上海滬工閥門廠（集團）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算進行一些探討。

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，但不推薦用于有可能發(fā)生水錘的系統(tǒng)中。

這類閥的特點是：適用于大排量，體積較大；使用時若超出蒸汽疏水閥的設計壓力，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。但不能適應負荷的急劇變化，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械式疏水閥。蒸汽進人倒置桶內(nèi)，使桶浮起來，關(guān)閉出口閥。凝結(jié)水進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，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算

4.1 啟動時蒸汽管道疏水量的計算

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 蒸汽管道運行時的疏水量計算

4.2.1 過熱蒸汽管道疏水量計算

經(jīng)常疏水量 G=q×n/(Ig-Ib) 公斤/小時；

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)常疏水量除應考慮管道散熱而引起的疏水，還應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算是核電機組熱力系統(tǒng)中的重要問題。考慮到工程應用的安全可靠性，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

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)。在選擇疏水閥時應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)設置

圖 2 疏水管液位監(jiān)測設置

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

安裝要求：

• 疏水閥不允許串聯(lián)使用，必要時可以并聯(lián)使用。
• 疏水閥要安裝在管道的是低點且盡可能靠近加熱設備。安裝位置應便于操作和檢修。
• 蒸汽疏水管道與蒸汽管道一樣，也需考慮熱脹應力和補償問題。
• 從疏水出口至疏水閥入口管段應盡可能短，且沿流向應有 4% 的坡度，使疏水自然流下進人疏水閥。對于熱靜力型疏水閥要留 1m 長管段，不設絕熱層。
• 疏水閥一般都帶有過濾器。如不帶者應在閥前安裝過濾器。
• 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)中的一個很小的部件，但卻對整個蒸汽系統(tǒng)的能源消耗起著至關(guān)重要的作用。合理的計算蒸汽管道疏水量，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。