新型节能免维护疏水器

乔 鹏，张 梦

（1.亚东石化（上海）有限公司，上海 201419；2.北京卓众出版有限公司，北京 100083）

0 引言

目前，越来越多的化工企业将节能提升到一个新的高度，作为企业降本增效、提高竞争力的重要举措。在使用节能设备、节能工艺、节能技术的同时，对蒸汽系统疏水器的节能改造没有得到应有的重视，给新型节能免维护疏水器的应用，提供了广阔的市场空间。

1 疏水器的作用

蒸汽系统在输送过程中，由于不可避免的散热，或在加热设备和工艺设备中，由于蒸汽向被加热物质传热后降温，产生一定数量的凝结水，此凝结水必须立即排掉，否则会降低传热效率并产生水击，疏水器即起到排出凝结水的作用，蒸汽疏水器实际上就是一个自动阀门，打开可以排放凝结水，关上可以阻断蒸汽。

图1 浮球式疏水器

2 疏水器的分类

疏水器可分成三大类：机械式疏水器，热静力疏水器和热动力疏水器。

（1）机械式疏水器。浮球式疏水器（图1）是其中的典型，而倒吊桶式疏水器（图2），严格的讲也是一种浮球式疏水器。

工作原理：传统的浮球式疏水器内部结构是浮球连接杠杆带动阀芯，随凝结水的液位升降开关阀门。

（2）热静力疏水器。典型的热静力疏水器是双金属片疏水器（图3），还有膜盒式疏水器（图4）。

图2 倒吊桶式疏水器

工作原理：金属片由两种不同材料的金属压制而成，由于两种金属材料的膨胀系数不同，当温度变化时，金属片不同的膨胀量带动阀芯的开关。

（3）热动力疏水器。典型的热动力疏水器是圆盘碟片式疏水器（图5）。

工作原理：热动力疏水器疏水阀靠闪蒸蒸汽经过疏水阀时产生的动力工作。

3 几类疏水器的优缺点

3.1 浮球式疏水器

图3 双金属片式疏水器

图4 膜盒式疏水器

3.1.1 优点

（1）连续进行冷凝水的排出，可及时对应设备的负荷变动达到有水即排，适用于机器设备装置的使用。

（2）使用在蒸汽主管时，因阀座排出口径小，排出时无蒸汽损失。

（1）使用高精度研磨浮球，实现高性能的密封性。

3.1.2 缺点

（1）疏水阀中球形浮子对水击现象所产生的冲击力的抵抗性弱。

（2）使用在蒸汽机器设备时，大型浮子型疏水阀的排出口径增大，排出时会有蒸汽的损失现象。

（3）因本体内部是汽水分离的状态，因放热产生蒸汽损失

3.2 热静力疏水器

3.2.1 优点

（1）疏水阀门本体可滞留冷凝水，更有效地利用冷凝水显热，大幅度节约蒸汽热能，排出温度可自由设定，节能效果显著。

图5 碟片式疏水器

（2）冷凝水排出时的温度较饱和温度低，并形成水封，无蒸汽泄漏，并可一定程度地抑制蒸汽的再蒸发。

（3）感温元件是双金属片，灵敏度高。根据冷凝水的温度进行开闭，不会出现空气、蒸汽气堵现象。

（4）适用于伴热管、蒸汽主管，即使是高温蒸汽也能保持优良性能。

3.2.2 缺点

因滞留一定的冷凝水，不适于急剧产生冷凝水的热交换设备使用。

3.3 热动力疏水器

3.3.1 优点

（1）不受安装方向的限制（水平，垂直均可）。

（2）抗杂质性能强。开阀时随着动作压力将一部分蒸汽排出，杂质等一并随着蒸汽被排出。

（3）抗水击能力强。

（4）成本低、动作情况容易确认。

3.3.2 缺点

（1）因不伴随着蒸汽排出就不动作的特性，需要使用蒸汽。

（2）容易受到天气的影响，变压室如不进行保温，会受雨雪等影响产生放热致使蒸汽损失。

（3）动作声音大，排出时再蒸发现象显著。

4 Rifox 新型疏水器

德国Rifox 公司研发的浮球疏水阀和排气阀，适用于-196～550 ℃、压力最高到PN250 的工况，具有独特的旋转滑阀结构。

4.1 Rifox 浮球疏水器

Rifox 浮球式疏水阀的特点是旋转滑阀结构（图6），其旋转滑阀既是旋转接头，也是关断装置，按比例排除凝结水。

旋转滑阀结构的优点：①仅有一个运动点；②调节装置与关闭装置一体化；③无碰撞，精确、静音排凝液；④不受温度和压力变化影响；⑤无漩涡效应，无蒸汽损失；⑥抗污垢、耐磨损、寿命长；⑦结构简单、部件少；⑧维护率低。

旋转滑阀表面喷镀硬质合金及热处理，硬度很高，旋转时若有脏物进入该部位，滑阀的边缘会切碎脏物，因此该型浮球疏水器一般无需在前端安装过滤网。脏物被切碎后进入疏水器壳体内，疏水器顶部及底部都有丝堵，大修或合适时机打开丝堵对壳体冲洗排放后脏物即可排出，无需拆解疏水器。图7 旋转滑阀是某化工企业使用30 年的状态，表面只有轻微磨损。

另外，该浮球疏水器的凝液按比例排放，凝液量大时，旋转滑阀的开度就大，凝液量小时，滑阀的开度就小，按比例调节，并且凝液量最低时，疏水器出口水封防止漏汽，见图8。Rifox Vario型疏水器还能做到现场转换方向，可水平和垂直安装，若现场的管线改变，将疏水器安装方向改变即可，不必更换新的疏水器。除蒸汽疏水器外，Rifox 还制作其他气体凝液排放的疏水器，而且疏水器材料可根据工艺介质选型，有一般的304、316、316Ti不锈钢，也有等级较高的双相钢、海氏合金直至钛材。

4.2 Rifox 双金属片疏水器

Rifox 双金属片疏水器与其他厂商产品不同，其他厂商的双金属片由两种不同材料压制而成，而Rifox 双金属是两种金属材料混合成型（图9）。传统的双金属片经长时间使用后，金属片之间容易积累污垢，积累到一定程度，双金属片的变形受到影响，继而影响到疏水器的开关。而Rifox 的双金属弹簧结构，即使有污垢积累到弹簧表面，但随着弹簧的舒张和收缩，污垢会掉到壳体中随凝液排出，不会影响疏水器的开关。此独特的双金属片是Rifox 的专利技术，是一种简易版的浮球疏水器，稳定性高，且过冷度（Undercooling）可以实现温度控制。如蒸汽温度120 ℃，希望得到90 ℃或91 ℃……的冷凝水，则Rifox 可设计该疏水器在凝液降到90 ℃或91 ℃……时打开，实现冷凝液的回收利用，达到节能的目的

图6 Rifox 旋转滑阀

图7 使用30 年的旋转滑阀

5 疏水器故障分析

5.1 常见故障

（1）堵塞。疏水器排水不畅造成。

（2）吹放。蒸汽随冷凝水一起排出造成，也称为内部泄漏。

（3）泄漏。蒸汽和冷凝水非正常排放。

（4）温调失灵。热静力疏水器实际排水温度与设定温度不一致造成。

图8 Rifox 浮球式疏水器

5.2 检查方法

5.2.1 热动/静力式疏水器

（1）温度检查法。在正常使用时，通过测温仪对疏水器表面进行温度测量，如果温度低于饱和蒸气温度很多，可以判断该疏水器堵塞，有大量的冷凝水聚集，已经不能进行正常疏水。

（2）旁路排放检查法。关闭疏水器后面的排放阀门，打开旁路阀门目视观察，如果有大量的蒸汽泄漏，证明该疏水器有泄漏。

5.2.2 机械式疏水器

目视观察，凝结水的排放——机械式疏水器是间歇式排放冷凝水，当疏水阀的负荷极小时，由于涓滴效应，也会连续排放凝结水，属于正常情况。

闪蒸蒸汽——不要把闪蒸蒸汽错当成通过疏水阀泄漏的蒸汽，受压凝结水所含的热量要比常压凝结水中的热量大的多，当凝结水被排放时，多余的热量会使一部分凝结水二次蒸发。如果蒸汽连续喷出，成为“蓝色”，就是泄漏蒸汽。如果蒸汽是间断“飘”出形成白色气雾，就是闪蒸蒸汽。

Rifox 的浮球疏水器和其他厂商不同之处在于凝液是连续排放的，避免了排放时对管线的冲击及产生水锤现象。

图9 Rifox 双金属片疏水器

5.2.3 疏水器检漏仪

使用疏水器检漏仪辅助检查，确认疏水器是否泄漏。疏水器检漏仪原理：疏水器在疏水动作时因流体流动会产生较高振动，而在不疏水情况下无振动产生。若通过疏水器检漏仪测得疏水器在非疏水时有振动产生，则可判定疏水器有泄漏。

Rifox 有相关的检漏仪产品，可检测阀门是否泄漏并带有测温功能。

6 疏水器蒸汽损失计算

6.1 蒸汽损耗

蒸汽损失可依据Napiers 公式计算：蒸汽损失=15×P×A×0.5。其中，P 是蒸汽压力（磅/平方英寸），A 是孔板面积（平方英寸）。

6.2 经济损失

根据蒸汽损失计算伴热疏水器的蒸汽损失。伴热疏水器运行时间按疏水器每天运行24 h，每年运行疏水器约4 个月（120 d）计算，共计2880 h。经济损失=年蒸汽损耗×蒸汽单价，低压蒸汽损失见表1，高压蒸汽损失见表2。

7 结语

Rifox 曾统计了一批工厂的25 000 台疏水器，发现使用错误率13.2%，泄漏率18.8%，堵塞率5.6%，良好率只有62.4%，每年造成的潜在能源损失巨大。所以使用正确的、无泄漏的疏水器可以降低装置的生产成本，提高生产装置的竞争力。

表1 低压蒸汽损失（0.7 MPa，蒸汽价格120 元/吨）

表2 高压蒸汽损失（7 MPa，蒸汽价格170 元/吨）