浅谈工程设计中疏水阀的选型和使用

＊俞 捷

（中国化学赛鼎宁波工程有限公司 浙江 315000）

浅谈工程设计中疏水阀的选型和使用

＊俞 捷

（中国化学赛鼎宁波工程有限公司 浙江 315000）

蒸汽疏水阀作为工程设计中蒸汽系统阻汽排水的重要环节，与蒸汽使用设备的运行效率以及系统的能源消耗密切相关；本文结合蒸汽疏水阀的分类及特性，就其在供热管网不同部位的适用类型进行优选；并通过进出口最大压差、最大排水量以及疏水阀相关特性参数来核算确定选用的型号，系统的探索蒸汽疏水阀的应用选型过程。

工程设计; 疏水阀; 类型优选; 型号

1.前言

蒸汽疏水阀是工程设计中蒸汽系统阻汽排水的重要环节，蒸汽供热设备和蒸汽管道的供热效率以及系统的能源消耗与蒸汽疏水阀密切相关。因此其应用研究引起了广泛的关注。本文中结合国内外蒸汽疏水阀的特点及其工作原理给出了选型中的一些建议。对比了国产机组与进口机组疏水器的应用现状并结合分析研究提出了蒸汽疏水器的节能意义及应用建议。研究了蒸汽疏水阀漏汽所导致的经济损失，证明了选用合适蒸汽疏水阀的重要性。从工程设计角度介绍了蒸汽疏水阀的选型原则及疏水量计算方法并提出选型的建议。结合蒸汽疏水阀的工作原理介绍了各类疏水阀的选型要点以及安装的注意事项。

但是关于在管网不同部位以及不同工况下蒸汽疏水阀的优化选型并无系统研究，因此本文拟对蒸汽疏水阀在蒸汽管网中的类型优选进行研究并对选定优选类型后蒸汽疏水阀型号的确定进行系统的探索。

2.蒸汽疏水阀的分类和特点

根据工作原理的不同，蒸汽疏水阀通常可以分为三大类：机械型蒸汽疏水阀、热静力式蒸汽疏水阀及热动力蒸汽疏水阀。

(1)机械型蒸汽疏水阀及其特点

机械型蒸汽疏水阀主要有两种：浮球式疏水阀和倒吊桶式疏水阀。

浮球式蒸汽疏水阀可即时排出冷凝水且具备迅速排出大量冷凝水的能力，该类疏水阀适用于换热要求高、设备不允许积水的各种换热设备及带自动温度控制的设备。

倒吊桶式疏水阀在使用时多数需要装配止回阀以防止压力突变或过热时失去水封，其通常适用于高压条件，但是其排气非常缓慢，因而对有大量空气存在情况时需要单独的热静力排空气阀，以免造成设备积水，影响传热效率。

(2)热静力式蒸汽疏水阀及其特点

常用的热静力式蒸汽疏水阀主要有两种：压力平衡式疏水阀和双金属式疏水阀。

压力平衡式疏水阀可根据压力的变化来自动调节，且在冷态时常开，具有非常好的排空气性。

双金属疏水阀主要是根据双金属片的感温特性来工作，容易受到背压大小的影响，背压增大将排放温度降低，会增加设备的积水量。

(3)热动力蒸汽疏水阀及其特点

热动力蒸汽疏水阀主要利用低速冷凝水与高速闪蒸蒸汽之间形成的“动力压差”来工作，关紧力较好且可防止冷凝水的回流，确保设备的最大工作效率。

热动力蒸汽疏水阀应用时通常要求其背压小于等于进口压力的50%，此外热动力疏水阀为间歇式排放，不适用于加热效率高且同时带有温度控制设备的换热器，其一般用于定压系统的冷凝水排放。

3.供热管网用蒸汽疏水阀的类型优选

(1)蒸汽主管用蒸汽疏水阀的选型

蒸汽主管中通常包含管壁凝结的水膜、悬浮的水滴及空气。通常蒸汽主管的疏水量相对比较小，所以最适宜选用排量相对较小、使用寿命长、工作效率高的热动力疏水阀，如图1所示。

且在安装蒸汽疏水阀时，需将冷凝水通过集水槽排到适当尺寸的冷凝水回收管，同时要避免将所有出口都和回水管直接相连，以免在冷凝水回收管满溢时形成严重的水锤现象。

图1 蒸汽主管优选热动力疏水阀

(2)汽水分离器用蒸汽疏水阀的选型

汽水分离器口径通常与管道相同，主要作用是分离出蒸汽中悬浮的水滴和冷凝水膜以保证用于加热和制程的蒸汽的干燥程度，因此在冷凝水出现后要求即时排出。该部位在室内时最适宜选用浮球式疏水阀；但在室外时最适宜选用不会因为冷冻而损坏的热动力疏水阀，如图2所示。

图2 汽水分离器优选浮球式疏水阀、室外优选热动力疏水阀

(3)蒸汽分汽缸用蒸汽疏水阀的选型

蒸汽分汽缸的疏水方式与蒸汽主管类似，需要在分汽缸的底部安装集水槽且分汽缸要适度的倾斜以便于集水槽中集水及排出，通常长度超过5m的分汽缸需要在两端均安装集水槽，在该部位最适宜选用浮球式疏水阀，如图3所示；但是若分汽缸安装的位置距离锅炉比较近，为避免蒸汽带水的影响，也可以选择带防气阻碟片的热动力疏水阀。

图3 蒸汽分汽缸优选浮球式疏水阀

(4)管道末端用蒸汽疏水阀的选型

管道末端相比于水平管道更易受水锤影响。在开机过程中蒸汽会推动管道内的空气前进直至管道末端而造成空气的聚集，因此该部位最好同时安装疏水阀和排空气阀，且一般安装“T”型三通以缓解水锤引起的机械冲力，保护疏水阀和排空气阀免受损坏；该部位蒸汽疏水阀最适宜选用热动力疏水阀；此外也可选用倒吊桶式疏水阀，但需要单独加装排空气阀，如图4所示。

图4 管道末端选用吊桶式疏水阀要并联排空气阀

(5)通向设备的分支管道用蒸汽疏水阀的选型

蒸汽分支管通常从蒸汽主管上部引出，若分支管道较长或绕弯较多，则需要对管道进行保温并在设备进口处安装汽水分离器以及合适的蒸汽疏水阀组进行疏水，汽水分离器通过浮球-热静力式疏水阀进行疏水。

对于通过温度控制阀控制蒸汽供给的蒸汽使用设备，通常要在控制阀前安装适宜的疏水阀组，以便关闭控制阀时冷凝水即时排出，以避免水锤破坏以及湿蒸汽对控制阀座的冲蚀；对于分支管末端可能出现湿蒸汽的，最好需要加装汽水分离器。

4.蒸汽疏水阀的型号确定

在根据具体的应用场合、最大负荷、设备类型等选定适合类型的蒸汽疏水阀后，还需要根据使用工况中的进出口最大压差、最大排水量、允许背压率、最小允许压差及疏水量来确定所选定类型蒸汽疏水阀的具体型号。

(1)进出口最大压差

选用蒸汽疏水阀型号时需要考虑使用工况下的最大工作压差。

疏水阀进出口的最大压差按公式：△P=P1-P2进行计算，其中：P1为蒸汽疏水阀进口压力（通常比蒸汽压力低约0.05MPa），MPa；P2为蒸汽疏水阀出口压力，MPa。

在凝结水不回收时疏水阀出口压力视为零；在凝结水管网集中回收时，疏水阀出口压力：P2=10-4△PL*L+10-1H+Pa

△PL为每米管道的摩擦力，kgf/cm2；L为管道的当量长度m；H为疏水阀与凝结水缸之间的位差，m；Pa为凝结水罐内的压力，MPa。

(2)最大排水量

选用蒸汽疏水阀型号时需要考虑使用工况下的最大排水量。凝结水产生量可以可用以下方法计算：

①管线上产生的凝结水量按：Q=q0L(1-0.01Z)

计算，其中：Q为凝结水量，kg/h；q0为光管产生的凝结水量，kg/(m*h)；L为疏水点间的距离，m；Z为保温效率，%。

②加热设备运行时产生的凝结水量按公式：

Q=ρVCp△T/(Ht)计算，其中：Q为凝结水量，kg/ h；ρ为液体密度，kg/m3；V为被加热液体的体积，m3；Cp为液体比热，J/(kg*℃)；ΔT为液体温升，℃；H为蒸汽潜热，J/kg；t为加热时间，h。

(3)允许背压率

在实际选用中要求疏水阀允许背压率大于蒸气冷凝水系统的实际背压率。

允许背压率是在不同蒸汽压力的情况下通过逐渐提高疏水阀后压力直到疏水阀不能正常排出冷凝水时最大阀后压力与阀前压力百分比的平均值，是疏水阀的特性参数，其按：Py=（P4/P3）*100%进行计算，其中：

P3为疏水阀进口试验压力，MPa；

P4为疏水阀出口最大试验压力，MPa。

(4)最小允许压差

在实际选用中要求蒸汽冷凝水系统实际压差大于疏水阀最小允许压差。

最小允许压差是在不同蒸汽压力的情况下通过逐渐提高疏水阀后压力直到疏水阀不能正常排出冷凝水时最大阀后压力与阀前压力差值的平均值，是蒸汽疏水阀的特性参数，其按：△P2=P4-P3进行计算，其中：P3为疏水阀进口试验压力，MPa；P4为疏水阀出口最大试验压力，MPa。

(5)疏水量

疏水量也是疏水阀的一个特性参数，在选用时通常需将疏水量乘以“安全系数”后来作为参考来选用额定疏水量的疏水阀。

①开工时管道疏水量G1按：G1=G2N进行计算，其中：G1为开工时管道疏水量，kg/h；G2开工时管道的冷凝水量，kg/h；N为安全系数。其中G2按：G2=[W1CP1（TSTO）+W2CP2（TS-TO）]*L/（H1-H2）进行计算，其中：W1为管道重量，kg；W2为保温材料重量，kg；CP1为钢管材料比热容，KJ/(kg×℃)；CP2为保温材料比热容，KJ/(kg×℃)；Ts为蒸汽温度，℃；T0为大气温度，℃；L为管道长度，m；H1为工作条件下饱和蒸汽焓值，KJ/kg；H2为工作条件下饱和冷凝水焓值，KJ/kg。

②生产时管道的疏水量G3按：G3=G4N进行计算，其中：G3为生产时管道的疏水量，kg/h；G4为生产时管道的冷凝水量，kg/h；N为安全系数。其中G4按：G4=G5L[0.2778（H1-H2)]进行计算，其中：G5为生产时管道的散热量，W/ (m×h);L为管道长度，m；H1为工作条件下饱和蒸汽焓值，KJ/kg；H2为工作条件下饱和冷凝水焓值，KJ/kg。其中G5按：G5=1.3*[2π（TS-TO）]/[（1n(D0-d1））/λ+2/（D0*α）]进行计算，其中；Ts为蒸汽温度，℃；T0为大气温度，℃；λ为保温材料的导热系数，W/(m×℃)；D1为保温层内径，m；D0为保温层外径，m；α为保温层外表面向大气的散热系数，W/(m2×℃)；ω为风速，m/s。

5.结论

蒸汽疏水阀是蒸汽和冷凝水系统的衔接点，合适的蒸汽疏水阀类型及相应工况适合的型号与蒸汽使用设备运行效率高低及系统的能源消耗密切相关；在工程设计中，应结合蒸汽疏水阀的特性以及具体的使用部位进行合理的类型选择，同时根据应用的具体工况，从进出口最大压差、最大排水量、允许背压率、最小允许压差及疏水量来确定所选定类型蒸汽疏水阀的具体型号，这是用汽设备满足工艺要求的保证，也是生产企业有效节能的保障。

俞捷（1968～），女，中国化学赛鼎宁波工程有限公司，研究方向：石油化工设计。

(责任编辑 牛玉娟)

Discussion of the Trap Model and Using of Project Design

Yu Jie

（China Chemical Saiding Ningbo Engineering co., LTD, Zhejiang 315000）

Steam trap, as an important link of resisting steam and discharging water for steam system in the process of project design is close ly related to the running efficiency of steam using equipment and energy consumption of system; Based on the classification and characteristics of the steam trap, this paper takes selection of the applicable types for different parts of heat supply network; And based on the maximum differential pressur e and maximum drainage of entrance and exit and the related characteristic parameters of trap, calculate and determine the selected model, besides, systematically explore the application and type-selection process.

project design；trap；type optimization；model

T

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