1 前言
蒸汽疏水阀是一种能自动从蒸汽管道和蒸汽用汽设备中排除凝结水和其他不凝结气体，并阻止蒸汽泄漏的阀门。它能保证各种加热工艺设备及管线所需要温度和热量并使之正常工作。蒸汽疏水阀动作正常与否，影响着蒸汽使用设备的性能、效率和寿命。据测算供热系统节能改造中，更新性能优良的蒸汽疏水阀其费用仅占系统改造总投资的 7.5%，而节约能源量可占系统总节能量的 30%。


以下对疏水阀的选型、安装方式及蒸汽疏水量的计算进行一些探讨。


2 蒸汽疏水阀的类别及原理
疏水阀按动作原理分类主要有：浮球型疏水阀、热静力型疏水阀、热动力型疏水阀、倒置桶型疏水阀等。


2.1 浮球型疏水阀
浮球型疏水阀包括一个浮球和波纹管元件。自由浮球式疏水阀是利用阿基米德浮力原理，使浮球随体腔内液面的升降而升降，从而打开或关闭阀座排水孔形成排水阻汽动作。浮球型疏水阀对排放容量和工作压力广泛适应，但不推荐用于有可能发生水锤的系统中。


这类阀的特点是：适用于大排量，体积较大；使用时若超出蒸汽疏水阀的设计压力，阀门则不能打开；在寒冷地区，为了防止蒸汽疏水阀内部的凝结水冻结，必须进行保温。


浮球型疏水阀的故障主要是关闭故障，浮球可能损坏或下沉，不能保持在开的位置。


2.2 热静力型疏水阀
热静力型蒸汽疏水阀是靠蒸汽和冷却的凝结水和空气之间的温差来工作的。蒸汽增加热静力元件内部的压力，使疏水阀关闭。凝结水和不凝结气体在集水管中积存，温度开始下降，热静力元件收缩，打开阀门。在疏水阀前积存的凝结水量，取决于负荷条件、蒸汽压力和管道尺寸。值得注意的是，不凝结气体可能积存在凝结水的后面。


热静力型疏水阀也可以用来排放蒸汽系统中的空气。它排量大，排空气性能良好。但不能适应负荷的急剧变化，不适合蒸汽压力变动大的场合。


2.3 热动力型疏水阁
与热静力型蒸汽疏水阀相反，热动力型疏水阀是根据蒸汽和凝结水的运动速度不同，或者说既利用了蒸汽的凝结作用，又利用了凝结水的再蒸发作用。即蒸汽一旦冷却，就产生凝结，形成低压高压张结水进人低压区，会引起再蒸发。另外，这种型式双利用了蒸汽和凝结水的密度差和粘性系数差。


热动力型疏水阀体积小，重量轻，但不适用于大排量，且易有故障。


2.4 倒置桶型疏水阀
根据蒸汽和水比重不同的原理工作的机械式疏水阀。蒸汽进人倒置桶内，使桶浮起来，关闭出口阀。凝结水进人疏水阀改变桶的浮力，使其下沉，打开疏水阀放出凝结水。与其他机械式疏水阀不同，倒置桶可以在蒸汽温度下连续排放空气和其他不凝结气体。


倒置桶型疏水阀排除空气能力强，没有空气气堵和蒸汽汽锁现象，排量大但有冻结的可能。


3 蒸汽疏水阀的选型
l）选择符合使用条件的形式。


2）疏水负荷。


3）疏水阀前后压力之差，疏水阀必须在这种压差下打开。


4）疏水阀能承受系统最高工作压力和最高工作温度，由此来确定疏水阀壳体的材质。


5）为了符合使用条件，蒸汽疏水阀的安装方式要正确。


4 蒸汽管道疏水量的计算
4.1 启动时蒸汽管道疏水量的计算
4.1.1 估算的原始条件


高压蒸汽管道暖管的温升速度规定为 2℃~3℃/分钟，且最高不得超过 5℃/分钟，故计算中选用 5℃/分钟。


保温材料的温升速度取为钢管温升速度的一半。


4.1.2 启动疏水量的计算公式


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


G1——单位长的钢管重量或单只阀门的重量；
G2——单位长的钢管保温材料重量；
C1——钢管比热，大卡/公斤℃；
C1——保温材料比热；
Δt1——钢管温升速度，℃/分；
Δt2——保温材料温升速度，℃/分（取 Δt2 为 0.5Δt1，即为 2.5℃/分钟计算）；
Ig——蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib——蒸汽管道初压下的饱和水焓，大卡/公斤；
n——管道长度；


4.2 蒸汽管道运行时的疏水量计算
4.2.1 过热蒸汽管道疏水量计算


经常疏水量 G=q×n/(Ig-Ib) 公斤/小时；


q = 管道及阀门的散热损失；
可按规程中关于管道的单位热损失范围中的数据；
Ig = 额定参数下的过热蒸汽焓，大卡/公斤；
Ib = 额定参数下的饱合水焓；
n = 管道长度或阀门只数；


4.2.2 湿蒸汽管道经常疏水量计算


因湿蒸汽本身带有湿度，故与过热蒸汽相比，经常疏水量除应考虑管道散热而引起的疏水，还应考虑湿蒸汽本身所含水分引起的疏水量。目前我国 CP1000 核电机组中的主汽及汽水分离再热器前的 5 段、6 段、7 段抽汽均为湿蒸汽，故湿蒸汽管道疏水量的计算是核电机组热力系统中的重要问题。考虑到工程应用的安全可靠性，统一按湿度中 0.1 做为疏水量。故湿蒸汽管道的经常疏水量公式如下：


经常疏水量 G=q×n/(Ig-Ib)+W×x×0.1 公斤/小时


4.3 疏水阀疏水量的确定
蒸汽疏水量是选择疏水阀的重要参数。在选择疏水阀时应保证其疏水量大于管道中任何工况产生的疏水量，因而疏水阀容量的选择需在管道疏水量上乘以安全系数。


疏水系统设置（图 1）
图 1 疏水系统设置


疏水管液位监测设置（图 2）
图 2 疏水管液位监测设置


疏水量较大的湿蒸汽管道的疏水系统设置见图 1，疏水点设置疏水罐，疏水罐下接疏水管道，并设置电动旁路阀，以防止疏水器阻塞及保护疏水器。电动旁路阀与疏水罐相连接疏水管水位设置连锁，图 2 疏水管液位监测设置，当疏水管水位达到水位定值时，旁路电动阀自动打开。


安装要求：


疏水阀不允许串联使用，必要时可以并联使用。
疏水阀要安装在管道的是低点且尽可能靠近加热设备。安装位置应便于操作和检修。
蒸汽疏水管道与蒸汽管道一样，也需考虑热胀应力和补偿问题。
从疏水出口至疏水阀入口管段应尽可能短，且沿流向应有 4% 的坡度，使疏水自然流下进人疏水阀。对于热静力型疏水阀要留 1m 长管段，不设绝热层。
疏水阀一般都带有过滤器。如不带者应在阀前安装过滤器。
热动力圆盘式疏水阀可水平安装或直立安装均可。热动脉冲式疏水阀一般安装在水平管道上，阀盖朝上。机械浮球式疏水阀必须水平安装。
5 结束语
疏水阀虽然是蒸汽系统中的一个很小的部件，但却对整个蒸汽系统的能源消耗起着至关重要的作用。合理的计算蒸汽管道疏水量，选择性能合适，容量匹配的蒸汽疏水阀是用汽设备正常生产的保证，更是有效节约生产成本与能源的保障。