淺談蒸汽疏水器對企業運行成本的影響

曹博翔

（天津渤海化工集團規劃設計院，天津 300193）

淺談蒸汽疏水器對企業運行成本的影響

曹博翔

（天津渤海化工集團規劃設計院，天津 300193）

本文從蒸汽疏水器的角度出發，嘗試通過對正常和故障狀態下泄露的蒸汽所造成的經濟損失進行分析、計算和比較，提出應從設計、安裝、維護等方面對蒸汽疏水器給予足夠的重視，從而達到節能和降低成本的目的。

蒸汽疏水閥；運行成本；蒸汽損失

改革開放以來，我國經濟經過近三十年的高速發展，取得了巨大的成就，但一些結構性問題也日益凸顯。在目前中國經濟進入新常態的背景下，對國內工業企業的發展模式提出了新的要求，之前的粗放發展模式需要轉變為更加精細的方式。對于化工類企業來說，無論從節約成本開支方面，還是節能環保方面，改善工廠的“跑、冒、滴、漏”現象都是十分重要的課題。本文擬從蒸汽疏水器的角度入手，對蒸汽疏水器運行狀態對工廠成本開支的影響做簡要分析。

1 蒸汽疏水器的定義

蒸汽疏水器是一種在幾乎不損耗流通蒸汽的前提下，排放蒸汽凝水和不凝氣體的裝置。由于疏水器通常都安裝在蒸汽系統的最低點，類似蒸汽系統中的一個陷阱，故而得名steam trap。

從本質上來看，大多數蒸汽疏水器其實是一種可以自動開啟、關閉或調節的自動閥門，因此也被稱為蒸汽疏水閥。而以上定義也可以很容易提煉出疏水器的主要作用，即及時排出系統中形成的蒸汽凝水和不凝氣體，同時最大限度保證蒸汽不從系統中泄漏出去，因而其也被稱為汽水分離器。

2 蒸汽疏水器的類型

要實現汽水分離的目的，最簡單的疏水器就是在蒸汽系統的最低點安裝一段鉆了小孔的管道，當蒸汽通過從此段管道通過時，其中的凝結水會聚集，并通過小孔排出，而蒸汽則會保留在系統內。不過，目前工業中廣泛使用的疏水器主要分為熱靜力型疏水器和機械式疏水器兩種。

3 蒸汽疏水器對工廠運行成本的影響

圖1 化工廠中泄漏蒸汽的疏水器

蒸汽作為工業中常用的加熱介質，被廣泛應用在化工廠中，而要保證蒸汽系統的高效運行，蒸汽疏水器是必不可少的裝置。正如所有閥門設備一樣，每一臺蒸汽疏水器都是有使用壽命的，而使用壽命又直接受到選型、使用環境和維護保養狀況的影響。在很多工廠中，我們通常可以看到冒著“白煙”的疏水閥和排放點（圖1），要知道工廠的蒸汽來源主要未采購或者自產，而自產的蒸汽很多時候是直接或間接來自于化石燃料的燃燒，據報道，我國每年有超過300萬臺疏水閥在運行，而其中70%～75%存在問題［1］。損壞的疏水器不僅會影響工藝操作，而且會造成經濟損失。由此不難想象，我國每年因為疏水器和蒸汽系統泄露造成的損失是相當可觀的。但這一點，在國內卻很少重視。究其原因是人們存在一個普遍的誤區，那就是在一臺疏水閥的整個壽命期內，購買疏水閥的費用占主要部分，但實際上，其運行費用要遠遠高于采購費用。

下面，就對蒸汽疏水器各種泄露情況可能造成的經濟損失進行逐一分析，并將其與維護成本進行對比，希望可以有助于弄清造成費用增加的主要因素。

3.1 運行蒸汽損失

即使是功能正常的蒸汽疏水器在運行中也會消耗一定的蒸汽，這部分蒸汽損失是正常的運行蒸汽損失。如果不考慮選型的問題，在相同的工況下，不同的疏水閥具有不同的運行蒸汽損失量，而運行蒸汽損失低的蒸汽疏水器自然就可以節約運行成本。

例如，一臺運行蒸汽損失率為0.1kg/h的蒸汽疏水器（閥1），如果按照我國東部沿海地區平均蒸汽價格200元/t計算，一年正常運行的損失的蒸汽價值160元。而若將此運行損失率提高至2kg/h（閥2），則每年一臺疏水器正常運行損失的蒸汽價值將升至3200元。那么，對于一家安裝有500臺蒸汽疏水閥的工廠來說，如果全部采用閥1，每年正常運行損失的蒸汽價值為8萬元，而如果采用的是閥2，則一年此項損失總價將最高將達到160萬元。兩者相差最高達到152萬元。

一些疏水閥廠家在宣傳資料稱其生產的疏水閥正常運行蒸汽損失為零。但實際上，制造廠家所宣稱的零蒸汽運行損失通常是采用廠家自己的檢驗方法得出的，而并非國際上公認的測量方法，而這種內部檢測方法通常采用的蒸汽凝水負荷也比正常操作中典型的蒸汽疏水閥處理量要高得多。

目前，國際上廣泛接受的測量疏水閥運行泄漏量的方法主要為依據為ISO 7841“自動蒸汽疏水閥－漏氣量的測定－試驗方法”和ASEM PTC 39“蒸汽疏水閥”，我國則參照以上標準制定了《蒸汽疏水閥試驗方法》GB12251-2005。如果不是基于以上標準檢測方法，并采用符合標準要求精度的檢測設備，那么得出的零運行蒸汽損失的說法就是不可信的。這一點，在選擇疏水閥廠家時一定要詳加辨別。

我們可以得到這樣的結論，選擇運行損失量低的疏水閥可以降低運行成本。

3.2 故障蒸汽損失

一臺蒸汽疏水閥在故障狀態下造成的蒸汽損失為故障蒸汽損失。通常情況下，此一指標直接反應一臺疏水閥的可靠性。在實際情況下，每臺蒸汽疏水閥發生故障時的蒸汽泄漏率是不同的。為簡化計算，假定所有故障疏水閥同時泄漏，則可以按照以下公式粗略估計一批疏水閥的蒸汽損耗量。

故障蒸汽損失量=最大蒸汽負荷×故障漏汽率×疏水閥總數×總平均故障率

通常來說，不同類型疏水閥的預期壽命是不同的，最短的使用壽命只有1a，而最長的則可以達到數年，最好質量的安全閥可以使用長達10a。我們取疏水閥的平均使用壽命為5a，則年平均故障率為20%。

假設疏水閥的平均故障漏汽率為4%，則當一臺500kg/h的疏水閥發生故障時，每小時會因此損失蒸汽20kg。對于一家安裝有500臺這種安全閥的工廠來說，在安裝后的第一年中，按照平均故障率，總故障蒸汽損失為16000t。按照每1000kg蒸汽價格200元計算，第一年中損失的蒸汽價值320萬元。由此可見，即使以疏水閥正常的故障率計算，疏水閥故障造成的損失已經遠高于運行損失。

要保證疏水閥正常的故障率，需要工廠建立一套疏水閥定期檢修和更換的管理制度，而實際情況是，國內大多數工廠并沒有建立這樣一套管理制度，或者即使建立了，也通常無法不打折扣的實施。在這種情況下，我們可以設想，第一年發生故障的100臺疏水閥沒有被及時修復或更換，而第二年，另外的100臺會發生故障，到第二年年底，現場的故障疏水閥將達到200臺，而相應的，故障疏水閥造成的經濟損失將是640萬元，這還是基于第一年損壞的100臺疏水閥的泄漏率沒有升高的基礎上，而實際情況很可能要更糟。隨著時間的延長，工廠的運行成本將不斷攀升，而其實這一切都是可以避免的。

當然，對于疏水閥的定期檢修和更換也是需要資金投入的，但即使每年將所有損壞100臺疏水閥全部更換，其總費用通常也不會超過10萬元，何況其中相當一部分疏水閥的故障其實是可以通過維修解決的。是任憑故障安全閥每年造成高達數百萬元經濟損失，還是每年投入幾十萬元對故障安全閥進行檢修更換，相信這筆經濟帳并不難算。

當然，在實際操作中，疏水閥的情況會復雜得多，比如，蒸汽疏水閥除了以上分析的泄漏故障外，還會發生堵塞，從而使蒸汽系統內積累的蒸汽凝水無法排出，最終會對系統的安全和操作造成明顯影響。因此，以上僅僅以漏汽疏水閥為例，對簡化的操作情境進行了經濟對比。

3.3 其他蒸汽損失

當然，除以上兩種蒸汽損失之外，一個蒸汽系統中還存在其他形式的蒸汽泄漏現象，比如，由于排水裝置選型不當，造成系統內凝水無法及時排除，需要通過其他旁路或者放凈閥進行泄放，造成蒸汽的損失；另外，由于凝水排放點選擇不當，無法及時排出的蒸汽凝水腐蝕管路、管件，或者造成水錘對法蘭、閥門和管道等造成損害，從而造成疏水閥之外的管段泄漏，造成蒸汽損失等。這兩種情況需要根據實際情況，有針對性地通過對排水裝置進行適當選型、調整凝水排放點位置等方式進行解決。

據報道，日本TLV公司1976年到1979年間對日本疏水閥進行的檢查發現，所有接受檢查的360000臺疏水閥中，正常運行的占79.9%，故障的占到20.1%，其中，跑汽6.9%、泄漏9.8%、堵塞1.5%、其他0.7%。在我國，據機械工業技術發展基金委員會、機械工業機械科學研究院、中國化工純堿工業研究會等單位研究發現，我國蒸汽管道上使用的疏水器中，30%處于嚴重漏汽狀態，總量達到75.71萬只，60%處于超標準漏汽狀態，總量達到151.42萬只，再加上許多應裝疏水器而未裝而造成的泄漏，共同造成每年約1億t的蒸汽泄漏，約合標準煤1400萬t標準煤［2］。這必須引起我們的高度重視。

通過對蒸汽排水系統進行合理設計、對疏水閥等排水裝置進行合理選型，可以較大降低工廠運行中蒸汽損失造成的經濟和能源損失。而對于運行中的化工廠而言，建立一套切實可行的蒸汽疏水閥定期檢修和更換規定，并嚴格執行，也可以極大地降低由疏水閥泄漏造成的經濟損失，對我國化工行業降低運行成本，轉變發展方式都會起到明顯的作用。

［1］李漢.怎樣避免蒸汽疏水閥失效［J］.化工設計，2004，14（2）.

［2］馬天余.節能與效益蒸汽疏水器損失量的計算［J］.化工技術經濟，2000，18（3）：34-35.

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.05.009

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