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疏水閥要能"識別"蒸汽和凝結水,才能起到阻汽排水作用。"識別" 蒸汽和凝結水基于三個原理:密度差、溫度差和相變。于是就根據三個原理制造出三種類型的疏水閥:分類為機械型、熱靜力型、熱動力型。

工作原理

蒸汽疏水閥安裝在蒸汽加熱設備與凝結水回水集管之間。開啟時,桶在底部,閥門全開。凝結水進入疏水閥后流到桶底,充滿閥體,全部浸沒桶體,然后,凝結水通過全開閥門排至回水集管。蒸汽也從桶體底部進入疏水閥,占據桶體內的頂部,產生浮力。桶體慢慢升起,逐漸向閥座方向移動杠桿,直到完全關閉閥門。空氣和二氧化碳氣體通過桶體的排氣小孔,聚集在疏水閥的頂部。從排氣孔排出的蒸汽,都會因疏水閥的散熱而凝結。當進來的凝結水開始充滿桶體時桶體開始對杠桿產生一個拉力。隨著凝結水位不斷升高,產生的力不斷增加,直到能夠克服壓差,打開閥門。疏水閥閥門開始打開,作用在閥瓣上的壓差就會減小。桶體將迅速下降,使閥門全開。積聚在疏水閥頂部的不凝性氣體先排出,然后凝結水排出。水流從桶體流出時帶動污物一起流出疏水閥。凝結水排放的同時,蒸汽重新開始進入疏水閥,新的一個周期又開始了。

作用

使用和利用蒸汽的設備上只需要蒸汽。在這種設備內肯定要產生凝結水,凝結水則成為有害的流體,同時還混入了空氣和其他不可凝氣體,成為引起設備產生故障和降低性能的原因。在這種情況下,疏水閥最重要的功能有以下三個方面:

1、能迅速排除產生的凝結水。

2、防止蒸汽泄漏。

3、排除空氣及其他不可凝氣體。

吊桶式

存在過熱蒸汽或基本無冷凝水的場合下、以及疏水閥的尺寸過大的場合下,容易出現冷凝水量無法確保吊桶浮起的情況,從而導致閥無法關閉、蒸汽不斷排出。因此,在冷凝水很少的使用場合中,不可以使用吊桶式。

入口側的壓力急劇下降時,疏水閥內的冷凝水將再次蒸發,從而使吊桶的浮力消失,導致蒸汽不斷排出。請務必注意。

浮球式

浮球式疏水閥將冷凝水集中在了主體內部,因此在寒冷地帶使用時必須預防結凍現象。

恒溫式

過熱蒸汽的場合下易發生故障、請勿使用于此場合。恒溫式、熱力式都無需進行保溫處理。 進行保溫處理后易發生無法感知溫度、變壓室內的蒸汽無法散熱從而導致疏水閥無法工作的現象。

恒溫式與熱力式的比較

工作溫度特性:

由于熱電偶式疏水閥低于飽和蒸汽溫度-5~-10℃開始工作,因此杜絕了生蒸汽的排出,能夠在標準壓力條件下實現穩定地工作。蠟元件式疏水閥在固定溫度下進行工作。熱力式疏水閥的工作基本與溫度無關。

通氣時工作性:

恒溫式疏水閥在通氣初期時為閥開狀態,通氣的加熱時間較短。熱力式疏水閥在通氣初期時為閥閉狀態,雖然通過設計微縫加以改善,但通氣時的加熱時間還是較長。

主要優點

1、控制流體速度30m/S左右,防止空化破壞,流體通道迷宮式,不斷改變流體方向;允許壓差25MPa。

2、節流面與密封面分開,根椐疏水流量設有不同的節流元件,閥內組件表面硬化處理,硬度可達到HRC70,關閉嚴密,壽命長。

3、閥體組件采用自內壓密封結構,壓差越大,密封性越好。

4、閥體組件與執行機構采用浮動式連接,可以消除閥芯與推桿不同心造成的卡死現象。

如何選型

1、 損失最小。

2、 壽命長,性能可靠。

3、 能排出空氣。

4、 能排出二氧化碳氣體。

5、 耐腐蝕。

6、 能在背壓下工作,高壓回水。

7、 能防污物堵塞。

8、 能防止水擊。

防凍保護

選型、安裝合適的疏水閥只要有蒸汽通過,就不會出現冰凍問題。但是如果蒸汽斷了,蒸汽凝結水就會在熱交換器或伴管里形成真空。這就會在發生冰凍之前阻止凝結水從系統中自由排放出去。所以,要在被排放設備和疏水閥之間安裝一個真空破壞器。如果從疏水閥到回水管不是使用重力排放,疏水閥和排放管線就應該用人工排放或者使用帶防凍措施的排放管自動排放。還有,當多個疏水閥一起安裝在疏水閥站的時候,給疏水閥保溫可以防止冰凍。

防凍措施有:

1、疏水閥不要選的尺寸過大。

2、保持疏水閥排放管線盡可能短。

3、向下傾斜疏水閥排放管線,以加快重力排放的速度。

4、疏水閥排放管線和凝結水回水管線加保溫。

5、當凝結水回水管線暴露在大氣條件下時,應考慮加伴熱管。

6、如果回水管升高,垂直排放管要與回水集管上部的排放管相鄰,并把排放管和疏水閥排放管一起保溫。

機械型也稱浮子型,是利用凝結水與蒸汽的密度差,通過凝結水液位變化,使浮子升降帶動閥瓣開啟或關閉,達到阻汽排水目的。機械型疏水閥的過冷度小,不受工作壓力和溫度變化的影響,有水即排,加熱設備里不存水,能使加熱設備達到最佳換熱效率。最大背壓率為80%,工作質量高,是生產工藝加熱設備最理想的疏水閥。

機械型疏水閥有自由浮球式、自由半浮球式、杠桿浮球式、倒吊桶式等。

1、自由浮球式疏水閥:

自由浮球式疏水閥的結構簡單,內部只有一個活動部件精細研磨的不銹鋼空心浮球,既是浮子又是啟閉件,無易損零件,使用壽命很長,YQ疏水閥內部帶有Y系列自動排空氣裝置,非常靈敏,能自動排空氣,工作質量高。

設備剛啟動工作時,管道內的空氣經過Y系列自動排空氣裝置排出,低溫凝結水進入疏水閥內,凝結水的液位上升,浮球上升,閥門開啟,凝結水迅速排出,蒸汽很快進入設備,設備迅速升溫,Y系列自動排空氣裝置的感溫液體膨脹,自動排空氣裝置關閉。疏水閥開始正常工作,浮球隨凝結水液位升降,阻汽排水。自由浮球式疏水閥的閥座總處于液位以下,形成水封,無蒸汽泄漏,節能效果好。最小工作壓力0、01Mpa,從0、01Mpa至最高使用壓力范圍之內不受溫度和工作壓力波動的影響,連續排水。能排飽和溫度凝結水,最小過冷度為0℃,加熱設備里不存水,能使加熱設備達到最佳換熱效率。背壓率大于85%,是生產工藝加熱設備最理想的疏水閥之一。

自由浮球式疏水閥適用于任何一種 不希望 積液的工況,尤其適用于造紙、印染行業的滾筒烘干機(帶虹吸管結構),廣泛安裝于化工單位中的各種 中、低壓 換熱設備,壓力范圍為 0-4、0 MPa,排液量范圍為 0-9 t/h。

2、自由半浮球式疏水閥:

自由半浮球式疏水閥只有一個半浮球式的球桶為活動部件,開口朝下,球桶即是啟閉件,又是密封件。整個球面都可為密封,使用壽命很長,能抗水錘,沒有易損件,無故障,經久耐用,無蒸汽泄漏。背壓率大于80%,能排飽和溫度凝結水,最小過冷度為0℃,加熱設備里不存水,能使加熱設備達到最佳換熱效率。

當裝置剛啟動時,管道內的空氣和低溫凝結水經過發射管進入疏水閥內,閥內的雙金屬片排空元件把球桶彈開,閥門開啟,空氣和低溫凝結水迅速排出。當蒸汽進入球桶內,球桶產生向上浮力,同時閥內的溫度升高,雙金屬片排空元件收縮,球捅漂向閥口,閥門關閉。當球桶內的蒸汽變成凝結水,球桶失去浮力往下沉,閥門開啟,凝結水迅速排出。當蒸汽再進入球桶之內,閥門再關閉,間斷和連續工作。

3、桿浮球式疏水閥:

杠桿浮球式疏水閥基本特點與自由浮球式相同,內部結構是浮球連接杠桿帶動閥心,隨凝結水的液位升降進行開關閥門。杠桿浮球式疏水閥利用雙閥座增加凝結水排量,可達到體積小排量大,最大疏水量達100噸/小時,是大型加熱設備最理想的疏水閥

杠桿浮球式蒸汽疏水閥適用于任何一種 不希望 積液的工況,廣泛安裝于化工單位中的各種 高、中、低壓 換熱設備,壓力范圍為 0-6、3 MPa,排液量范圍為 0-160 t/h,是大排液量工況的首選型式。

4、倒吊桶式疏水閥:

倒吊桶式疏水閥內部是一個倒吊桶為液位敏感件,吊桶開口向下,倒吊桶連接杠桿帶動閥心開閉閥門。倒吊桶式疏水閥能排空氣,不怕水擊,抗污性能好。過冷度小,漏汽率小于3%,最大背壓率為75%,連接件比較多,靈敏度不如自由浮球式疏水閥。因倒吊桶式疏水閥是靠蒸汽向上浮力關閉閥門,工作壓差小于0、1MPA時,不適合選用。

當裝置剛啟動時,管道內的空氣和低溫凝結水進入疏水閥內,倒吊桶靠自身重量下墜,倒吊桶連接杠桿帶動閥心開啟閥門,空氣和低溫凝結水迅速排出。當蒸汽進入倒吊桶內,倒吊桶的蒸汽產生向上浮力,倒吊桶上升連接杠桿帶動閥心關閉閥門。倒吊桶上開有一小孔,當一部份蒸汽從小孔排出,另一部份蒸汽產生凝結水,倒吊桶失去浮力,靠自身重量向下沉,倒吊桶連接杠桿帶動閥心開啟閥門,循環工作,間斷排水。

5、組合式過熱蒸汽疏水閥:

組合式過熱蒸汽疏水閥有兩個隔離的閥腔,由兩根不銹鋼管連通上下閥腔,它是由浮球式和倒吊桶式疏水閥的組合,該閥結構先進合理,在過熱、高壓、小負荷的工作狀況下,能夠及時地排放過熱蒸汽消失時形成的凝結水,有效地阻止過熱蒸汽泄漏,工作質量高。最高允許溫度為600℃,閥體為全不銹鋼,閥座為硬質合金鋼,使用壽命長,是過熱蒸汽專用疏水閥,取得兩項國家專利,填補了國內空白。

當凝結水進入下閥腔,副閥的浮球隨液位上升,浮球封閉進汽管孔。凝結水經進水導管上升到主閥腔,倒吊桶靠自重下墜,帶動閥心打開主閥門,排放凝結水。當副閥腔的凝結水液位下降時,浮球隨液位下降,副閥打開。蒸汽從進汽管進入上主閥腔內的倒吊桶里,倒吊桶產生向上的浮力,倒吊桶帶動閥心關閉主閥門。當副閥腔的凝結水液位再升高時,下一個循環周期又開始,間斷排水。

熱靜力型

這類疏水閥是利用蒸汽和凝結水的溫差引起感溫元件的變型或膨脹帶動閥心啟閉閥門。熱靜力型疏水閥的過冷度比較大,一般過冷度為15度到40度,它能利用凝結水中的一部分顯熱,閥前始終存有高溫凝結水,無蒸汽泄漏,節能效果顯著。是在蒸汽管道,伴熱管線、小型加熱設備,采暖設備,溫度要求不高的小型加熱設備上,最理想的疏水閥 。

熱靜力型疏水閥有膜盒式、波紋管式、雙金屬片式

膜盒式式疏水閥

膜盒式疏水閥的主要動作元件是金屬膜盒,內充一種氣化溫度比水的飽和溫度低的液體,有開閥溫度低于飽和溫度15℃和30℃兩種供選擇。膜盒式疏水閥的反應特別靈敏,不怕凍,體積小,耐過熱,任意位置都可安裝。背壓率大于80%,能排不凝結氣體,膜盒堅固,使用壽命長,維修方便,使用范圍很廣。

裝置剛起動時,管道出現低溫冷凝水,膜盒內的液體處于冷凝狀態,閥門處于開啟位置。當冷凝水溫度漸漸升高,膜合內充液開始蒸發,膜合內壓力上升,膜片帶動閥心向關閉方向移動,在冷凝水達到飽和溫度之前,疏水閥開始關閉。膜盒隨蒸汽溫度變化控制閥門開關,起到阻汽排水作用。

波紋管式疏水閥

波紋管式疏水閥的閥芯不銹鋼波紋管內充一種汽化溫度低于水飽和溫度的液體。隨蒸汽溫度變化控制閥門開關,該閥設有調整螺栓,可根據需要調節使用溫度,一般過冷度調整范圍低于飽和溫度15℃-40℃。背壓率大于70%,不怕凍,體積小,任意位置都可安裝,能排不凝結氣體,使用壽命長。

當裝置啟動時,管道出現冷卻凝結水,波紋管內液體處于冷凝狀態,閥心在彈簧的彈力下,處于開啟位置。當冷凝水溫度漸漸升高,波紋管內充液開始蒸發膨脹,內壓增高,變形伸長,帶動閥心向關閉方向移動,在冷凝水達到飽和溫度之前,疏水閥開始關閉,隨蒸汽溫度變化控制閥門開關,阻汽排水。

雙金屬片式疏水閥

雙金屬片疏水閥的主要部件是雙金屬片感溫元件,隨蒸汽溫度升降受熱變形,推動閥心開關閥門。雙金屬片式疏水閥設有調整螺栓,可根據需要調節使用溫度,一般過冷度調整范圍低于飽和溫度15℃-30℃,背壓率大于70%,能排不凝結氣體,不怕凍,體積小,能抗水錘,耐高壓,任意位置都可安裝。雙金屬片有疲勞性,須要經常調整。

當裝置剛起動時,管道出現低溫冷凝水,雙金屬片是平展的,閥心在彈簧的彈力下,閥門處于開啟位置。當冷凝水溫度漸漸升高,雙金屬片感溫起元件開始彎曲變形,并把閥心推向關閉位置。在冷凝水達到飽和溫度之前,疏水閥開始關閉。雙金屬片隨蒸汽溫度變化控制閥門開關,阻汽排水。

熱動力型

這類疏水閥根據相變原理,靠蒸汽和凝結水通過時的流速和體積變化的不同熱力學原理,使閥片上下產生不同壓差,驅動閥片開關閥門。因熱動力式疏水閥的工作動力來源于蒸汽,所以蒸汽浪費比較大。結構簡單、耐水擊、最大背為50%,有噪音,閥片工作頻繁,使用壽命短。

熱動力型疏水閥有熱動力式(圓盤式)、脈沖式、孔板式

熱動力式疏水閥

熱動力式疏水閥內有一個活動閥片,既是敏感件又是動作執行件。根據蒸汽和凝結水通過時的流速和體積變化的不同熱力學原理,使閥片上下產生不同壓差,驅動閥片開關閥門。漏汽率3%,過冷度為8℃-15℃。當裝置啟動時,管道出現冷卻凝結水,凝結水靠工作壓力推開閥片,迅速排放。當凝結水排放完畢,蒸汽隨后排放,因蒸汽比凝結水的體積和流速大,使閥片上下產生壓差,閥片在蒸汽流速的吸力下迅速關閉。當閥片關閉時,閥片受到兩面壓力,閥片下面的受力面積小于上面的受力面積,因疏水閥汽室里面的壓力來源于蒸汽壓力,所以閥片上面受力大于下面,閥片緊緊關閉。當疏水閥汽室里面的蒸汽降溫成凝結水,汽室里面的壓力消失。凝結水靠工作壓力推開閥片,凝結水又繼續排放,循環工作,間斷排水。

圓盤式蒸汽保溫型疏水閥

圓盤式蒸汽保溫型疏水閥疏水閥的工作原理和熱動力式疏水閥相同,它在熱動力式疏水閥的汽室外面增加一層外殼。外殼內室和蒸汽管道相通,利用管道自身蒸汽對疏水閥的主汽室進行保溫。使主汽室的溫度不易降溫,保持汽壓,疏水閥緊緊關閉。當管線產生凝結水,疏水閥外殼降溫,疏水閥開始排水;在過熱蒸汽管線上如果沒有凝結水產生,疏水閥不會開啟,工作質量高。閥體為合金鋼,閥心為硬質合金,該閥最高允許溫度為550℃,經久耐用,使用壽命長,是高壓、高溫過熱蒸汽專用疏水閥。

脈沖式疏水閥

脈沖式疏水閥有和兩個孔板根據蒸汽壓降變化調節閥門開關,即使閥門完全關閉入口和出口也是通過第一、第二個小孔相通,始終處于不完全關閉狀態,蒸汽不斷逸出,漏汽量大。該疏水閥動作頻率很高,磨損厲害、壽命較短。體積小、耐水擊,能排出空氣和飽和溫度水,接近連續排水,最大背壓25%,因此使用者很少。

孔板式疏水閥

孔板式疏水閥是根據不同的排水量,選擇不同孔徑的孔板控制排水量的目的。結構簡單,選擇不合適會出現排水不及或大量跑汽,不適用于間歇生產的用汽設備或冷凝水量波動大的用汽設備。

有關疏水閥安裝的詳細情況,請參閱各自的使用說明書。這里將要介紹的是安裝過程中的注意事項。

1、設置于上升部位的場合

一般情況下,疏水閥都是安裝在低于冷凝水排出設備的位置。但是,如果想將疏水閥安裝在高于冷凝水排出設備之處,則需在疏水閥的前方安裝揚升接頭,從而使冷凝水能夠順利地流入疏水閥。揚升接頭lift fitting、:也可稱為"吸升接頭"。當冷凝水排出部位較低時,可以通過它將冷凝水吸至高處并導向前方。

2、出口側回收管

用于回收疏水閥排出之冷凝水的配管管徑應具備一定的余量,至少應能夠防止蒸汽錘或壓力損失帶來的影響。此外,將回收管與多個集水管返管、連接時,應制造一定的流入角度,以便于冷凝水的流動。

3、出口側配管被水淹沒的場合

將冷凝水排至排水溝的場合下,若將排水管直接伸入水中易引發冷凝水飛濺的危險。如果必須要被水淹沒的場合下,為了防止蒸汽停止時排水溝內的水逆流至疏水閥而出現故障,應在排水管中進行開孔、或安裝真空調整閥。

4、冷凝水收集裝置的設置

在蒸汽輸送管中設置疏水閥時,需要設計冷凝水收集裝置。

在通氣初期和流速較快的場合下,它能夠有效地收集冷凝水,利于疏水閥更好地工作。如果沒有設計冷凝水收集裝置,容易出現冷凝水未被排出、垃圾·水垢堵塞入口等現象。

5、不同壓力的冷凝水管線的回收

對于壓力條件各不相同的冷凝水管線,需對應每個不同的壓力設計冷凝水回收管、或安裝flash leg后進行回收。一旦低壓的回收管內流入了高壓的冷凝水,將會由于冷凝水的溫度差而導致冷凝水再次蒸發,從而產生噪音·蒸汽錘等不利影響。

注意事項

1、安裝前清洗管路設備,除去雜質,以免堵塞。

2、蒸汽疏水閥應盡量安裝在用汽設備的下方和易于排水的地方。

3、蒸汽疏水閥應安裝在易于檢修的地方,并盡可能集中排列,以利于管理。

4、各個蒸汽加熱設備應單獨安裝蒸汽疏水閥。

5、旁路管的安裝不得低于蒸汽疏水閥。

6、安裝時,注意閥體上箭頭方向與管路介質流動方向應一致。

7、蒸汽疏水閥進口和出口管路的介質流動方向應有4%的向下坡度,而且管路的公稱通徑不小于蒸汽疏水閥的公稱通徑。

8、一個蒸汽疏水閥的排水能力不能滿足要求時,可并聯安裝幾個蒸汽疏水閥。用在可能發生凍結的地方,必須采用防凍措施。

節能分析

企業設備上使用的疏水閥種類比較繁多,可歸納為兩大類:熱動力型和機械型,其使用效果普遍不理想。熱動力型疏水閥,由于結構上和動作原理上的原因,水、汽是一起排的,誤動作多,在沒有水的情況下也會排汽,造成大量生蒸汽的浪費,泄漏率在6%~10%,易損壞,使用壽命短。而機械型疏水閥如杠桿全浮球、倒吊桶等、也因結構上的原因,極易磨損,造成蒸汽泄漏,一般在3%~6%。而新型高效節能無泵背壓式蒸汽疏水閥經國家疏水閥檢測中心測試,其泄漏率≤0、1%,就算以1%計算,比其他類型疏水閥平均節汽在5%以上。

節水效益

回收的高溫凝結水為寶貴的軟水,回收率可達95%以上,不但含有大量可利用的"顯熱",而且也可大幅減少鍋爐用水和生產用水,同時也減少了污水的排放量。

從以上分析的節能、節水效益可以看出,以前被很多企業所忽視的節汽和高溫凝結水回收利用問題上,是大有文章可做,是大有潛力可挖的。對高溫凝結水無泵背壓自動提升技術的開發和應用,為企業開辟了又一條節能、節水之路,其效益是看得出、摸得著,是實實在在的"純利潤"。

選型標準

在對英國皇家化學工業公司位于Huddersfield和Grangemouth英格蘭、工業廠的疏水閥性能進行長達7年的監測和實驗,一級在兩家生產商實驗室進行的疏水閥性能和新鮮蒸汽損失的監測和實驗的基礎上,英國皇家化學工業公司最終對其《工程設計指導》中有關疏水閥選型的內容作了修改。更改后的新《指導》中包括疏水閥選型表。

疏水閥舊的選型標準存在很多的缺點,最明顯的是它未提到被疏水設備的類型和疏水方法。所選的疏水閥經常與實際負荷不相匹配。尤其嚴重的是,熱動力圓盤疏水閥舊選型標準的基礎、被人們尤其是車間人員誤認為是萬能疏水閥。