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蒸汽疏水阀的作用研究
来源: | 发布时间:2016-11-7 15:02:05 | 浏览次数:

蒸汽疏水阀的作用


摘要:本文主要介绍各种蒸汽疏水阀的功能与特点,帮助读者正确选择合适的蒸汽疏水阀。

关键词:最好的蒸汽疏水阀 蒸汽节能  蒸汽泄漏 冷凝水排放回收


前言:蒸汽作为工业血液之一,蒸汽系统的设计、安装、选型、维护等各个环节均很重要,其有效利用不仅关系用户的能源成本和系统效率,也是降低排放,保护环境的重要方面。

    疏水阀是蒸汽系统最小的一个部件,但其对蒸汽系统节能却非常重要,蒸汽系统的许多跑冒滴漏与疏水阀都有关系。


第一章:

 

蒸汽经锅炉产生以后,被包含在一个压力管道中输送去往换热设备,我们把这个输送的蒸汽管网称之为热网。

蒸汽管道在开始启机时,必须将常温的钢制管道和管道附件、法兰等加热至接近蒸汽温度,这将导致部分的蒸汽冷凝。

蒸汽在热网流动时必须有较好的绝热措施,但依然无法避免由于外部环境与蒸汽的温差而向环境散热,导致部分蒸汽冷凝,我们把这两部分冷凝的蒸汽称之为管损。

含有部分冷凝水的蒸汽将变得潮湿而富有侵蚀性,同时随着冷凝水的增多,高速流动的蒸汽会为其提供做够的“水头”,形成高动能的“水弹”。

 

无标题.png

 

 

 “水弹”会对蒸汽系统产生一系列的破坏,管道、阀门、弯头、法兰、仪表、换热设备均有可能被“水弹”的冲击力而变形或损坏,严重时造成安全事故。

 

故而必须将这部分冷凝水及时排出,这就需要疏水器,我们一般定义这种疏水为主管疏水

 

蒸汽进入换热设备,加热被加热介质,释放潜热,变成冷凝水。为了持续的热量输出,蒸汽释放出热量后,冷凝水必须被及时排出,返回锅炉再次携带热量。冷凝水的存在一方面阻碍热量的输出,同时对换热器而言容易造成水锤、震动、腐蚀等不利影响。

 

所以疏水阀要能够有效感知冷凝水,并借助蒸汽系统与冷凝水系统之间的正压差将冷凝水排除。

疏水阀在排出冷凝水的同时,任何没有释放“潜热”的蒸汽如果直接排出,则意味着能源的浪费。   疏水阀的一个最主要功能就是有效地排出冷凝水的同时,阻止那些还没有凝结的蒸汽泄漏出去。简而言之---阻汽排水

 

第二章

    我们知道,蒸汽的产生,是经锅炉消耗大量的一次性燃料加热而来。一般的经验数据表明,每产生一  吨的蒸汽,消耗的能源和金钱如下:

 


天然气

标准煤

0号柴油

生物原料

燃料热值(Kcal

8500

5500

10300

860

4500

每吨蒸汽燃料消耗

78Nm3

154kg

65kg

720kwh

175kg

燃料单价(RMB

5.0

0.8

6.8

1.0

1.3

每吨蒸汽成本

390

123

442

720

227

CO2排放量

134kg

150kg

145kg

0

152kg

 

由上可见,任何形式的蒸汽泄漏都意味着大量的能源浪费和环境污染,同时消耗企业的资金,提高企业的运行成本,进而影响企业的竞争力。

 

 

通过下面一个图表计算,我们可以看出如果一个疏水泄漏,长久而言的代价是非常巨大的。

3mm小孔浪费的蒸汽量.PNG

10bar g的压力下

 

一个3mm的小孔

每小时可以泄漏

26kg的蒸汽。

 

工厂的蒸汽系统由一定数量的管道、法兰、阀门、接头、仪表、弯头、容器等组成,任何微小的小孔,会造成看似微小的泄漏。

当这些泄漏(有些容易看见,有些不容易发现)加在一起,在乘以运行的时间,那会是一个非常可观的数字。

经验表明,仅仅是采用合适的疏水,及时检查、维护,就可以帮助工厂节约10-30%的燃料费用

    从图中可知,一个10mm的小孔在1barg的操作压力下,每小时泄漏的蒸汽量为55kg/h

    一天24小时,一周七个工作日,一年50个工作周=8400小时,则每年浪费60吨煤。

    没有完全直通的失效疏水阀泄漏损失为理论值的20%~50%

    那么保守的计算,每年也将浪费  12~30 吨煤。

   其实我们可以通过一个简单的公式将以计算

 

   蒸汽泄漏量 Q (kg/h) = A2 x B x C

              A = 小孔直径 (mm)

B = 4 (常数)
C = 蒸汽绝对压力(P1+0.1)(MPaG)

 

    以蒸汽成本为70元/吨为例计算,在7bar g压力下通过小孔泄露的蒸汽价值

阀座直径inch

泄漏蒸汽量kg

月蒸汽成本rmb

年蒸汽成本rmb

1/2

378800

26516

318192

7/16

288900

20223

242676

3/8

213200

14920

179080

5/16

147400

10318

123816

1/4

95300

6671

80052

3/16

53000

3710

44520

1/8

23800

1666

19992

 

  第三章

 

    疏水阀的另外一个功能是排除蒸汽系统中的空气等不凝性气体。

     蒸汽系统中空气的来源多种多样,几乎那以避免。

 

·  蒸汽系统关 后由于蒸汽冷凝 ,

·  空气在水中有一定的溶解度,锅 会携

·  补 给 水 和 冷 凝 水 接 触 空

·  间歇式加热设备的进下料空间,装卸料均会导致空气的进入。

·  灭菌时或直接加热时物料时,物料和设备所携带的冷空气

 

     空气对蒸汽和冷凝水系统的有严重的危害,如不及时去除,后果可能非常严重,

     但人们对他的认识却非常少。空气对蒸汽系统常见的影响包括:

  1. 产 生 热 阻, 影 响 传 热 ,降低换热器的输出,增加加热时间,提高蒸汽压力要求

  2. 由于空气导热性差,有空气的存在会使产 品 加 热 不 均 匀

  3. 蒸汽的温度不能根据压力表所确定 ,这对很多工艺是不能接受的。

  4. 加热空间20%的空气存在,会带来蒸汽温度下降

  5. 以及疏水系统严重的汽锁

  6. 空气中含有的O2、CO2容 易对阀件、换热器等 产 生 腐 蚀

  7. 进入冷凝水系统导致水锤 

 

       

空气影响.png

 

上图1显示的蒸汽侧的3种传热热阻层-水膜、空气膜和垢层中:

最大的热阻来自空气层。换热表面空气膜的存在会引起冷态点,更糟的情况会完全阻止热量的传递,至少它会引起加热的不均匀。 事实上空气的热阻为铁和钢的1500倍以上,为铜的热阻的13000倍。


Fig. 11.12.2  Effect of air on steam temperature



上图2显示,当换热器空间累计空气比例达到25%时,蒸汽的温度由将发生明显下降,从而降低传热效率,在灭菌时,会导致灭菌失败。

 蒸汽疏水阀必须具备在蒸汽系统启动时,或正常运行时及时排除其中的空气等不凝性气体, 保证热量传输的有效性和保护设备。

 

第四章

 

    疏水阀的另外一个功能是提高蒸汽系统的稳定性:

 

                                                       换热设备

blob.png

      蒸汽锅炉   给水泵   除氧水箱

 

 

上图我们可以清晰地看到,疏水阀是蒸汽系统和冷凝水系统的一个物理分割点,同时也是两个系统的压力分割点。

疏水阀工作是否可靠,不仅影响换热设备效率,也影响冷凝水系统的安全可靠。通过蒸汽换热的换热公式我们可以得出,

   Q=K•A•tm

   Q——热流量(W
          △ tm——对数平均温差(
   A——
传热面积(m2

在换热器(基本决定了K A)一定的情况下,影响热量输出的主要因素就是蒸汽温度(其决定了 tm——对数平均温差())。对饱和蒸汽而言,决定蒸汽温度的就是蒸汽的压力。

而疏水阀作为蒸汽和冷凝水两个系统的压力切割点是非常重要的,热量输出的稳定性一方面靠供给压力的调节,另外一方面要依赖疏水阀的保持这个压力的稳定。就像维持水箱液位是依靠进水龙头和出水龙头一样。

blob.png


一旦疏水阀不能有效保持换热系统的压力环境,换热器的温度平稳控制将很难实现。

没有可靠的疏水系统,不仅影响换热设备的稳定输出,也容易造成蒸汽温度控制阀的振荡。

 

第五章

 

疏水阀的另外一个功能是对蒸系统使用环境的适应蒸汽在产生、分配、输送、换热、和冷凝及冷凝谁的回收等过程中会存在一些不可避免的影响因素,比如腐蚀、震动、过热、冰冻、污垢堵塞、背压、闪蒸等情况。 

blob.png


 

疏水阀必须根据实际的工况和应用加以考虑,任何理想状态的设计可能会导致实际使用的失效。

例如橡胶的硫化工艺中,腐蚀是必需考虑的因素,如选用浮球式(包括自有浮球和杠杆浮球)疏水阀使用寿命可能会大大低于设计标准。这种应用中,倒置桶疏水阀和双金属疏水阀具有不可替代的优势。

在一些震动的环境中使用疏水阀,传统的球形或锥形密封面会受到震动的切割,很快的失效,这时我们需要选择圆盘式热动力或新型孔板式疏水阀。

过热蒸汽会使利用水封作为密封的疏水阀发生泄漏,也会使像波纹管类型的疏水阀产生不可修复的损坏。

如果用于室外等有可能出现严寒的环境,停机时疏水阀内存有积水的疏水阀可能会由于冰冻而损坏。过冷的环境温度也会让圆盘式疏水阀频繁的动作或直接泄漏蒸汽。过高的背压也会导致圆盘式疏水阀失效。

为了有利于排水,疏水阀往往安装在蒸汽系统的最低点,容易被污垢堵塞。凝结水会把污物和管路中的杂质带来,也会把锅炉中的携带物,甚至是过滤网的腐蚀颗粒,多余的连接材料等带到系统中,疏水阀必须考虑如何应对这种影响。

blob.png


简而言之,一个高品质的疏水阀对蒸汽系统而言意味着:

启机和加热时间的减少

换热效率的提高和被加热产品质量的稳定

最少的燃料消耗和金属耗材的节约

最少的人员关注和最小的维护保养成本

 

总结:

据国家经贸委节能信息传播中心提供的数据表明:我国热能利用效率平均只有30%左右(国外60%)。蒸汽供热系统的节能潜力约为每年8000万吨标准煤。占实际煤耗的1/4~1/3。效率低下的原因包括

1、传统意识和习惯势力的阻碍;

2、蒸汽泄漏不影响设备运行;

3、同行业间落后的“镜像”作用,缺少标杆;

4、缺少法制观念和责任感;

5、缺少节能知识。


节能宣传不够,需要增强全社会的节能意识;需要尽早制订和实现《节能法》实施细则,加强法制观念;完善和充实节能管理机构,做好节能工作的协调、管理、服务工作;加大节能科技的投入,强制推行新产品、新技术,给予政策支持;理顺价格体系,使节能工作走入市场经济等等。


国家标准GB/T12712-91《供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》中要求:合格: 蒸汽疏水阀完好率>90% 优秀: 蒸汽疏水阀完好率>95%

          完好率=配备率x合格率

但我们调研发现企业全部100%的疏水阀当中:正常运行只有约(漏汽率<3%)   10%

    泄漏超标达到 (漏汽率>5%)   60%

    严重泄漏的有(漏汽率>10%)  30%

    许多疏水阀处于跑汽状态, 形同虚设


只有了解跟多疏水阀的技术指标和应用范围,并经精良生产、严格检验、合适选型、合理安装维护的疏水阀才能帮助客户节约蒸汽能源,降低环境排放。

 
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