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備和蒸汽管道上，能自動地排除蒸汽使用設備和管道中的冷凝水、空氣及其它不可凝結的氣體，并能防止蒸汽泄漏的自動閥門。蒸汽廣泛地應用于工業(yè)生產和生活設施中，無論在蒸汽的輸送管道系統(tǒng)，還是利用蒸汽來進行加熱、干燥、保溫、消毒、蒸煮、濃縮、換熱、采暖、空調等工藝，過程中所產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)的正常運行，用汽設備熱效率的提高及能源的合理利用等方面具有至關重要的作用。



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鍵作用。據我國有關部門統(tǒng)計，目前全國蒸汽疏水閥擁有量約為432.4萬臺，大約有80％的產品達不到現(xiàn)行國家標準漏汽量小于3%的要求，其泄漏率大都在10％左右，這樣一臺蒸汽疏水閥就耍浪費 4.44噸標煤，全國正在使用的達不到現(xiàn)行國家標準的疏水閥就要浪費1432.33萬噸標煤，折合人民幣 186203萬元，這是一筆相當可觀的數(shù)字，由此可見蒸汽疏水閥的節(jié)能作用之大，及其在國民經濟發(fā)展中的地位之重要是不可等閑視之的。

隨著國外能源危機的進一步加劇和現(xiàn)代化工業(yè)技術的迅速發(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廠家為適應現(xiàn)代工業(yè)的需要，研制工作更加深入，生產發(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

當蒸汽冷凝時，它會釋放出汽化的能量（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)中維持的熱傳導效率，此冷凝水必須排出系統(tǒng)之外，另外從鍋爐中產生的一些不凝性氣體和空氣以及蒸汽系統(tǒng)起動時管道內的空氣也必須排出蒸汽系統(tǒng)，但同時必須保留有用的蒸汽，這些功能就是由一種自動裝置—蒸汽疏水閥來完成。

蒸汽疏水閥有各種不同的疏水方式，有些是感應密度的變化（如機械式）而動作，有些是感應溫度的變化而動作排放，而有些是受通過它們的熱態(tài)冷凝水本身的靜壓及動壓之變化而感應開關的。目前疏水閥在世界范圍內，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。機械類疏水閥的大類是浮球式疏水閥，目前國際上主導的產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，作為標準配置。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，主要應用于發(fā)生蒸汽堵塞冷凝水無法到達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（旋轉滾筒設備）或疏水閥前有一段長管道時。

浮球式蒸汽疏水閥在冷凝水產生后立刻排出冷凝水，能夠根據壓力和負載的變化迅速排出大量的冷凝水，當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、設備不允許積水的各種換熱設備以及帶自動溫度控制的設備的。同時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會引起氣鎖。

2.當冷凝水到達疏水閥，浮球升起，閥門打開，熱的冷凝水使排氣閥關閉。冷凝水以飽和溫度排出。

3.當所有的冷凝水被排出后，蒸汽進入疏水閥。此時浮球下降，閥門關閉。閥芯總是低于水位的，以防直接蒸汽泄漏。



機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用。倒吊桶中的空氣如不排除就會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的熱靜力排空氣閥，否則會造成設備積水，影響傳熱效率。因此通常建議安裝單獨的排空氣閥以保證設備迅速有效的起動。很多倒吊桶疏水閥需要配置一個止回閥以防止在壓力突然變化或過熱時失去水封（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。

所有的機械式蒸汽疏水閥在疏水閥關閉以后，閥體內存有一定的冷凝水，因此這種疏水閥可能會受到冷凍的危害，如果安裝在低溫的室外環(huán)境中，閥體需要保溫。

1. 冷凝水到達疏水閥 并在內部形成水封。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. 蒸汽進入吊桶內， 產生浮力使吊桶升 起，閥門關閉。

3. 倒吊桶內部的蒸汽 不斷冷卻并從排氣孔中溢出，同時冷凝水進入倒吊桶，閥門再次打開，整個工作循環(huán)不斷。

4. 倒吊桶內的排氣 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，因此常會需要安裝單獨的排氣閥。



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壓力變化進行自動調節(jié)，其排水溫度保持與飽和溫度曲線一起變化。同時該疏水閥在冷態(tài)時是常開的，排空氣性能好。

1. 起機時，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. 當冷凝水溫度接近蒸汽飽和溫度，填充液體蒸發(fā)，產生的壓力作用于膜片上，克服壓力，在蒸汽進入疏水閥前推動閥芯靠近閥座，關閉閥門。

3. 冷凝水冷卻至低于或接近于蒸汽飽和溫度的設定溫度，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，增加了設備的積水量。

1. 起機階段閥門是打開的，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，推動閥芯靠近閥座。當冷凝水排放溫度接近蒸汽溫度時，閥門關閉。

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)點在于：體積小，重量輕，同時有較大的冷凝水排量，冷態(tài)時*打開，排空氣性能好，安裝于室外不會受到冰凍損壞，耐水錘、腐蝕。是伴熱以及非關鍵蒸汽設備的理想選擇。

熱靜力蒸汽疏水閥的缺點在于：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備，為了避免換熱設備的積水，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相對較慢。



3、工業(yè)蒸汽疏水閥選型原則熱動力蒸汽疏水閥（圓盤式蒸汽疏水閥）

熱動力蒸汽疏水閥（在國內又稱為圓盤式疏水閥）由于其結構緊湊、原理簡單、工作可靠等特點在國內外被廣泛使用，甚至達到被“濫用"的程度。熱動力疏水閥的工作原理如下圖所示。它是根據低速冷凝水與高速閃蒸蒸汽之間的“動力"壓差來工作，整個工作過程只有一個活動部件 – 不銹鋼碟片，它具有良好的關緊力并可以防止冷凝水回流回設備，確保設備的工作效率。

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

熱動力疏水閥在關閉過程中，閥芯和閥座之間有強烈的沖擊，如果閥芯和閥座的材質選擇不當、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。斯派莎克的熱動力疏水閥的閥芯和閥座采用特殊的材質并經過嚴格的熱處理，同時在具有的三孔式冷凝水出口，確保碟片在關閉過程的平穩(wěn)工作，避免不均勻磨損，提高使用壽命。

總的來說，熱動力疏水閥具有體積小、重量輕，自動運行于其工作壓力范圍，無須調節(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，僅有一個運動部件，使用壽命長，維修簡單，可廣泛使用于定壓的冷凝水排放。

熱動力疏水閥的確定在于無法用于過低進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，應用于蒸汽系統(tǒng)的各種設備中，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用中，但事實上并非如此，在安裝空間較小的蒸汽主管上通常安裝熱動力型蒸汽疏水閥，而對于要求過冷態(tài)排水以充分利用冷凝水中顯熱的應用中，浮球式疏水閥則是不合適的。

蒸汽疏水閥的簡單技術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，但應用要求以及設備性能的不同意味著一種疏水閥不可能滿足所有的應用，否則就會影響整個系統(tǒng)的效率。蒸汽疏水閥是將凝結水和不凝結氣體自動排出，以堵住蒸汽閥門的泄漏。在工業(yè)上，蒸汽經常用來加熱產品或驅動機械。在這種情況下，使用蒸汽疏水閥，以確保蒸汽不泄漏。

在閥門術語中，“疏水閥"的定義是一種無需外界幫助就能自動從設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。這種能量從液體轉化為氣體的過程叫做潛熱。

蒸汽基礎: 熱交換器利用蒸汽的潛熱將熱量傳遞給產品，但當蒸汽完成加熱任務(即潛熱損失)時，蒸汽凝結成凝結水。換句話說，凝結水不具備蒸汽加熱物體的能力。傳熱效率會受到影響，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？有時人們會認為，可以通過手動調節(jié)閥門的開度來實現(xiàn)凝結水的排放，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。所以實際上，這不是一個實際的解決方案。的問題是如何設置閥門的開度。如果設置在固定的開口上，則不能隨著冷凝水形成速率的波動而調節(jié)。事實上，在同一個系統(tǒng)中形成的冷凝水量是不一樣的。

就設備而言，啟動時的凝結水量不同于正常運行時的凝結水量，產品負荷的波動也會影響凝結水量。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。如果設備不能承受凝結水負荷的波動，需要立即從對面設備排出凝結水，或管道中積累的凝結水會影響傳熱效率。另一方面，當冷凝水負荷減少時會產生蒸汽泄漏，造成蒸汽浪費。降低換熱效率和廢汽疏水閥適用于各種不同的機械裝置，各種類型的蒸汽疏水閥(按工作原理分類)已經研制成功，能夠自動排出凝結水和不凝氣體。目前，的原理是利用溫差、比重、壓差這三個方面。每種類型的疏水閥都有其優(yōu)點和用途。



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，應考慮以下因素：

除以上因素外，我們同時應考慮其它因素，如環(huán)境溫度是否會低于零度？冷凍會對疏水閥造成一定的損害，尤其是黃銅或鑄鐵材質的疏水閥。系統(tǒng)中是否存在嚴重振動影響疏水閥的工作？起機/運行階段系統(tǒng)中會存在多少空氣？

給出了應用于蒸汽系統(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（括號內為第二選擇）。