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自产业革命以来,蒸汽被广泛的应用在各行各业中,如化工、纺织、造纸、制药、冶金、船舶等行业无不大量使用蒸汽以达到工艺上所需要的温度。因此,如何及时的排除凝结水,以提高蒸汽使用的热效率就成为一个重要的问题,而蒸汽疏水阀正是处理和解决这一问题的装置。
蒸汽疏水阀的作用是在蒸汽加热设备或蒸汽管网上自动排除不断产生的凝结水、空气和不可凝气体。同时阻止蒸汽随水排出,所以蒸汽疏水阀又称阻汽排水阀。
蒸汽中的热量是由显热和潜热组成的,如果是过热蒸汽,则除显热、潜热外还存在过热热。不使蒸汽泄漏才能充分利用热能。
从蒸汽性质表中我们可以看出,潜热约占饱和蒸汽热焓的80%。而显热仅占饱和蒸汽热焓的20%左右。如果蒸汽中的潜热全部被利用,也就是说,要让蒸汽在用汽设备中完全凝结成水、放出全部潜热,这样才算合理。但是不将凝结水从用汽设备中迅速排出,一是用汽设备的一部分空间被凝结水占据,进入的蒸汽量就会减少;二是用汽设备的传热面被凝结水挡住,新进蒸汽不能和传热面接触,也不能与需要加热的物体进行热交换,放出大量的潜热。虽然这时传热面上的凝结水中的热量会传给需要加热的物体,但是显热热量少,所以这时用汽设备的效率将会大大降低。
在工业生产中,蒸汽广泛用做动力(如推动蒸汽透平带动发电机、压缩机或离心泵等)和工艺加热介质(如各种换热设备、烘燥和蒸汽定型等的加热)。蒸汽疏水阀已成为各工业部门用汽设备和蒸汽管网中必不可少的重要装置。其性能的优劣,对于系统的正常运行,设备的热效率、能源的充分利用等,都有着重要作用。例如:
在工艺设备中,如果疏水阀不能及时的排除凝结水,工艺设备的换热效率将受到地影响,以致无法达到生产工艺的要求。
根据经验,在用热动力式疏水阀时,烘干涤棉花呢速度常为40~50m/miu,改用自由浮球式疏水阀后,常用车速为45~53m/miu。如果车速提高5m/miu,每月以26天三班运转计,则每台月产量可提高187200m。由此可见,疏水阀的选用是否正确及性能的好坏,对提高生产率、节约能源、提高经济效益都有着密切的关系。
疏水阀性能不好,就会使蒸汽管网中的凝结水不能及时排出,从而使蒸汽系统的运行恶化,由于凝结水在管网中的聚积,妨碍蒸汽流动,使蒸汽湿度增加,影响工艺设备的换热效率,使产品质量下降。有时蒸汽会引起管路系统的水击,碰撞管道、阀门和法兰等。影响管网和设备的安全运行。
安装在管网和设备上的疏水阀,如果失效或性能不好以及使用不当,将造成蒸汽能量的严重损失。根据调查粗略统计,疏水阀所造成的蒸汽损失往往达到蒸汽总量的10~15%左右,这是一个很可观的数字,因为很多现代化的大型工厂中,使用蒸汽的量是很大的。例如:用汽量为450t/h的企业,若漏汽量按15%计算,一年耗费蒸汽的费用达3037.5万元(蒸汽单价平均约为150元/吨)。某企业因对一台汽轮机组的各级疏水阀进行及时的检修和调整,加强运行管理,使每小时耗汽量减少5吨,相当于每天节煤35吨,一年节约12600吨(现工业用煤平均单价约为600元/吨)价值7560万元。由此可见,疏水阀对蒸汽节能的重要性。
当今能源日趋紧张的形势下,世界各国对这一问题都给与了地重视,在能源问题上厉行节约已成为各国能源政策的一项重要内容。解决能源的办法,一靠开发,二靠节约。因此节约能源也已经成为我国发展国民经济的一条重要方针。要把能源的利用水平提高到现代科学技术水平。以少的能源消耗去获得大的经济效益作为节能的方向。在我国节能措施中,已经利用余压、余热来供能、供热。而更重要的是尽量降低热能消耗和损失,提高热能利用率,正确选择合理使用蒸汽疏水阀,已经成为节约能源的重要措施之一。
蒸汽疏水阀概述
从液体介质里排出气体,从气体介质里排出液体,或从气体介质里排出其他无用气体,并防止主要介质逸漏。这种尽力防止有用介质逸出而排除异质、异相流体的操作称为疏水工程。利用人工也可以完成这种操作,但是要达到效率工作并排除异质是不可能的。因此,要求这项工作能自动效率的进行,这种装置称为“输水装置”或“疏水阀”,顾名思义,蒸汽疏水阀就是在蒸汽管网和加热设备上能自动排除不断产生的凝结水、空气和不可凝结气体。同时又阻止蒸汽泄漏的装置。它是一种自动阀门,也是一种节能阀门。蒸汽疏水阀的型式多样,分类方法繁多。但比较适用准确的分类,是按其动作原理的不同来分类,如表;
蒸汽疏水阀的分类
蒸汽疏水阀的种类 | 动作原理 | |
机械型 | 自由浮球式 | 蒸汽和凝结水的密度差 |
倒置桶式 | ||
杠杆自由浮球式 | ||
热静力型 | 圆板双金属片式 | 蒸汽和凝结水的温度差 |
菱形双金属片式 | ||
波纹管式 | ||
膜盒式 | ||
热动力型 | 孔板式 | 蒸汽和凝结水的热力学和流体力学特性 |
圆盘式 | ||
保温型圆盘式 | ||
特殊疏水阀 | 泵式疏水阀 | 蒸汽和凝结水的密度差及气体操作 |
机械型蒸汽疏水阀
其动作的根本原理是基于浮力这种纯力学原理。所以在蒸汽疏水阀的设计压力(高使用压力)的范围内,若压力(蒸汽压力)的变化或温度(蒸汽和凝结水的温差及凝结水的温度)的变动稍有偏差。 其性能根本不会受到影响。这种类型的蒸汽疏水阀,其容量是根据蒸汽压力(动作压力)和阀口面积来决定的。
机械型疏水阀的一般共性如下:
适用大排量,但与其他类型的蒸汽疏水阀相比,其外形也大;
阀体须水平安装。
若超出蒸汽疏水阀的设计压力,阀门则不能打开,也就是不能排除凝结水。
如果使用在过热蒸汽上,蒸汽疏水阀内部的凝结水易蒸发,失去水封,蒸汽易泄漏。
在寒冷地区,须保温。
注意不要安装在有剧烈振动的部位。
当背压异常高时,也不会泄露蒸汽,但此时凝结水的排放量降低。
热静力型蒸汽疏水阀
热静力型疏水阀是靠温差开闭疏水阀进行排水的。在规定了开阀温差以后,当凝结水比预定的关阀温度低时,阀瓣就能与阀座接触,但并不十分紧密,如果阀瓣与阀座没有压紧的话,是不能达到完全密封的。即在比预定温度T1,更低的温度T2时,阀瓣就和阀座接触了,到T1时在热膨胀力的作用下,阀瓣便紧密地压实在阀座上。相反开阀时,如果凝结水的温度没有冷却到T2,疏水阀就不会打开。从本质上,温差(T1 - T2)是必要的。但是,这种温度差很大,一般在10~12℃左右,从这个意义上看,热静力型蒸汽疏水阀动作时不敏感的。
这类阀的一般共性如下:
低温呈开阀状态,大量的凝结水快速排出,同时可排除空气、不凝结气体。
设备停止运转时,阀内部不存水,具有防冻性能。
动作无声,有利于防止噪声公害的场合。
处于蒸汽温度时能准确关闭,只要凝结水的温度不降低,阀就不会打开,也就不会泄露蒸汽。
依靠温差动作,不能随负荷的急剧变化而变化。
加热设备的换热面比较富余的场合,可充分利用部分高温凝结水的显热,故节能效果好。
压力变化较大的场合不太适用。
阀前应保留一米以上的冷却管。
热动力型疏水阀
热动力型疏水阀是依据热力学作为理论基础。这类疏水阀的动作原理简单地说就是在入口压力和出口压力中间设置了中间压力的变压室,当变压室内流入蒸汽或高温凝结水时(接近饱和温度的凝结水),会由于该蒸汽压力或凝结水产生再蒸发的压力而关闭疏水阀。若变压室的温度因凝结而下降,或自然冷却至某一温度以下时,基于温度的变化,变压室内的压力下降,从而开启疏水阀。
这类阀的一般共性如下:
体积小,重量轻,结构简单,成本低。
抗水击能力强;
不易冻结。
不适宜大排量;对压力波动适应性差。
相对其他疏水阀漏气率大。
工作时噪音大。
蒸汽使用设备和蒸汽管网安装使用蒸汽疏水阀的必要性:
防止降低蒸汽使用设备的效率
用蒸汽做功的蒸汽设备都是为了有效的利用蒸汽的潜热。蒸汽使用设备内产生凝结水是饱和蒸汽使用后的状态。因为它只有显热,它不再具有加热的作用。为了不使加热效率降低,并持续保证加热效果,须不断地排出设备内产生的凝结水。
防止水击
从安全角度,如果蒸汽管路中存有凝结水,高速流动的蒸汽推动积聚在一起的凝结水,致使凝结水在管壁和阀门以及蒸汽使用设备上进行强烈撞击(也称水击作用或水锤作用),当水击很强时,会造成管道转弯处和阀门损伤破坏。
防止腐蚀蒸汽使用设备内部
水和空气中的氧与设备接触,会发生化学反应,使设备内表面锈蚀变薄。
防止蒸汽使用设备的损伤
由于蒸汽和凝结水的温度不同,在设备内产生温差,易使设备变形。 防止传热面形成空气层,降低传热效率。蒸汽分压的降低引起蒸汽温度的降低,又使运转效率降低,给使用设备带来大危害。因此,有空气混入,须排出。
使用和利用蒸汽的设备上只需要蒸汽,而在这种设备内肯定会产生凝结水,同时还混入空气和其他不可凝结气体。成为引起设备产生故障和降低性能的原因。而蒸汽疏水阀重要的三大功能是:①能迅速排出产生的凝结水、②防止蒸汽泄漏、③排除空气及其他不可凝结气体。 成为能解决以上问题的装置。所以在用蒸汽设备和蒸汽管网中合理选择使用蒸汽疏水阀是必要的,也是需的。
对蒸汽疏水阀的具体要求:
排除凝结水时不泄漏蒸汽。
可以排除蒸汽系统中任何地方的全部凝结水。
能同时排放空气和不凝结气体。
适用压力范围大。
容易检修和保养。
实用性高(体积小、重量轻、寿命长、价格低)。
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