系統(tong)良好，其(qi)(qi)關鍵是(shi)疏水閥(fa)是(shi)否良好。現以最大的(de)換熱(re)器用戶(hu)(hu)為例分析其(qi)(qi)疏水閥(fa)的(de)特點與使(shi)(shi)用。

位(wei)號為 ST-E2109a/b 的(de)(de) 2 個并列安裝的(de)(de)疏水(shui)閥．用(yong)于熱(re)(re)油加熱(re)(re)器(qi)的(de)(de)冷凝(ning)液疏水(shui)。熱(re)(re)油加熱(re)(re)器(qi)出口溫度(du)為關鍵(jian)控制指標。該換熱(re)(re)設(she)備(bei)(bei)溫度(du)控制要(yao)求高，必須保持在加熱(re)(re)設(she)備(bei)(bei)中(zhong)不(bu)能積存凝(ning)結水(shui)，只要(yao)有(you)(you)水(shui)就得排，最好選擇能排飽和(he)水(shui)的(de)(de)機械型疏水(shui)閥。因(yin)為它(ta)是(shi)有(you)(you)水(shui)就排的(de)(de)疏水(shui)閥，能及時消除設(she)備(bei)(bei)中(zhong)因(yin)積水(shui)造(zao)成(cheng)的(de)(de)不(bu)良(liang)后果，迅速提高和(he)保證設(she)備(bei)(bei)所(suo)要(yao)求的(de)(de)加熱(re)(re)效率。

3.2 熱油加熱器的冷凝液疏水閥的選擇

1) 設計參數(shu)

疏水閥的設(she)計參(can)數見《表 1》

2) 選(xuan)擇疏水閥

如前所述，此處的疏水(shui)閥(fa)最好選機械型(xing)。

● 計算最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)率：因(yin)為(wei)最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)率為(wei)疏水(shui)閥在最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)工作壓(ya)(ya)力下能(neng)正常動作的基本條件，所以要先計算最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)。最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)率=最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)/操(cao)作壓(ya)(ya)力×100%，由《表 1》計算出最高(gao)(gao)(gao)(gao)(gao)背壓(ya)(ya)率為(wei) 15%。一般機(ji)械型疏水(shui)閥背壓(ya)(ya)率不小于 80%，都能(neng)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)在下(xia)部，倒吊桶(tong)的閥(fa)(fa)孔(kong)在上(shang)部。倒吊桶(tong)式疏(shu)水(shui)(shui)閥(fa)(fa)能在蒸汽進入倒吊桶(tong)內，使(shi)桶(tong)浮起來，關(guan)閉閥(fa)(fa)孔(kong)。凝(ning)結水(shui)(shui)進入疏(shu)水(shui)(shui)閥(fa)(fa)改變桶(tong)受到的浮力，使(shi)其下(xia)沉，打(da)開疏(shu)水(shui)(shui)閥(fa)(fa)孔(kong)放出凝(ning)結水(shui)(shui)，在蒸汽溫度下(xia)可以連續排(pai)放不凝(ning)性氣體(ti)。且閥(fa)(fa)座閥(fa)(fa)頭等(deng)易磨損處采用(yong)高鉻(ge)不銹鋼研磨而(er)成，增加(jia)了耐蝕和耐磨性，使(shi)用(yong)壽命(ming)長。因此在進口(kou)浮球式價格與倒吊桶(tong)式價格相(xiang)近時，我們考慮選擇進口(kou)倒吊桶(tong)疏(shu)水(shui)(shui)閥(fa)(fa)。

● 型號(hao)選擇：由倒吊桶疏水閥(fa)系列型號(hao)《表 2》，根據設計要求的安裝方式、最(zui)大(da)壓差、最(zui)大(da)排量選擇 400 系列。

● 400 系列(lie)查排(pai)量表，式樣如(ru)下(xia)，按壓差值(zhi)(zhi)選(xuan)斜線，核(he)對排(pai)量值(zhi)(zhi)符合要求(qiu)，即(ji)為可選(xuan)的(de)系列(lie)，在 413、416、415 三個表中選(xuan)出 416 為合適系列(lie)。

● 驗(yan)證材(cai)質要求(qiu)，系列內溫度壓力(li)連接尺寸的詳細選擇：按設計(ji)要求(qiu)由《表 3》、《表 4》最終驗(yan)證選出采購型號為 416 可(ke)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(zuo)閥(fa)瓣(ban)：17-4PH 或 440F

 該型(xing)號(hao)(hao)的(de)(de)疏水閥完全滿足設(she)計的(de)(de)要求。一期現(xian)在使用(yong)的(de)(de)就是該型(xing)號(hao)(hao)的(de)(de)產品(pin)。目前已使用(yong) 5 年，總體(ti)使用(yong)情況良好。

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(yu)其(qi)結構小巧(qiao)緊(jin)湊，在配管(guan)(guan)布(bu)置(zhi)上顯得十(shi)分(fen)(fen)美觀(guan)，占地較小，查找(zhao)方便。蒸(zheng)汽(qi)(qi)采用(yong)(yong) 6bar-8bar 飽和蒸(zheng)汽(qi)(qi)，凝(ning)液(ye)回收(shou)進一(yi)步利用(yong)(yong)。這種疏水(shui)閥(fa)多達 300 余只(zhi)，管(guan)(guan)線(xian)凝(ning)液(ye)量平(ping)均(jun) 3.0t/h。蒸(zheng)汽(qi)(qi)的有(you)效(xiao)伴(ban)(ban)熱對穩(wen)定生(sheng)產十(shi)分(fen)(fen)重要。而(er)伴(ban)(ban)熱的效(xiao)果(guo)直接與疏水(shui)閥(fa)的使用(yong)(yong)效(xiao)果(guo)相關，但伴(ban)(ban)熱管(guan)(guan)線(xian)疏水(shui)閥(fa)使用(yong)(yong)狀況一(yi)直不(bu)理想，伴(ban)(ban)熱管(guan)(guan)線(xian)存水(shui)，管(guan)(guan)道溫(wen)度提不(bu)上去。如果(guo)苯酐發生(sheng)凝(ning)固，將導致(zhi)堵管(guan)(guan)而(er)引起停車。業內有(you)統計，由于(yu)管(guan)(guan)線(xian)伴(ban)(ban)熱不(bu)良造成部分(fen)(fen)或某(mou)一(yi)管(guan)(guan)線(xian)堵管(guan)(guan)而(er)引起裝置(zhi)停車的比例不(bu)低(di)。

分析其原因，雙金(jin)屬(shu)疏水閥的(de)(de)(de)背(bei)壓(ya)率(lv)按國(guo)標要(yao)求(qiu)(qiu) >50%，系統實際的(de)(de)(de)背(bei)壓(ya)率(lv)達 80% 以上。一期使用的(de)(de)(de)是國(guo)內(nei)知名產品，但其背(bei)壓(ya)率(lv)不(bu)超過 60%。國(guo)內(nei)其他廠的(de)(de)(de)產品普遍背(bei)壓(ya)率(lv)在 50~60% 之間。因此雙金(jin)屬(shu)疏水閥不(bu)適合本裝置的(de)(de)(de)實際需求(qiu)(qiu)。

二期對這(zhe)部分伴熱疏水閥(fa)進行了重新選型，在參(can)(can)考(kao)制造(zao)廠疏水閥(fa)參(can)(can)數(shu)與價(jia)格后(hou)，調整了最終的選型。以(yi)下以(yi)位號 ST-201 閥(fa)為(wei)例，說明(ming)選型的過(guo)程：

4.1 位號 ST-201 的設計條件

位號 ST-201 的設計條件見《表 6》

4.2 制造廠的方案對比

選了(le)三個制(zhi)造廠(chang)的方案進行比(bi)較，如《表 7》所示：

從《表 6》、《表 7》可以看出，對背壓滿足情(qing)況較(jiao)好的是(shi)前兩(liang)個方案，但是(shi)方案一的價(jia)(jia)格昂(ang)貴，體積也(ye)相對較(jiao)大。最終在(zai)二期工程上我們(men)對選型(xing)上做了重(zhong)新調整(zheng)，將(jiang)所有雙(shuang)(shuang)金(jin)屬片改(gai)為膜盒(he)式(shi)疏水閥。進口膜盒(he)式(shi)疏水閥在(zai)外形尺(chi)寸上與(yu)雙(shuang)(shuang)金(jin)屬型(xing)相同，能互換，并(bing)且具有下列特點，克服(fu)了雙(shuang)(shuang)金(jin)屬型(xing)存在(zai)背壓低的問題(ti)，性價(jia)(jia)比較(jiao)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(pei)置為(wei)，內置過濾器及(ji)止回閥，碳鋼(gang)(gang)閥體，不銹(xiu)鋼(gang)(gang)主件，哈氏合金膜盒，產品設計壽命 5 年(nian)。

對(dui)二期工程的(de)(de)節能經(jing)濟預期為，0.3MPa 的(de)(de)蒸(zheng)汽價(jia)格假定為 90 元/噸(dun)，有效回收蒸(zheng)汽可(ke)減(jian)少(shao)浪費每(mei)月 18 萬元，每(mei)年減(jian)少(shao)損(sun)失 216 萬元。最終驗(yan)證(zheng)有待裝置(zhi)的(de)(de)投產(chan)檢驗(yan)。如果(guo)使用情況較好，在適當的(de)(de)時(shi)候對(dui)一(yi)(yi)期裝置(zhi)伴熱管(guan)線(xian)進行改造，將(jiang)進一(yi)(yi)步優化一(yi)(yi)期的(de)(de)疏水閥配置(zhi)。

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(he)大量使用的(de)伴熱(re)疏水閥(fa)的(de)優(you)化(hua)選擇，對(dui)(dui)各種型式疏水閥(fa)的(de)對(dui)(dui)比，對(dui)(dui)國(guo)產(chan)進(jin)口(kou)同(tong)類產(chan)品的(de)綜合(he)比較(jiao)，結合(he)一期(qi)裝置疏水閥(fa)的(de)實際運用經驗(yan)，苯酐(gan)二期(qi)項目(mu)疏水閥(fa)選型較(jiao)一期(qi)總體優(you)化(hua)，并預期(qi)有(you)明(ming)顯收益。