上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司

1 前言

蒸汽疏水閥是一種能自動從蒸汽管道和蒸汽用汽設(shè)備中排除凝結(jié)水和其他不凝結(jié)氣體，并阻止蒸汽泄漏的閥門。它能保證各種加熱工藝設(shè)備及管線所需要溫度和熱量并使之正常工作。蒸汽疏水閥動作正常與否，影響著蒸汽使用設(shè)備的性能、效率和壽命。據(jù)測算供熱系統(tǒng)節(jié)能改造中，更新性能優(yōu)良的蒸汽疏水閥其費(fèi)用僅占系統(tǒng)改造總投資的 7.5%，而節(jié)約能源量可占系統(tǒng)總節(jié)能量的 30%。

以下對疏水閥的選型、安裝方式及蒸汽疏水量的計(jì)算進(jìn)行一些探討。

2 蒸汽疏水閥的類別及原理

疏水閥按動作原理分類主要有：浮球型疏水閥、熱靜力型疏水閥、熱動力型疏水閥、倒置桶型疏水閥等。

2.1 浮球型疏水閥

浮球型疏水閥包括一個(gè)浮球和波紋管元件。自由浮球式疏水閥是利用阿基米德浮力原理，使浮球隨體腔內(nèi)液面的升降而升降，從而打開或關(guān)閉閥座排水孔形成排水阻汽動作。浮球型疏水閥對排放容量和工作壓力廣泛適應(yīng)，但不推薦用于有可能發(fā)生水錘的系統(tǒng)中。

這類閥的特點(diǎn)是：適用于大排量，體積較大；使用時(shí)若超出蒸汽疏水閥的設(shè)計(jì)壓力，閥門則不能打開；在寒冷地區(qū)，為了防止蒸汽疏水閥內(nèi)部的凝結(jié)水凍結(jié)，必須進(jìn)行保溫。

浮球型疏水閥的故障主要是關(guān)閉故障，浮球可能損壞或下沉，不能保持在開的位置。

2.2 熱靜力型疏水閥

熱靜力型蒸汽疏水閥是靠蒸汽和冷卻的凝結(jié)水和空氣之間的溫差來工作的。蒸汽增加熱靜力元件內(nèi)部的壓力，使疏水閥關(guān)閉。凝結(jié)水和不凝結(jié)氣體在集水管中積存，溫度開始下降，熱靜力元件收縮，打開閥門。在疏水閥前積存的凝結(jié)水量，取決于負(fù)荷條件、蒸汽壓力和管道尺寸。值得注意的是，不凝結(jié)氣體可能積存在凝結(jié)水的后面。

熱靜力型疏水閥也可以用來排放蒸汽系統(tǒng)中的空氣。它排量大，排空氣性能良好。但不能適應(yīng)負(fù)荷的急劇變化，不適合蒸汽壓力變動大的場合。

2.3 熱動力型疏水閣

與熱靜力型蒸汽疏水閥相反，熱動力型疏水閥是根據(jù)蒸汽和凝結(jié)水的運(yùn)動速度不同，或者說既利用了蒸汽的凝結(jié)作用，又利用了凝結(jié)水的再蒸發(fā)作用。即蒸汽一旦冷卻，就產(chǎn)生凝結(jié)，形成低壓高壓張結(jié)水進(jìn)人低壓區(qū)，會引起再蒸發(fā)。另外，這種型式雙利用了蒸汽和凝結(jié)水的密度差和粘性系數(shù)差。

熱動力型疏水閥體積小，重量輕，但不適用于大排量，且易有故障。

2.4 倒置桶型疏水閥

根據(jù)蒸汽和水比重不同的原理工作的機(jī)械式疏水閥。蒸汽進(jìn)人倒置桶內(nèi)，使桶浮起來，關(guān)閉出口閥。凝結(jié)水進(jìn)人疏水閥改變桶的浮力，使其下沉，打開疏水閥放出凝結(jié)水。與其他機(jī)械式疏水閥不同，倒置桶可以在蒸汽溫度下連續(xù)排放空氣和其他不凝結(jié)氣體。

倒置桶型疏水閥排除空氣能力強(qiáng)，沒有空氣氣堵和蒸汽汽鎖現(xiàn)象，排量大但有凍結(jié)的可能。

3 蒸汽疏水閥的選型

l）選擇符合使用條件的形式。

2）疏水負(fù)荷。

3）疏水閥前后壓力之差，疏水閥必須在這種壓差下打開。

4）疏水閥能承受系統(tǒng)最高工作壓力和最高工作溫度，由此來確定疏水閥殼體的材質(zhì)。

5）為了符合使用條件，蒸汽疏水閥的安裝方式要正確。

4 蒸汽管道疏水量的計(jì)算

4.1 啟動時(shí)蒸汽管道疏水量的計(jì)算

4.1.1 估算的原始條件

高壓蒸汽管道暖管的溫升速度規(guī)定為 2℃~3℃/分鐘，且最高不得超過 5℃/分鐘，故計(jì)算中選用 5℃/分鐘。

保溫材料的溫升速度取為鋼管溫升速度的一半。

4.1.2 啟動疏水量的計(jì)算公式

啟動疏水量 M=60×n×(G₁×C₁×Δt₁+G₂×C₂×Δt₂)/(Ig-Ib)

G₁——單位長的鋼管重量或單只閥門的重量；
G₂——單位長的鋼管保溫材料重量；
C₁——鋼管比熱，大卡/公斤℃；
C₁——保溫材料比熱；
Δt₁——鋼管溫升速度，℃/分；
Δt₂——保溫材料溫升速度，℃/分（取 Δt₂ 為 0.5Δt₁，即為 2.5℃/分鐘計(jì)算）；
Ig——蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib——蒸汽管道初壓下的飽和水焓，大卡/公斤；
n——管道長度；

4.2 蒸汽管道運(yùn)行時(shí)的疏水量計(jì)算

4.2.1 過熱蒸汽管道疏水量計(jì)算

經(jīng)常疏水量 G=q×n/(Ig-Ib) 公斤/小時(shí)；

q = 管道及閥門的散熱損失；
可按規(guī)程中關(guān)于管道的單位熱損失范圍中的數(shù)據(jù)；
Ig = 額定參數(shù)下的過熱蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib = 額定參數(shù)下的飽合水焓；
n = 管道長度或閥門只數(shù)；

4.2.2 濕蒸汽管道經(jīng)常疏水量計(jì)算

因濕蒸汽本身帶有濕度，故與過熱蒸汽相比，經(jīng)常疏水量除應(yīng)考慮管道散熱而引起的疏水，還應(yīng)考慮濕蒸汽本身所含水分引起的疏水量。目前我國 CP1000 核電機(jī)組中的主汽及汽水分離再熱器前的 5 段、6 段、7 段抽汽均為濕蒸汽，故濕蒸汽管道疏水量的計(jì)算是核電機(jī)組熱力系統(tǒng)中的重要問題。考慮到工程應(yīng)用的安全可靠性，統(tǒng)一按濕度中 0.1 做為疏水量。故濕蒸汽管道的經(jīng)常疏水量公式如下：

經(jīng)常疏水量 G=q×n/(Ig-Ib)+W×x×0.1 公斤/小時(shí)

4.3 疏水閥疏水量的確定

蒸汽疏水量是選擇疏水閥的重要參數(shù)。在選擇疏水閥時(shí)應(yīng)保證其疏水量大于管道中任何工況產(chǎn)生的疏水量，因而疏水閥容量的選擇需在管道疏水量上乘以安全系數(shù)。

圖 1 疏水系統(tǒng)設(shè)置

圖 2 疏水管液位監(jiān)測設(shè)置

疏水量較大的濕蒸汽管道的疏水系統(tǒng)設(shè)置見圖 1，疏水點(diǎn)設(shè)置疏水罐，疏水罐下接疏水管道，并設(shè)置電動旁路閥，以防止疏水器阻塞及保護(hù)疏水器。電動旁路閥與疏水罐相連接疏水管水位設(shè)置連鎖，圖 2 疏水管液位監(jiān)測設(shè)置，當(dāng)疏水管水位達(dá)到水位定值時(shí)，旁路電動閥自動打開。

安裝要求：

• 疏水閥不允許串聯(lián)使用，必要時(shí)可以并聯(lián)使用。
• 疏水閥要安裝在管道的是低點(diǎn)且盡可能靠近加熱設(shè)備。安裝位置應(yīng)便于操作和檢修。
• 蒸汽疏水管道與蒸汽管道一樣，也需考慮熱脹應(yīng)力和補(bǔ)償問題。
• 從疏水出口至疏水閥入口管段應(yīng)盡可能短，且沿流向應(yīng)有 4% 的坡度，使疏水自然流下進(jìn)人疏水閥。對于熱靜力型疏水閥要留 1m 長管段，不設(shè)絕熱層。
• 疏水閥一般都帶有過濾器。如不帶者應(yīng)在閥前安裝過濾器。
• 熱動力圓盤式疏水閥可水平安裝或直立安裝均可。熱動脈沖式疏水閥一般安裝在水平管道上，閥蓋朝上。機(jī)械浮球式疏水閥必須水平安裝。

5 結(jié)束語

疏水閥雖然是蒸汽系統(tǒng)中的一個(gè)很小的部件，但卻對整個(gè)蒸汽系統(tǒng)的能源消耗起著至關(guān)重要的作用。合理的計(jì)算蒸汽管道疏水量，選擇性能合適，容量匹配的蒸汽疏水閥是用汽設(shè)備正常生產(chǎn)的保證，更是有效節(jié)約生產(chǎn)成本與能源的保障。