蒸汽疏水阀 讲座文档格式.docx
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(6)实用性高:
体积小、重量轻、寿命高、价格低且不因空气和蒸汽而丧失排放能力。
5、蒸汽疏水阀术语与标志
5.1有关压力的术语
5.1.1最高允许压力
在给定温度下蒸汽疏水阀壳体能够持久承受的最高压力。
5.1.2工作压力
在工作条件下蒸汽疏水阀进口端的压力。
5.1.3最高工作压力
在正确动作条件下,蒸汽疏水阀进口端的最高压力,它由制造厂给定。
5.1.4最低工作压力
在正确动作情况下,蒸汽疏水阀进口端的最低压力。
5.1.5工作背压
在工作条件下,蒸汽疏水阀的出口端的压力。
5.1.6最高工作背压
在最高工作压力下,能正确动作时蒸汽疏水阀出口端的最高压力。
5.1.7背压率
工作背压与工作压力的百分比。
5.1.8最高背压率
最高工作背压与最高工作压力的百分比。
5.1.9工作压差
工作压力与工作背压的差值。
5.1.10最大压差
工作压力与工作背压的最大差值。
5.1.11最小压差
工作压力与工作背压的最小差值。
5.2有关温度的术语
5.2.1工作温度
在工作条件下蒸汽疏水阀进口端的温度。
5.2.2最高工作温度
与最高工作压力相对应的饱和温度。
5.2.3最高允许温度
在给定压力下蒸汽疏水阀壳体能持久承受的最高温度。
5.2.4开阀温度
在排水温度试验时,蒸汽疏水阀开启时的进口温度。
5.2.5关阀温度
在排水温度试验时,蒸汽疏水阀关闭时的进口温度。
5.2.6排水温度
蒸汽疏水阀能连续排放热凝结水的温度。
5.2.7最高排水温度
在最高工作压力下蒸汽疏水阀能连续排放热凝结水的温度。
5.2.8过冷度
凝结水温度与相应压力下饱和温度之差的绝对值。
5.2.9开阀过冷度
开阀温度与相应压力下饱和温度之差的绝对值。
5.2.10关阀过冷度
关阀温度与相应压力下饱和温度之差的绝对值。
5.2.11最大过冷度
开阀过冷度中的最大值。
5.2.12最小过冷度
关阀过冷度中的最小值。
5.3有关排量的术语
5.3.1冷凝结水排量
在给定压差和20℃条件下蒸汽疏水阀一小时内能排出凝结水的最大重量。
5.3.2热凝结水排量
在给定压差和温度下蒸汽疏水阀一小时内能排出凝结水的最大重量。
5.4有关漏汽量和负荷率的术语
5.4.1漏汽量
单位时间内蒸汽疏水阀漏出新鲜蒸汽的量。
5.4.2无负荷漏汽量
蒸汽疏水阀前处于完全饱和蒸汽条件下的漏汽量。
5.4.3有负荷漏汽量
给定负荷率下蒸汽疏水阀的漏汽量。
5.4.4无负荷漏汽率
无负荷漏汽量与相应压力下最大热凝结水排量的百分比。
5.4.5有负荷漏汽率
有负荷漏汽量与试验时间内实际热凝结水排量的百分比。
5.4.6负荷率
试验时间内的实际热凝结水排量与试验压力下最大热凝结水排量的百分比。
5.5标志
5.5.1标志位置
5.5.1.1蒸汽疏工的标志可设在阀体上,也可标在标牌上,标牌必须与阀体或阀盖牢固固定。
5.5.1.2标志不得被覆盖。
5.5.2必须使用的标志
a)产品型号;
b)公称尺寸;
c)公称压力;
d)制造厂名称和商标;
e)介质流动方向的指标箭头;
f)最高工作压力;
g)最高工作温度。
5.5.3可选择使用的标志
a)阀体材料;
b)最高允许压力;
c)最高允许温度;
d)最高排水温度;
e)出厂编号、日期。
5.5.4上述各项标志若已标在阀体上也可以重复标在标牌上。
5.5.5只要不与上述标志混淆,还可附加其他标志。
二、蒸汽疏水阀结构形式与工作原理
目前,我们在蒸汽应用时,主要是以加热物质或使之溶解,利用蒸汽来达到工序中加热的目的。
其原理是饱和蒸汽冷凝时,它会释放出汽化的能量(潜热能)而形成冷凝水。
冷凝水只含有饱和温度下水所含有的能量(显热能)。
但是为了确保蒸汽系统中维持最大的热传导效率,此冷凝水必须排出系统之外,另外从锅炉中产生的一些不凝性气体和空气以及蒸汽系统起动时管道内的空气也必须排出蒸汽系统,但同时必须保留有用的蒸汽,这些功能就是由一种自动装置-蒸汽疏水阀来完成。
疏水阀在蒸汽加热系统中起到阻汽排水作用,选择合适的疏水阀,可使蒸汽加热设备达到最高工作效率。
疏水阀要能“识别”蒸汽和凝结水,才能起到阻汽排水作用。
“识别”蒸汽和凝结水基于三个原理:
密度差、温度差和相变。
于是就根据三个原理制造出三种类型的疏水阀:
机械型、热静力型、热动力型。
1、机械型疏水阀:
机械型也称浮子型,是利用凝结水与蒸汽之间的密度差。
机械型疏水阀的过冷度小,不受工作压力和温度变化的影响,有水即排,加热设备里不存水,能使加热设备达到最佳换热效率。
最大背压率为80%,工作质量高,是生产工艺加热设备最理想的疏水阀。
机械型疏水阀有:
自由浮球式、自由半浮球式、杠杆浮球式、倒吊桶式、回转浮球式。
1.1自由浮球式疏水阀
自由浮球式疏水阀的结构简单,内部只有一个活动部件精细研磨的不锈钢空心浮球,既是浮子又是启闭件,无易损零件,使用寿命很长,带有自动排空气装置,非常灵敏,能自动排空气,工作质量高。
设备刚启动工作时,管道内的空气经过自动排空气装置排出,低温凝结水进入疏水阀内,凝结水的液位上升,浮球上升,阀门开启,凝结水迅速排出,蒸汽很快进入设备,设备迅速升温,自动排空气装置的感温膨胀,自动排空气装置关闭。
疏水阀开始正常作,浮球随凝结水液位升降,阻汽排水。
自由浮球式疏水阀的阀座总处于液位以下,形成水封,无蒸汽泄漏,节能效果好。
最小工作压力从0.01MPa至最高使用压力范围之内不受温度和工作压力波动的影响,连续排水。
能排饱和温度凝结水,最小过冷度为0℃,加热设备里不存水,能使加热设备达到最佳换热效率。
背压率大于85%,是生产工艺加热设备最理想的疏水阀之一。
1.2自由半浮球式疏水阀
1.
整个球面都可为密封,使用寿命很长,能抗水锤,没有易损件,无故障,经久耐用,无蒸汽泄漏。
背压率大于80%,能排饱和温度凝结水,最小过冷度为0℃,加热设备里不存水,能使加热设备达到最佳换热效率。
当装置刚启动时,管道内的空气和低温凝结水经过发射管进入疏水阀内,阀内的双金属片排空元件把球桶弹开,阀门开启,空气和低温凝结水迅速排出。
当蒸汽进入球桶内,球桶产生向上浮力,同时阀内的温度升高,双金属片排空元件收缩,球捅漂向阀口,阀门关闭。
当球桶内的蒸汽变成凝结水,球桶失去浮力往下沉,阀门开启,凝结水迅速排出。
当蒸汽再进入球桶之内,阀门再关闭,实现间断式排水。
1.3杠杆浮球式疏水阀
杠杆浮球式疏水阀利用双阀座增加凝结水排量,可达到体积小排量大,最大疏水量100吨/小时,是大型加热设备最理想的疏水阀。
1.4倒吊桶式疏水阀
倒吊桶式疏水阀内部是一个倒吊桶为液位敏感件,吊桶开口向下,倒吊桶连接杠杆带动阀心开闭阀门。
倒吊桶式疏水阀能排空气,不怕水击,抗污性能好。
过冷度小,漏汽率小于3%,最大背压率为75%,连接件比较多,灵敏度不如自由浮球式疏水阀。
因倒吊桶式疏水阀是靠蒸汽向上浮力关闭阀门,工作压差小于0.1MPA时,不适合选用。
当装置刚启动时,管道内的空气和低温凝结水进入疏水阀内,倒吊桶靠自身重量下坠,倒吊桶连接杠杆带动阀心开启阀门,空气和低温凝结水迅速排出。
当蒸汽进入倒吊桶内,倒吊桶的蒸汽产生向上浮力,倒吊桶上升连接杠杆带动阀心关闭阀门。
倒吊桶上开有一小孔,当一部份蒸汽从小孔排出,另一部份蒸汽产生凝结水,倒吊桶失去浮力,靠自身重量向下沉,倒吊桶连接杠杆带动阀心开启阀门,循环工作,间断排水。
1.5回转浮球式疏水阀
回转浮球疏水阀是我江苏江恒阀业有限公司利产品,该阀是我公司技术人员在自由浮球、杠杆浮球、浮桶式疏水阀基础研发的新一代产品。
该阀内部结构是利用浮球连接杠杆带动阀瓣,使阀瓣与阀座之间作平面回转动作,并且通过阀瓣与阀座间的多孔错位达到,凝结水位越高则排量越大,同时利用双阀座,使阀芯在开阀时压力相对减少,从而获得超大排量。
该阀门的最大优点是不受压力、温度、冷凝水流量波动的影响,连续排水,有水即排。
最小过冷为0℃,能使加热设备达到最佳工作效率。
其阀座总处于液位以下,形成水封,无蒸汽泄漏。
它的最低工作压力为0.01MPa,带有自动排气装置,能自动排除不凝气体。
而且动作灵敏,使用寿命长,可实现超大排量。
目前我公司生产的该系列蒸汽疏水阀(XS9430系列),已达150000kg/h,已应用在大乙烯工程以及中国铝业集团氧化铝厂。
我公司根据客户的需求研制成功二种形式的回转浮球疏水阀:
单座浮球疏水阀、双座浮球疏水阀。
1.5.1单座回转浮球疏水阀性能特点和适用范围
排水方式
可靠性
漏汽率
使用寿命
背压率
连续
好
≤0.05%
≥16000小时
≤85%
优点
此阀是为取代自由浮球式疏水阀而设计,动作可靠,噪音小,通用性好,背压度高,适宜冷凝水回收。
缺点
体积较大,价格较高,安装有方向要求。
适用范围
纺织、印染厂、造纸厂的烘缸、橡胶厂硫化机、化工厂反应罐和换热器等各种设备。
1.5.2双座回转浮球疏水阀性能特点和适用范围
≤0.05%
≥16000小时
≤85%
此阀除具有一般浮球疏水阀的特点外,由于采用双阀座回转平衡的原理和普通同体积浮球疏水阀相比排水量增大到2.5倍。
能适用于各种设备,尤其适用于大型加热设备和换热站设备。
2、热静力型疏水阀:
这类疏水阀是利用蒸汽和凝结水或空气/蒸汽混合物之间的温差,引起感温元件的变型或膨胀带动阀心启闭来工作。
热静力型疏水阀的过冷度比较大,一般过冷度为15度到40度,它能利用凝结水中的一部分显热,阀前始终存有高温凝结水,无蒸汽泄漏,节能效果显著。
是在蒸汽管道,伴热管线、小型加热设备,采暖设备,温度要求不高的小型加热设备上,最理想的疏水阀。
热静力型疏水阀有:
膜盒式、波纹管式、双金属片式。
2.1双金属片式疏水阀
2.
双金属片式疏水阀设有调整螺栓,可根据需要调节使用温度,一般过冷度调整范围低于饱和温度15℃-30℃,背压率不大于70%,能排不凝结气体,不怕冻,体积小,能抗水锤,任意位置都可安装。
双金属片有疲劳性,需要经常调整。
双金属片蒸汽疏水阀的工作原理是众所周知的双金属片的感温特性来工作。
起初阶段阀门是打开的,冷凝水和空气迅速排放。
热的冷凝水通过疏水阀、双金属片组被加热后膨胀、推动阀芯靠近阀座、当冷凝水排放温度接近蒸汽温度时,阀门关闭。
冷凝水冷却、双金属片组收缩、阀门打开,又排放冷凝水。
2.2膜盒式疏水阀
膜盒式疏水阀的反应特别灵敏,不怕冻,体积小,耐过热,任意位置都可安装。
背压率不大于80%,能排不凝结气体,膜盒坚固,使用寿命长,维修方便,使用范围很广。
装置刚起动时,管道出现低温冷凝水,膜盒内的液体处于冷凝状态,阀门处于开启位置。
当冷凝水温度渐渐升高,膜合内充液开始蒸发,膜合内压力上升,膜片带动阀心向关闭方向移动,在冷凝水达到饱和温度之前,疏水阀开始关闭。
膜盒随蒸汽温度变化控制阀门开关,起到阻汽排水作用。
2.3波纹管式疏水阀
随蒸汽温度变化控制阀门开关,该阀设有调整螺栓,可根据需要调节使用温度,一般过冷度调整范围低于饱和温度15℃-40℃。
背压率不大于70%,不怕冻,体积小,任意位置都可安装,能排不凝结气体,使用寿命长。
当装置启动时,管道出现冷却凝结水,波纹管内液体处于冷凝状态,阀心在弹簧的弹力下,处于开启位置。
当冷凝水温度渐渐升高,波纹管内充液开始蒸发膨胀,内压增高,变形伸长,带动阀心向关闭方向移动,在冷凝水达到饱和温度之前,疏水阀开始关闭,随蒸汽温度变化控制阀门开关,阻汽排水。
3、热动力型疏水阀
因热动力式疏水阀的工作动力来源于蒸汽,所以蒸汽浪费比较大。
结构简单、耐水击、最大背为50%,有噪音,阀片工作频繁,使用寿命短。
这类阀门在国内已达到“被滥用”的程度。
热动力疏水阀的工作原理如下图所示。
它是根据低速冷凝水与高速闪蒸蒸汽之间的“动力”压差来工作,整个工作过程只有一个活动部件-不锈钢碟片,它具有良好的关紧力并可以防止冷凝水回流回设备,确保设备的最大工作效率。
热动力蒸汽疏水阀的工作过程:
(1)起机时,进口压力作用于碟片下部,顶起碟片,空气和较冷的冷凝水立即排出。
(2)当仅低于蒸汽温度的热冷凝水流经疏水阀时,压力降低产生闪蒸蒸汽。
高速的闪蒸蒸汽在碟片下方产生一个低压区,使碟片靠近阀座。
(3)同时,集聚在碟片上方的闪蒸蒸汽也使碟片压紧阀座内环及外环。
(4)由于顶盖的散热,碟片上方的闪蒸蒸汽冷凝,压力下降,碟片再次升起,排出冷凝水。
工作循环不断重复。
由于热动力蒸汽疏水阀的工作原理要求进入疏水阀的压力不低于一定的值,同时疏水阀的背压一般不能高于进口压力的50%,否则疏水阀将不能正常工作。
另外,热动力疏水阀为间歇式排放。
因此,热动力疏水阀一般不能使用于对加热效率高同时带有温度控制设备的换热器的应用。
热动力疏水阀一般应用于定压系统的冷凝水排放,如蒸汽主管道、拌热管线、压烫机等的应用。
4、可置换式疏水阀
可置换式疏水阀是我公司专利产品,它是设计一种能在双金属片,波纹管式、热动力式之间互相变换的疏水阀,在一种阀体上,根据工况的变化或使用寿命到期后,在不停产、不拆除管道和阀件,只需在原阀件上快速更换一个新的驱动元件,便可重新使用,具有漏汽率低(小于1%),背压率大于70%,使用范围广等特点。
三、蒸汽疏水阀的选择
由于各种型式的蒸汽疏水阀各有不同的优缺点和不同的适用条件,因此多年以来各种型式的蒸汽疏水阀长期并存,没有一种万能的疏水阀,能够适用于所有的应用场所。
从工作原理上看,浮球疏水阀几乎可以用于所有场合,但事实上在要求过冷态排水以利用冷凝水中显热的应用中,浮球疏水阀则不合适的选择。
对于需要在饱和温度及时排放冷凝水的关键换热设备,由于设备中不允许积水,只能选择浮球疏水阀,倒吊桶疏水阀。
要求快速起机时,应选择浮球疏水阀、热静力疏水阀以便能够及时排出系统中的空气。
如设备冷凝水排量大时,应选用XS9430系列大排量回转浮球疏水阀。
而在有些非关键设备上,如伴热管、油罐的加热盘管等,冷凝水的热量可以进一步利用以节约蒸汽,只要使用热静力疏水阀就可以满足。
1、选择蒸汽疏水阀的三要素:
生产性:
能迅速排除用汽装置内产生的凝结水,提高热效率;
经济性:
蒸汽泄漏量极少,经过长期使用仍能保持其初期性能;
保养性:
维护保养及管理方便。
2、根据疏水阀的工作性能来选择:
2.1排出凝结水的连续性和合理间隔
应选择能连续排水的疏水阀,圆盘式疏水阀排水有30S左右的间隔,而且噪声较大、波纹管式、浮球式、倒吊桶式在排出的凝结水量较小时,其排水也是间隔的。
2.2疏水阀的背压率
背压率是指疏水阀在工作压力下能正常动作,连续排出凝结水时,工作背压P0B或最高工作背压PMOB与阀的工作压力P0(阀进口端压力)比值的百分数(%)。
一般背压率=
×
100%
最高背压率=
各类型疏水阀的最高背压率如下:
圆盘式疏水阀为50%(实际测量仅达到20%)
脉冲式疏水阀为25%
热静力型疏水阀为30%
机械式疏水阀为80%
2.3疏水阀的漏汽率
漏汽量是指单位时间内疏水阀漏出新鲜蒸汽的量。
漏汽率是指在一定的工作压力下,工作背压为大气压力时,通过阀漏出蒸汽的重量q与相同时间内实际排出热凝结水的重量Q比值的百分数,即漏汽率=
100%,无论何种类型的疏水阀,其漏汽率都不应超过3%.
2.4疏水阀的排空气性能
蒸汽加热设备一定要排除空气,排除空气(包括氧、二氧化碳等不可凝性气体)对于提高加热设备的效率,保证加热温度,保护管道及设备不腐蚀尤为重要。
热静力型疏水阀排空气能力最好。
2.5疏水阀的过冷度
过冷度是指疏水阀在工作压力下连续排出凝结水时,阀内凝结水的温度与该压力相应的饱和蒸汽温度的差值。
各类疏水阀的过冷度如下:
(1)机械型疏水阀有水即排,它可以排出饱和温度凝结水,即所允许的最小过冷度为0℃,例如我公司生产的XS943系列疏水阀;
(2)热动力型中的圆盘式和脉冲式疏水阀其允许的最小过冷度为6~8℃;
(3)热静力型疏水阀中,一般允许的最小过冷度都较大。
但其中膜盒式疏水阀,允许的最小过冷度为3℃,波纹管式、双金属片式疏水阀允许的最小过冷度为10~30℃。
2.6疏水阀低负荷的工作能力
低负荷的工作能力是指0.5bar压差下能正常动作的能力。
其正常动作的压差越小,工作就越可靠。
各疏水阀低负荷的工作能力:
自由浮球式为0.1bar
杠杆浮球式为0.1bar
膜盒式为 0.1bar
倒吊桶式为 0.3bar
浮桶式为 0.5bar
圆盘式为 0.5bar
波纹管式为 0.5bar
双金属片式为0.5bar
液件膨胀式为1.5bar
2.7疏水阀的防水击能力
防水击能力对于有些疏水阀很难从内部元件(如:
浮球、膜盒等)的强度上考虑,最有效的方法是防止水击产生,如阀前一段管路应尽量平直,尽量避免拐弯,弯曲和凹下,并要求管道不要突然缩小口径,并尽量保持一定的坡度,这才能保证管道无局部积水现象,保持排水通畅,不易产生水击。
2.8防止凝结水倒流
倒流是加热设备停止供给蒸汽后,其加热设备空间和剩余的蒸汽产生冷凝,造成加热设备中的真空,使凝结水反向流动,从回水管反向压到加热设备中去,使其充满冷水,造成下次启动时间延长,浪费大量能源。
双金属片式疏水阀本身具有防倒流,其他不具备,具有在阀后面加一止回阀。
2.9疏水阀的任意方位安装的能力
一般疏水阀的安装应尽量水平,决不允许倒装和斜装。
(1)热静力型可任意方位安装,但垂直安装时进口应在上方;
(2)热动力型中,圆盘式和脉冲式最好水平安装;
(3)机械型只允许水平安装,我公司生产的回转浮球疏水阀,可以根据用户的需求,制造任意方向的疏水阀。
2.10疏水阀的抗冰冻能力
(1)热动力型抗冰冻能力最好
(2)双金属片式抗冰冻能力较好
(3)机械型件内有积水的不应采用
(4)严寒地区还应注意,疏水阀应尽量靠近加热设备;
疏水阀及回水管上应设置防冻阀(即自动放水阀;
管道、阀门要进行充分保温)。
2.11疏水阀的抗污垢能力
污垢(包括泥沙、铁锈、焊渣、水垢等)的存在是影响疏水阀正常工作的关键。
解决污垢的根本办法是设置过滤网,并且定期清洗过滤网。
(1)热静力型的具有倒锥形(或球形)密封阀瓣的双金属片式疏水阀,抗污垢能力最好;
(2)机械型抗污垢能力次之;
(3)热静力型抗污垢的能力较弱;
2.12疏水阀的耐过热蒸汽的能力
(1)热静力型疏水阀的温度敏感元件,如超出限度可能引起元件损坏;
(2)热动力和机械型在其最高使用温度范围内,不会受到过热温度的影响。
3、根据容量选择疏水阀
疏水阀的容量,是指蒸汽疏水阀排除凝结水的能力,一般以一小时的最大排放量kg/h来计算,选择疏水阀中的一个重要因素。
如果所安装的疏水阀太小,以致不能输送全部凝结水,使凝结水受阻倒流,最终将造成堵塞,相反,太大的疏水阀将导致过早地磨损和失效。
因此,对系统内部产生的凝结水量,必须正确地测定,为正确选用疏水阀提供条件。
3.1蒸汽使用设备的容量
一般情况下,任何设备和装置的容量都由生产厂家标明,即:
凝结水产生量(蒸汽凝结水量)=蒸汽消费量,因此就能立刻确定该设备的容量。
如果由于某种原因不能确定设备的容量时,则可通过实测或计算求得。
3.2蒸汽疏水阀的容量
蒸汽疏水阀的容量=蒸汽使用设备的容量(凝结水产生量)×
安全率(安全系数K)。
所谓“安全率”是指在确定蒸汽疏水阀容量时,蒸汽使用设备实际的凝结水量与所标出的容量有误差时,也能确保疏水阀正常工作而估计的安全系数,一般为2~3,下表列出了几种常用用汽设备的安全率(安全系数K)。
疏水阀选用安全系数K推荐表
序号
供热系统
使用状况
K
1
分汽缸下部疏水
在各种压力下,能进行快速排除凝结水
3
2
蒸汽主管疏水
每100m或控制阀前,管路拐弯,主管末端等处应设疏水点
支管
支管长度≥5m处的各种控制的前面设疏水点
4
汽水分离器
在汽水分离器的下部疏水
5
伴热管
一般伴热管径DN15,≤50m处设疏水点
6
暖风机
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