新型減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及探究

韓　俊，楊海艷

新型減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及探究

韓俊，楊海艷

(無(wú)錫市亞迪流體控制技術(shù)有限公司，江蘇 無(wú)錫 214161)

減溫減壓裝置是調(diào)整高溫高壓蒸汽設(shè)備參數(shù)時(shí)，常用的一種非常重要的轉(zhuǎn)換裝置。針對(duì)傳統(tǒng)裝置所存在的弊端，通過(guò)詳細(xì)分析裝置結(jié)構(gòu)設(shè)置中的核心技術(shù)，提出了改進(jìn)其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)證明，優(yōu)化后的新型減溫減壓裝置能夠有效保證控制精度，切實(shí)提升設(shè)備性能指標(biāo)。

蒸汽減壓閥；零部件；性能指標(biāo)；鑲裝式噴嘴；減溫減壓裝置

高壓過(guò)熱條件與高壓輸電原理類似，在大部分工業(yè)生產(chǎn)中,要想降低蒸汽輸送能耗，均需將鍋爐蒸汽通過(guò)一定傳輸后，按照需要實(shí)行減溫減壓，從而獲取二次蒸汽。減壓裝置屬于節(jié)能型產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)的科學(xué)與合理，很大程度上與蒸汽性能指標(biāo)有關(guān)。傳統(tǒng)的減壓減溫裝置中，減溫器由噴嘴、節(jié)流設(shè)備等組成，通過(guò)合理使用噴嘴，實(shí)現(xiàn)減溫處理。一般而言噴嘴面積是恒定的，需要借助水分配閥進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)噴水量的調(diào)整，由于存在一定的漏流量，在小流量大壓差的情況下，如果可調(diào)溫度較大會(huì)影響減溫效果，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)超溫的現(xiàn)象。

1　減溫減壓裝置的相關(guān)介紹

1.1　裝置的構(gòu)成

減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)形式多樣，但一般都包含以下系統(tǒng)。①減溫系統(tǒng)：在調(diào)節(jié)閥作用之下，把冷卻水由噴嘴位置輸送到管道內(nèi)，促使蒸汽溫度變小；②減壓系統(tǒng)：一般由兩部分所構(gòu)成，一是節(jié)流孔板，二是減壓閥，在合理調(diào)整流通面積的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的調(diào)節(jié)；③減溫減壓系統(tǒng)：將前兩種系統(tǒng)進(jìn)行有效融合，縮小裝置尺寸變小，對(duì)兩種技術(shù)的融合度要求較高；④主汽管體：屬于一種主體裝置，用于把蒸汽送到相應(yīng)的管道。⑤安全系統(tǒng)：為了避免蒸汽壓力大于既定值，啟動(dòng)智能安全閥，將多余的蒸汽排放，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的減壓與保護(hù)；⑥熱力控制系統(tǒng)：調(diào)整出口相關(guān)參數(shù)，通過(guò)采集溫度以及壓力，開(kāi)展數(shù)據(jù)的有效處理，確保出口參數(shù)處于合理范圍，達(dá)到自動(dòng)調(diào)整目的。

1.2　裝置的特點(diǎn)

減溫減壓裝置中的減壓系統(tǒng)采用雙閥座結(jié)構(gòu)，有無(wú)卡阻情況、平衡力不大、可調(diào)范圍較廣、動(dòng)作相對(duì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在減溫系統(tǒng)中應(yīng)用文丘里噴嘴，有易于拆裝、方便開(kāi)展維修作業(yè)、沒(méi)有傳動(dòng)部件、霧化效果理想等優(yōu)點(diǎn)。將兩個(gè)系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)置，一般用于應(yīng)對(duì)惡劣的工況，若面對(duì)流量偏小，不能應(yīng)用于飽和蒸汽的情況，可以考慮應(yīng)用文丘里管，以便能夠獲取理想的減溫效果[1]。

1.3　裝置的指標(biāo)

(1)根據(jù)裝置類型參數(shù)指標(biāo)一般可以分成以下幾種。①中溫中壓裝置進(jìn)口蒸汽參數(shù)：進(jìn)口壓力為3.9 MPa，進(jìn)口溫度為450 ℃；出口蒸汽參數(shù)：根據(jù)用戶需要確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于2～360 t/h；②次高壓裝置進(jìn)口蒸汽參數(shù)：進(jìn)口壓力為5.4 MPa，進(jìn)口溫度為485℃；出口蒸汽參數(shù)：根據(jù)用戶需求確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于20～200t/h。③高溫高壓裝置進(jìn)口蒸汽參數(shù)：進(jìn)口壓力為10 MPa，進(jìn)口溫度為540℃；出口蒸汽參數(shù)：根據(jù)用戶需求確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于30～240 t/h。

(2)主要技術(shù)指標(biāo)。①出口流量波動(dòng)范圍為30%Q～100%Q，若情況較為特殊，可以另行調(diào)整；②額定出口壓力的偏差范圍：在不超過(guò)0.98 MPa的情況下，為出口壓力±0.04 MPa；在低于3.82 MPa的情況下，為出口壓力±0.06 MPa；在超過(guò)3.82 MPa的情況下，為出口壓力±0.15 MPa；③額定出口溫度需要大于等于飽和溫度[2]；④在裝置處于正常工作狀態(tài)時(shí)，于減壓閥下游一米位置檢測(cè)噪音，須低于85dB，用戶如果有特殊需要，可另行調(diào)整。該新型設(shè)備在降壓的同時(shí)不會(huì)耗能，不存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件，工作穩(wěn)定，易于開(kāi)展維修作業(yè)，能夠智能調(diào)整，有著較為可觀的節(jié)能效果，能有效提高熱供應(yīng)量。

2　減溫減壓裝置的研發(fā)現(xiàn)狀

2.1　國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀

新中國(guó)成立后為更好推動(dòng)工業(yè)的進(jìn)步，通過(guò)引入國(guó)外技術(shù)，采取仿制方式進(jìn)行相關(guān)裝置的研發(fā)，有效處理了熱力參數(shù)問(wèn)題，符合當(dāng)時(shí)候我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的需求。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，近年來(lái)我國(guó)雖然在該領(lǐng)域也獲得了一定成績(jī)，但與國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)與工藝等進(jìn)行對(duì)比，還存在著一定的差距，裝置普遍存在著使用年限短、運(yùn)行效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能還不夠穩(wěn)定等問(wèn)題，還不能完全符合現(xiàn)代技術(shù)的相關(guān)指標(biāo)。大部分減溫減壓裝置都以附帶產(chǎn)品的形式同別的產(chǎn)品一同銷售，比如閥門等配件，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性、配套性的應(yīng)用。

2.2　國(guó)外的發(fā)展與現(xiàn)狀

歐美等技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家，通過(guò)政府組建專門機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)行業(yè)的布局與規(guī)劃，側(cè)重于研究減溫減壓結(jié)構(gòu)和理論，不斷攻關(guān)與之有關(guān)的新材料與工藝等，設(shè)備的性能和參數(shù)不斷提高，可以處理各種獨(dú)特的工況，設(shè)備的發(fā)展呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)形式多樣，裝置性能穩(wěn)定，使用壽命較長(zhǎng)，工藝技術(shù)先進(jìn)，適用于批量生產(chǎn)模式，生產(chǎn)成本較低；②科技含量高，例如美國(guó)企業(yè)研發(fā)的噴嘴能夠噴出霧化顆粒，直徑可以達(dá)到300μm，可有效防止出現(xiàn)汽蝕以及閃蒸，還有德國(guó)企業(yè)制造的減溫水調(diào)節(jié)閥，性能相對(duì)穩(wěn)定，有著較為理想的靈敏度，在設(shè)備系統(tǒng)中結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警，通過(guò)控制智能調(diào)整螺旋噴嘴，能夠很好把控流量，節(jié)省能源。

3　新型裝置系統(tǒng)構(gòu)成

針對(duì)傳統(tǒng)裝置存在的不足，合理優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)，采用霧化噴嘴，能有效調(diào)整最低溫度，并在具體實(shí)踐中獲得了良好效果。根據(jù)功能上的需要將新裝置分成多個(gè)子系統(tǒng)，如減溫系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)等，具體構(gòu)成如圖1所示。減壓系統(tǒng)和減溫系統(tǒng)由減壓閥等多種元件組成，可根據(jù)用戶的具體需求有效減小蒸汽壓力和蒸汽溫度。操作人員在壓力大于設(shè)定值的情況下，通過(guò)運(yùn)行彈簧安全閥來(lái)啟動(dòng)安全保護(hù)裝置泄壓，讓蒸汽壓力處于合理范圍。新型裝置配

圖1　系統(tǒng)構(gòu)成圖

有自動(dòng)控制裝置，通過(guò)傳感器收集蒸汽信號(hào)，根據(jù)參數(shù)對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)有效控制，及時(shí)調(diào)整蒸汽壓力與溫度，確保二者都處于設(shè)定范圍。

4　新型裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型裝置采用組合式結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了其所占用的空間，通過(guò)蒸汽減壓閥，并且在節(jié)流孔板作用之下實(shí)現(xiàn)減壓。裝置的減溫器和管道法蘭相連，不用單獨(dú)設(shè)置分立閥門，實(shí)現(xiàn)有效減溫。

(1)減壓閥。減壓閥選擇多級(jí)節(jié)流式，在降壓作用之下，有效消除了沖擊以及振動(dòng)對(duì)閥口造成的影響，防止產(chǎn)生噪音。閥塞選擇平衡型結(jié)構(gòu)，確保了介質(zhì)的平衡，能有效降低執(zhí)行器力矩。閥座采用鑲裝分體結(jié)構(gòu)，可防止發(fā)生由于熱應(yīng)力引起的裂紋情況[3]。

(2)減溫器。減溫器的噴嘴中設(shè)置有彈簧，在流量和壓力出現(xiàn)變化的情況下，通過(guò)彈簧力可對(duì)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整，控制減溫水的通流截面積，有效把握流量，切實(shí)提高霧化的穩(wěn)定性。一方面，由于彈簧壓力噴嘴存在著一定的可調(diào)比，能夠有效把控蒸汽溫度；另一方面，當(dāng)管道氣壓超過(guò)水壓時(shí)，噴嘴能夠智能關(guān)閉，發(fā)揮止回閥的效果，防止出現(xiàn)蒸汽倒流的情況，實(shí)現(xiàn)了流量調(diào)整和霧化功能的整合。

(3)鑲裝式噴嘴。將規(guī)格存在差異的噴嘴設(shè)置于減溫器內(nèi)，在同樣的壓差下不同規(guī)格的噴嘴彈性剛度存在著差異，所以閥桿的行程和通流量也會(huì)存在一定的差異，因此針對(duì)不一樣的通流量，該新型裝置可實(shí)現(xiàn)有效控制，在一定的范圍內(nèi)準(zhǔn)確控制蒸汽溫度。

(4)零部件材質(zhì)。由于裝置運(yùn)行時(shí)通常處于高溫高壓狀態(tài)，工況較為惡劣，材質(zhì)需要具備很好的耐溫耐壓性能。蒸汽減壓閥包含閥籠、閥座、螺母、填料、密封圈等多種零部件，相應(yīng)的材質(zhì)選取為滲氮鋼、硬質(zhì)合金、青銅合金、石墨(有著較好的柔性)；噴水減溫器中的閥體、節(jié)流套、可調(diào)噴嘴等零部件，對(duì)應(yīng)的材質(zhì)選取為鍛件、滲氮鋼、不銹鋼(存在理想的耐磨性)；安全閥的閥體以及彈簧，其材質(zhì)分別選取為WCB以及彈簧鋼。

5　新裝置性能指標(biāo)

新型裝置有效解決了傳統(tǒng)裝置存在的內(nèi)漏突出，調(diào)節(jié)性能不理想，所形成的噪音較大，控制精度不夠高等問(wèn)題，切實(shí)提升了性能指標(biāo)，如表1所示。新型裝置霧化性能與流量把控更為理想，出口的飽和蒸汽溫度要比傳統(tǒng)裝置高出5℃，即出口溫度(T2)最小為：T2=TS+5℃，其中用TS來(lái)表示飽和溫度[4]。

表1 裝置性能指標(biāo)

6　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)裝置存在的種類繁多、不易進(jìn)行加工、難以批量生產(chǎn)、精度要求嚴(yán)格等問(wèn)題，對(duì)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一款新型減溫減壓裝置。試驗(yàn)證明，優(yōu)化后的新型減溫減壓裝置有效地解決了傳統(tǒng)裝置在使用過(guò)程中存在的內(nèi)漏突出，調(diào)節(jié)性能不理想，所形成的噪音較大，控制精度不夠高等問(wèn)題，可切實(shí)提升設(shè)備性能指標(biāo)，有效保證控制精度，保障生產(chǎn)的安全高效。

[1] 徐毅翔,錢錦遠(yuǎn),陳立龍,等.減溫減壓裝置的過(guò)去、現(xiàn)在與未來(lái)[J].機(jī)電工程,2021,38(9):1081-1090,1123.

[2] 雍麗英,孫福才,張永標(biāo).新型減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(18):11-12.

[3] 王雙印,張永軍.基于ANSYS新型水噴射式減溫減壓裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師,2010(1):55-56.

[4] 周勇,王敏.減溫減壓裝置中減溫器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究[J].鍋爐制造,2004(4):58-59.

Structural design and exploration of new type temperature and pressure reducing device

HAN Jun, YANG Haiyan

(Wuxi Yadi Fluid Control Technology Co., Ltd., Wuxi, Jiangsu 214161, China)

The temperature and pressure reduction device is a very important conversion device commonly used when adjusting the parameters of high temperature and high-pressure steam equipment. In view of the disadvantages of the traditional device, through a detailed analysis of the core technology in the device structure setting, an optimized design scheme to improve its structure is proposed. The test result shows that the new temperature and pressure reduction device can effectively ensure control accuracy and effectively improve equipment performance.

steam pressure reducing valve; spare parts; performance index; insert type nozzle; temperature and pressure reduction device

TK269

A

2096–8736(2022)03–0021–03

韓俊(1982—)，男，江蘇鹽城人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。

責(zé)任編輯：陽(yáng)湘暉

英文編輯：唐琦軍