淺談工程設計中疏水閥的選型和使用

＊俞 捷

（中國化學賽鼎寧波工程有限公司 浙江 315000）

淺談工程設計中疏水閥的選型和使用

＊俞 捷

（中國化學賽鼎寧波工程有限公司 浙江 315000）

蒸汽疏水閥作為工程設計中蒸汽系統阻汽排水的重要環節，與蒸汽使用設備的運行效率以及系統的能源消耗密切相關；本文結合蒸汽疏水閥的分類及特性，就其在供熱管網不同部位的適用類型進行優選；并通過進出口最大壓差、最大排水量以及疏水閥相關特性參數來核算確定選用的型號，系統的探索蒸汽疏水閥的應用選型過程。

工程設計; 疏水閥; 類型優選; 型號

1.前言

蒸汽疏水閥是工程設計中蒸汽系統阻汽排水的重要環節，蒸汽供熱設備和蒸汽管道的供熱效率以及系統的能源消耗與蒸汽疏水閥密切相關。因此其應用研究引起了廣泛的關注。本文中結合國內外蒸汽疏水閥的特點及其工作原理給出了選型中的一些建議。對比了國產機組與進口機組疏水器的應用現狀并結合分析研究提出了蒸汽疏水器的節能意義及應用建議。研究了蒸汽疏水閥漏汽所導致的經濟損失，證明了選用合適蒸汽疏水閥的重要性。從工程設計角度介紹了蒸汽疏水閥的選型原則及疏水量計算方法并提出選型的建議。結合蒸汽疏水閥的工作原理介紹了各類疏水閥的選型要點以及安裝的注意事項。

但是關于在管網不同部位以及不同工況下蒸汽疏水閥的優化選型并無系統研究，因此本文擬對蒸汽疏水閥在蒸汽管網中的類型優選進行研究并對選定優選類型后蒸汽疏水閥型號的確定進行系統的探索。

2.蒸汽疏水閥的分類和特點

根據工作原理的不同，蒸汽疏水閥通常可以分為三大類：機械型蒸汽疏水閥、熱靜力式蒸汽疏水閥及熱動力蒸汽疏水閥。

(1)機械型蒸汽疏水閥及其特點

機械型蒸汽疏水閥主要有兩種：浮球式疏水閥和倒吊桶式疏水閥。

浮球式蒸汽疏水閥可即時排出冷凝水且具備迅速排出大量冷凝水的能力，該類疏水閥適用于換熱要求高、設備不允許積水的各種換熱設備及帶自動溫度控制的設備。

倒吊桶式疏水閥在使用時多數需要裝配止回閥以防止壓力突變或過熱時失去水封，其通常適用于高壓條件，但是其排氣非常緩慢，因而對有大量空氣存在情況時需要單獨的熱靜力排空氣閥，以免造成設備積水，影響傳熱效率。

(2)熱靜力式蒸汽疏水閥及其特點

常用的熱靜力式蒸汽疏水閥主要有兩種：壓力平衡式疏水閥和雙金屬式疏水閥。

壓力平衡式疏水閥可根據壓力的變化來自動調節，且在冷態時常開，具有非常好的排空氣性。

雙金屬疏水閥主要是根據雙金屬片的感溫特性來工作，容易受到背壓大小的影響，背壓增大將排放溫度降低，會增加設備的積水量。

(3)熱動力蒸汽疏水閥及其特點

熱動力蒸汽疏水閥主要利用低速冷凝水與高速閃蒸蒸汽之間形成的“動力壓差”來工作，關緊力較好且可防止冷凝水的回流，確保設備的最大工作效率。

熱動力蒸汽疏水閥應用時通常要求其背壓小于等于進口壓力的50%，此外熱動力疏水閥為間歇式排放，不適用于加熱效率高且同時帶有溫度控制設備的換熱器，其一般用于定壓系統的冷凝水排放。

3.供熱管網用蒸汽疏水閥的類型優選

(1)蒸汽主管用蒸汽疏水閥的選型

蒸汽主管中通常包含管壁凝結的水膜、懸浮的水滴及空氣。通常蒸汽主管的疏水量相對比較小，所以最適宜選用排量相對較小、使用壽命長、工作效率高的熱動力疏水閥，如圖1所示。

且在安裝蒸汽疏水閥時，需將冷凝水通過集水槽排到適當尺寸的冷凝水回收管，同時要避免將所有出口都和回水管直接相連，以免在冷凝水回收管滿溢時形成嚴重的水錘現象。

圖1 蒸汽主管優選熱動力疏水閥

(2)汽水分離器用蒸汽疏水閥的選型

汽水分離器口徑通常與管道相同，主要作用是分離出蒸汽中懸浮的水滴和冷凝水膜以保證用于加熱和制程的蒸汽的干燥程度，因此在冷凝水出現后要求即時排出。該部位在室內時最適宜選用浮球式疏水閥；但在室外時最適宜選用不會因為冷凍而損壞的熱動力疏水閥，如圖2所示。

圖2 汽水分離器優選浮球式疏水閥、室外優選熱動力疏水閥

(3)蒸汽分汽缸用蒸汽疏水閥的選型

蒸汽分汽缸的疏水方式與蒸汽主管類似，需要在分汽缸的底部安裝集水槽且分汽缸要適度的傾斜以便于集水槽中集水及排出，通常長度超過5m的分汽缸需要在兩端均安裝集水槽，在該部位最適宜選用浮球式疏水閥，如圖3所示；但是若分汽缸安裝的位置距離鍋爐比較近，為避免蒸汽帶水的影響，也可以選擇帶防氣阻碟片的熱動力疏水閥。

圖3 蒸汽分汽缸優選浮球式疏水閥

(4)管道末端用蒸汽疏水閥的選型

管道末端相比于水平管道更易受水錘影響。在開機過程中蒸汽會推動管道內的空氣前進直至管道末端而造成空氣的聚集，因此該部位最好同時安裝疏水閥和排空氣閥，且一般安裝“T”型三通以緩解水錘引起的機械沖力，保護疏水閥和排空氣閥免受損壞；該部位蒸汽疏水閥最適宜選用熱動力疏水閥；此外也可選用倒吊桶式疏水閥，但需要單獨加裝排空氣閥，如圖4所示。

圖4 管道末端選用吊桶式疏水閥要并聯排空氣閥

(5)通向設備的分支管道用蒸汽疏水閥的選型

蒸汽分支管通常從蒸汽主管上部引出，若分支管道較長或繞彎較多，則需要對管道進行保溫并在設備進口處安裝汽水分離器以及合適的蒸汽疏水閥組進行疏水，汽水分離器通過浮球-熱靜力式疏水閥進行疏水。

對于通過溫度控制閥控制蒸汽供給的蒸汽使用設備，通常要在控制閥前安裝適宜的疏水閥組，以便關閉控制閥時冷凝水即時排出，以避免水錘破壞以及濕蒸汽對控制閥座的沖蝕；對于分支管末端可能出現濕蒸汽的，最好需要加裝汽水分離器。

4.蒸汽疏水閥的型號確定

在根據具體的應用場合、最大負荷、設備類型等選定適合類型的蒸汽疏水閥后，還需要根據使用工況中的進出口最大壓差、最大排水量、允許背壓率、最小允許壓差及疏水量來確定所選定類型蒸汽疏水閥的具體型號。

(1)進出口最大壓差

選用蒸汽疏水閥型號時需要考慮使用工況下的最大工作壓差。

疏水閥進出口的最大壓差按公式：△P=P1-P2進行計算，其中：P1為蒸汽疏水閥進口壓力（通常比蒸汽壓力低約0.05MPa），MPa；P2為蒸汽疏水閥出口壓力，MPa。

在凝結水不回收時疏水閥出口壓力視為零；在凝結水管網集中回收時，疏水閥出口壓力：P2=10-4△PL*L+10-1H+Pa

△PL為每米管道的摩擦力，kgf/cm2；L為管道的當量長度m；H為疏水閥與凝結水缸之間的位差，m；Pa為凝結水罐內的壓力，MPa。

(2)最大排水量

選用蒸汽疏水閥型號時需要考慮使用工況下的最大排水量。凝結水產生量可以可用以下方法計算：

①管線上產生的凝結水量按：Q=q0L(1-0.01Z)

計算，其中：Q為凝結水量，kg/h；q0為光管產生的凝結水量，kg/(m*h)；L為疏水點間的距離，m；Z為保溫效率，%。

②加熱設備運行時產生的凝結水量按公式：

Q=ρVCp△T/(Ht)計算，其中：Q為凝結水量，kg/ h；ρ為液體密度，kg/m3；V為被加熱液體的體積，m3；Cp為液體比熱，J/(kg*℃)；ΔT為液體溫升，℃；H為蒸汽潛熱，J/kg；t為加熱時間，h。

(3)允許背壓率

在實際選用中要求疏水閥允許背壓率大于蒸氣冷凝水系統的實際背壓率。

允許背壓率是在不同蒸汽壓力的情況下通過逐漸提高疏水閥后壓力直到疏水閥不能正常排出冷凝水時最大閥后壓力與閥前壓力百分比的平均值，是疏水閥的特性參數，其按：Py=（P4/P3）*100%進行計算，其中：

P3為疏水閥進口試驗壓力，MPa；

P4為疏水閥出口最大試驗壓力，MPa。

(4)最小允許壓差

在實際選用中要求蒸汽冷凝水系統實際壓差大于疏水閥最小允許壓差。

最小允許壓差是在不同蒸汽壓力的情況下通過逐漸提高疏水閥后壓力直到疏水閥不能正常排出冷凝水時最大閥后壓力與閥前壓力差值的平均值，是蒸汽疏水閥的特性參數，其按：△P2=P4-P3進行計算，其中：P3為疏水閥進口試驗壓力，MPa；P4為疏水閥出口最大試驗壓力，MPa。

(5)疏水量

疏水量也是疏水閥的一個特性參數，在選用時通常需將疏水量乘以“安全系數”后來作為參考來選用額定疏水量的疏水閥。

①開工時管道疏水量G1按：G1=G2N進行計算，其中：G1為開工時管道疏水量，kg/h；G2開工時管道的冷凝水量，kg/h；N為安全系數。其中G2按：G2=[W1CP1（TSTO）+W2CP2（TS-TO）]*L/（H1-H2）進行計算，其中：W1為管道重量，kg；W2為保溫材料重量，kg；CP1為鋼管材料比熱容，KJ/(kg×℃)；CP2為保溫材料比熱容，KJ/(kg×℃)；Ts為蒸汽溫度，℃；T0為大氣溫度，℃；L為管道長度，m；H1為工作條件下飽和蒸汽焓值，KJ/kg；H2為工作條件下飽和冷凝水焓值，KJ/kg。

②生產時管道的疏水量G3按：G3=G4N進行計算，其中：G3為生產時管道的疏水量，kg/h；G4為生產時管道的冷凝水量，kg/h；N為安全系數。其中G4按：G4=G5L[0.2778（H1-H2)]進行計算，其中：G5為生產時管道的散熱量，W/ (m×h);L為管道長度，m；H1為工作條件下飽和蒸汽焓值，KJ/kg；H2為工作條件下飽和冷凝水焓值，KJ/kg。其中G5按：G5=1.3*[2π（TS-TO）]/[（1n(D0-d1））/λ+2/（D0*α）]進行計算，其中；Ts為蒸汽溫度，℃；T0為大氣溫度，℃；λ為保溫材料的導熱系數，W/(m×℃)；D1為保溫層內徑，m；D0為保溫層外徑，m；α為保溫層外表面向大氣的散熱系數，W/(m2×℃)；ω為風速，m/s。

5.結論

蒸汽疏水閥是蒸汽和冷凝水系統的銜接點，合適的蒸汽疏水閥類型及相應工況適合的型號與蒸汽使用設備運行效率高低及系統的能源消耗密切相關；在工程設計中，應結合蒸汽疏水閥的特性以及具體的使用部位進行合理的類型選擇，同時根據應用的具體工況，從進出口最大壓差、最大排水量、允許背壓率、最小允許壓差及疏水量來確定所選定類型蒸汽疏水閥的具體型號，這是用汽設備滿足工藝要求的保證，也是生產企業有效節能的保障。

俞捷（1968～），女，中國化學賽鼎寧波工程有限公司，研究方向：石油化工設計。

(責任編輯 牛玉娟)

Discussion of the Trap Model and Using of Project Design

Yu Jie

（China Chemical Saiding Ningbo Engineering co., LTD, Zhejiang 315000）

Steam trap, as an important link of resisting steam and discharging water for steam system in the process of project design is close ly related to the running efficiency of steam using equipment and energy consumption of system; Based on the classification and characteristics of the steam trap, this paper takes selection of the applicable types for different parts of heat supply network; And based on the maximum differential pressur e and maximum drainage of entrance and exit and the related characteristic parameters of trap, calculate and determine the selected model, besides, systematically explore the application and type-selection process.

project design；trap；type optimization；model

T

A