談倒吊桶式疏水閥在橡膠工業(yè)蒸汽硫化設(shè)備中的應(yīng)用
一、前言
蒸汽疏水閥是解決橡膠工業(yè)蒸汽加熱硫化設(shè)備的溫度控制精度與節(jié)約能源的關(guān)鍵部件 *，硫化工序占輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、力車胎、翻胎等各類橡膠加工廠中全部蒸汽消耗量的80 ，國(guó)標(biāo)、部標(biāo)對(duì)各種硫化機(jī)、硫化罐的溫度控制精度都作出了嚴(yán)格規(guī)定，以保證橡膠制品的硫化質(zhì)量。然而，由于我國(guó)橡膠工業(yè)硫化設(shè)備蒸汽疏水閥技術(shù)與莢、美、德、日等*國(guó)家在理論、設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用等方面存在的較大差距，導(dǎo)致我國(guó)橡膠工業(yè)硫化設(shè)備的溫控與節(jié)能這兩個(gè)重要指標(biāo)難以統(tǒng)一，實(shí)際上絕大多數(shù)硫化設(shè)備以浪費(fèi)蒸汽為代價(jià)來(lái)保證橡膠制品不“欠硫．由于蒸汽疏水閥選配不合理或直排乏氣，造成設(shè)計(jì)蒸汽消耗量的30 的浪費(fèi)．我國(guó)每年僅硫化工序所浪費(fèi)的蒸汽就高達(dá)數(shù)千萬(wàn)元。因此，橡膠工業(yè)硫化設(shè)備技術(shù)裝備的發(fā)展與進(jìn)步是提高橡膠產(chǎn)品的硫化質(zhì)量、節(jié)約能源的關(guān)鍵
二、溫度控制精度的關(guān)鍵問(wèn)題
在橡膠蒸汽硫化設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)完成之后，一個(gè)良好的蒸汽供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)即硫化機(jī)、硫化罐熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)就成為保證硫化設(shè)備溫控精度的主要因素。蒸汽疏水閥則是熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣直接決定溫控精度及節(jié)能效率。因此很有必要從動(dòng)作原理、熱工特性方面論述蒸汽疏水閥蒸汽醢水閥是從貯有蒸汽的密閉容器內(nèi)自動(dòng)排出凝結(jié)水，同時(shí)保持不泄漏新鮮蒸汽的一種自動(dòng)控制裝置。接啟閉件的驅(qū)動(dòng)方式，蒸汽疏水f礙可分為三類：由凝結(jié)水液位變化驅(qū)動(dòng)的機(jī)械型蒸汽疏水閥；由凝結(jié)水溫度變化驅(qū)動(dòng)的熱靜力型蒸汽疏水閥；由凝結(jié)水動(dòng)態(tài)特性驅(qū)動(dòng)的熱動(dòng)力型蒸汽疏水閥倒吊桶式疏水閥屬于開口向下浮子式機(jī)械型蒸汽疏水閥，其動(dòng)作原理系由浮子內(nèi)凝結(jié)水的液位變化導(dǎo)致啟閉件的開關(guān)動(dòng)作 這里要重點(diǎn)研究衡量疏水闊性能的一個(gè)重要參數(shù)，即疏水闊的過(guò)冷度疏水閥過(guò)冷度的大小直接美系到硫化設(shè)備的溫控精度，也就是溫度控制的準(zhǔn)確度 國(guó)標(biāo)中關(guān)于過(guò)冷度的定義為“過(guò)冷度△T為凝結(jié)水溫度與相應(yīng)壓力下飽和溫度之差的值。“開閥過(guò)冷度△"IOP為開閥溫度與相應(yīng)壓力下飽和溫度之差的值 ．“關(guān)閥過(guò)冷度△ cL為關(guān)閥溫度與相應(yīng)壓力下飽和溫度之差的值 。換句話說(shuō)，過(guò)冷度是指疏水悶在工作壓力下連續(xù)排出凝結(jié)水時(shí)，閥內(nèi)凝結(jié)水的溫度與該壓力下相應(yīng)飽和蒸汽溫度的差值。三大類的每一種琉水閥都有它自己特定的zui小過(guò)冷度。根據(jù)國(guó)內(nèi)外疏水閥測(cè)試赍辯的數(shù)據(jù)表明，國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)熱靜力型和熱動(dòng)力型疏水閥，其開閥過(guò)冷度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于8℃，而其關(guān)閥過(guò)冷度都小于8"C。如熱動(dòng)力型中的圓盤式和脈沖式琉水閥其允許的zui小過(guò)冷度為6~8"C；熱靜力型中的雙金屬片式硫水閥允許的zui小過(guò)冷度為1 O～30"C。如果某種硫化機(jī)或硫化罐所允許的溫差不能超過(guò)6℃(小于土3℃)時(shí)，就不能在熱力系統(tǒng)中選擇這兩種類型的疏水閥了。如果現(xiàn)在有一臺(tái)平板硫化機(jī)的熱扳機(jī)械設(shè)計(jì)得很好，要求熱板的溫度誤差±2 5℃時(shí)，熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用哪種琉水閥呢?必須選用倒吊桶式琉水閥。原因是倒吊桶式琉水閥的特性為有水即排，可以排出飽和溫度凝結(jié)水，即它允許的zui小過(guò)冷度為O"C。所以能zui大限度地滿足橡膠硫化設(shè)備溫度控制的嚴(yán)格要求(土3"C)和加熱溫度較高(140~170℃)等的條件。假如熱板以工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽加熱硫化，使用倒吊桶式疏水閥，它的工況是這樣的：該壓力下，1 51．84"C的飽和蒸汽在熱板內(nèi)部蛇形管道與低于其飽和溫度(1 51．84℃)的冷卻面接觸時(shí)，就在該冷卻表面上發(fā)生凝結(jié)，并向冷卻表面放出凝結(jié)潛熱，同時(shí)按一定速率連續(xù)不斷地生成飽和溫度凝結(jié)水(1 51．84℃)。當(dāng)飽和溫度凝結(jié)水充滿倒吊桶式琉水閥時(shí)，吊桶因失去浮力，靠自重下沉，閥芯離開閥座，飽和溫度凝結(jié)水在蒸汽壓力作用下通過(guò)排出口排赦。這時(shí)該琉水閥的開閥溫度(蒸汽疏水閥開啟時(shí)的進(jìn)口溫度)為151．84"C，與熱板工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽溫度相同，差值為O"C，即過(guò)冷度為O"C。當(dāng)閥體內(nèi)凝結(jié)水接近排盡時(shí)，蒸汽充人吊桶內(nèi)形成蒸汽腔，將吊桶浮起，閥芯關(guān)閉閥座，疏水閥保持關(guān)閉狀態(tài)。這時(shí)疏水閥的關(guān)閥溫度(蒸汽疏水閥關(guān)閉時(shí)的進(jìn)口溫度)為151．84℃ ，與熱板工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽溫度相同，差值為0℃ ，即過(guò)冷度為O"C。從熱工特性上zui大限度地保證了熱板熱力系統(tǒng)的溫度控制準(zhǔn)確度。當(dāng)凝結(jié)水回收系統(tǒng)為開式系統(tǒng)時(shí)，即倒吊桶式琉水閥的工作背壓為零時(shí)(在工作條件下．蒸汽疏水閥出口端的壓力)，該疏水閥閥后排出的凝結(jié)水溫度為100℃。為閉式系統(tǒng)時(shí)，假如疏水閥的工作背壓為0．021VIPa，該琉水閥閥后排出的凝結(jié)水溫度為104"C，即疏水閥工作背壓的大小決定疏水閥閥后排出凝結(jié)水溫度的高低，但不影響倒吊桶式琉水閥的過(guò)冷度。
三、節(jié)能性能
美國(guó)阿姆斯特朗機(jī)器廠主要生產(chǎn)倒吊桶式琉水閥。由于該廠在倒吊桶式硫水閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝上進(jìn)行了多年不懈的改進(jìn)和完善，從而使該廠的倒吊桶式疏水閥制造技術(shù)在世界上處于地位?，F(xiàn)該廠生產(chǎn)4個(gè)品種，11個(gè)系列，49個(gè)規(guī)格的琉水閥．英國(guó)的斯派莎克公司是世界上專業(yè)從事設(shè)計(jì)、制造蒸汽管網(wǎng)各種節(jié)能技術(shù)設(shè)備的綜合性廠商。我國(guó)引進(jìn)英國(guó)F270密煉機(jī)主機(jī)和下輔機(jī)的三區(qū)段溫控裝置；西德貝爾斯托夫公司的600X 1800四輥壓延機(jī)溫控裝置，其蒸汽減壓閥、蒸汽疏水閥均采用斯派莎克公司的產(chǎn)品。斯派莎克公司生產(chǎn)的蒸汽琉水閥品種中．包括倒吊桶式琉水閥。1986年青島第六橡膠廠由原西德辛普爾康公司引進(jìn)的ST196／2200鋼絲繩芯輸送帶生產(chǎn)線的主機(jī)為2380X15600mm大型乎板硫化機(jī)．主機(jī)熱力系統(tǒng)選用了36個(gè)美國(guó)阿姆斯特朗公司的倒吊桶式水閥。自1987年正式投產(chǎn)至1995年的8年多的三班制生產(chǎn)，也就是說(shuō)至少經(jīng)過(guò)了50000小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)，疏水閥仍在可靠地工作，熱板溫控精度達(dá)到合同指標(biāo)(150~土2．5℃)。1994年初，我國(guó)自制zui大zui寬的3250X8750mm輸送帶乎板硫化機(jī)由青島第六橡膠廠老廠區(qū)遷往新廠區(qū)安裝試產(chǎn)后，熱板的溫控精度始終超標(biāo)(>4-5℃)，成為嚴(yán)重困擾生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)難題。筆者在消化吸收西德、美國(guó)*技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)計(jì)算，設(shè)計(jì)該機(jī)新熱力系統(tǒng)施工圖，選用了目前國(guó)內(nèi)的全密封不銹鋼倒吊桶式疏水閥。為了監(jiān)視疏水閥的運(yùn)行狀態(tài)，還增設(shè)了疏水閥檢測(cè)系統(tǒng)．1994年7月底安裝后，*解決了溫度失控難題。經(jīng)9次測(cè)量記錄，該機(jī)的溫控精度平均值達(dá)到土2．5℃ ，*可以與德國(guó)辛普爾康普公司的2380X15600mm乎板硫化機(jī)溫控精度的土2．5℃相媲美。
疏水閥節(jié)能計(jì)算辦法，3250X8750mm平板硫化機(jī)按年運(yùn)行7200小時(shí)(300天)，每噸原煤200元計(jì)算，每年即可節(jié)約燃料費(fèi)12萬(wàn)元。倒吊桶式疏水閥的排水特征是噴放式(噴排式)．在排放間隔之中是緊閉的，原則上可以連續(xù)排水，排水量不受吊桶客積的限制。由于制造廠家經(jīng)過(guò)多年的考驗(yàn)確定的保障疏水閱性能標(biāo)準(zhǔn)，使倒吊桶式疏水閱在機(jī)械型疏水閱中zui堅(jiān)固、zui可靠。該閥的動(dòng)作靈敏度高，漏氣量特別小，實(shí)測(cè)低于國(guó)標(biāo)的3 。美國(guó)軍工標(biāo)準(zhǔn)加I一1，_18112A中，規(guī)定漏氣量為<3 。據(jù)此，該型琉水閥的節(jié)能效果屬*水平。
四、倒吊桶式疏水閥的正確使用
倒吊桶式疏水閥是橡膠蒸汽硫化設(shè)備的*選擇。如何正確使用倒吊桶式疏水閥有一個(gè)前提，就是在橡膠工廠設(shè)計(jì)階段的供熱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選擇飽和蒸汽鍋爐，而不是過(guò)熱蒸汽鍋爐。筆者認(rèn)為橡膠硫化設(shè)備并不需要過(guò)熱蒸汽，蒸汽在硫化設(shè)備中的放熱凝結(jié)是在定壓下進(jìn)行的。使用過(guò)熱蒸汽時(shí)，由于熱蒸汽的吸熱量相等。由飽和蒸汽放熱凝結(jié)成飽和水，所放出的熱量等于同壓力下的汽化潛熱。假設(shè)過(guò)熱蒸汽的壓力為0 2MPa，溫度為16O℃ ，其冷卻及凝結(jié)放熱量包括兩部分，一部分為熱量83kJ／kg，一部分為汽化潛熱zzozld／kg，全部放熱量為2285ld／ 。由此可看出，蒸汽的過(guò)熱量與汽化潛熱相比是很小的，所以用蒸汽的過(guò)熱來(lái)提高所攜帶的熱量用于硫化設(shè)備加熱是不合適的。從自動(dòng)控制裝置角度考慮，要使過(guò)熱蒸汽溫控精度穩(wěn)定也很困難，所以硫化設(shè)備要使用飽和蒸汽。當(dāng)然，從鍋爐開始就要采取措施保證飽和蒸汽的品質(zhì)，使飽和蒸汽的溫度降低到zui低限度。在飽和蒸汽的輸送途中，進(jìn)入硫化設(shè)備之前，也要采取汽水分離、疏水等措施，以保證進(jìn)入硫化設(shè)備飽和蒸汽的品質(zhì)。這是倒吊桶式疏水閥穩(wěn)定可靠她保持硫化設(shè)備溫控精度的重要熱工條件。筆者自1993年開始，以倒吊桶式疏水闖作為橡膠硫化設(shè)備蒸汽供熱管網(wǎng)的關(guān)鍵溫控、節(jié)能部件，對(duì)輪胎雙模定型硫化機(jī)、輪胎水壓硫化罐、大型輸送帶平板硫化機(jī)、大型膠管硫化罐、V帶平板硫化機(jī)等系列硫化設(shè)備作了大量的熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)．經(jīng)安裝、調(diào)試后生產(chǎn)，均取得了技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。下面就輪胎雙模定型硫化機(jī)正硫化時(shí)應(yīng)用倒吊桶式琉水閥作簡(jiǎn)單介紹。把一臺(tái)硫化機(jī)外壓蒸汽管網(wǎng)看作開式系統(tǒng)，在人口控制上我國(guó)已有幾十年成熟的啟動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制系統(tǒng)，在出口控制上則一直沒(méi)有找到的疏水閥一倒吊桶式疏水閥．輪胎雙模定型硫化機(jī)接模型加熱方式分為蒸汽室式、熱板式和夾套式三種。這三種方式的正確排水方式均應(yīng)設(shè)計(jì)成。單獨(dú)排凝結(jié)水，也就是每一個(gè)模具單獨(dú)裝設(shè)一個(gè)疏水閥．蒸汽室式需要每一個(gè)模其單獨(dú)裝設(shè)氣動(dòng)三通切斷閥與疏水閥配套．夾套式和熱板式系連續(xù)加熱則不需裝設(shè)氣動(dòng)三通切斷閥。實(shí)際生產(chǎn)中兩個(gè)模具的溫度謳難同步，所以兩個(gè)模具的外壓蒸汽應(yīng)各裝一個(gè)測(cè)溫元件。這樣在硫化機(jī)的自動(dòng)控制程序、控制柜及系統(tǒng)上較現(xiàn)在需作出較大的改進(jìn)以適應(yīng)新的溫控裝置．堅(jiān)持“單獨(dú)排水，是設(shè)備蒸汽管網(wǎng)凝結(jié)水排水設(shè)計(jì)的金科玉律，設(shè)計(jì)人員必須遵循這一法則。與裝設(shè)于蒸汽室凝結(jié)水出口管處鉑熱電阻或熱電偶相連的溫度數(shù)字顯示儀、巡回報(bào)警儀安裝于硫化機(jī)控制盤上，便于硫化工人檢測(cè)外壓蒸汽溫拉精度。同時(shí)在疏水閥管道上裝設(shè)疏水閥泄漏指示裝置，它的信號(hào)連接到硫化機(jī)控削盤上，可以監(jiān)控疏水閥工作是否正常及快速翔斷疏水閥故障。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的42 、46 、55 、63．5 等輪胎雙模定型硫化機(jī)，幾十年來(lái)一直選用熱動(dòng)力式(圓盤式)疏水閥。前面講過(guò)，熱動(dòng)力式琉水閥存在著過(guò)冷度較大，影響溫控精度的缺點(diǎn)，同時(shí)這種疏水閥較倒吊桶式疏水閥漏氣嚴(yán)重、壽命短、排空氣性能不佳，因此不宣選用。日本神戶制錒所制造的輪胎雙模定型硫化機(jī)使用的是日本藤原制作所("ILV公司)生產(chǎn)的熱動(dòng)力式琉水閥，盡管制作技術(shù)精趨而延長(zhǎng)琉水閥的使甩壽命，卻j薛決不了過(guò)冷度影響溫控精度同題。B本的硫化機(jī)外壓蒸汽采取了雙模集體排凝結(jié)水的錯(cuò)誤方式，結(jié)果造成不是甲模就是乙模局部積水，因產(chǎn)生“蒸汽團(tuán)鎖使溫度控制非常困難．國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的55 輪胎雙模定型硫化機(jī)凝結(jié)求設(shè)備管路過(guò)長(zhǎng)，自下模蒸汽室出口至疏水閥差不多有8米長(zhǎng)的管道，極容易產(chǎn)生 蒸汽閉鎖"故障，影響凝結(jié)水的正常排放和溫控精度。即使采取了“單獨(dú)排水方式，疏水閥也不宜距離凝結(jié)水出口2米以外?？傊?，對(duì)于一個(gè)良好的硫化設(shè)備蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)來(lái)講，既要重視疏水閥的選用，又要重視管網(wǎng)的配套設(shè)施合理，才能取得節(jié)能的*效果。再以輪胎水壓硫化罐為例，硫化罐的主要缺點(diǎn)是罐溫不能嚴(yán)格控制，罐內(nèi)上部和下部溫差較大．立式水壓硫化罐因從罐底排凝結(jié)水，排水條件很好，但因受罐體高度差的影響，即使罐底凝結(jié)水*排干凈，罐體內(nèi)zui上部和zui下部外壓蒸汽的高度壓力差為o．o44MP8(以罐的使用高度4400mm 為例)，在正硫化期同飽和蒸汽工作溫度為143℃時(shí)，將產(chǎn)生4℃ 的溫差，這是因設(shè)備高差形成的溫差，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)，外壓蒸汽加熱的罐內(nèi)上下模型溫差在10~15℃。所以輪胎硫化罐更需要使用完善的倒吊桶式疏水閥排水系統(tǒng)，把輪胎硫化罐的溫度差值降低到zui小，以提高輪胎硫化質(zhì)量。
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