高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案

【資料簡介】

1 高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案的結構與冷凝水積滯的可能性

應該講，減壓閥是一種較為復雜的進口閥門，結構繁雜，閥內套閥（一只閥中有二只功能截然不同的導閥和主閥）必須詳細地來了解一下他們的結構和相關作用。以目前國產(chǎn)y43h系列活塞式減壓閥和進口的導閥型減壓閥為例，進行對比介紹。冷凝水傳送管道發(fā)生的水錘通常是由低溫冷凝水和高溫蒸汽混合導致的。通常是由管道內閃蒸汽和冷凝水形成的。

冷凝水傳送管道發(fā)生的水錘

這種現(xiàn)象發(fā)生在有較大壓降的冷凝水傳送管道，或發(fā)生在傳送管離閃蒸罐較近的地方。這種情況下，高溫閃蒸汽會進入到低壓的冷凝水傳送管從而發(fā)生水錘。由于此管道的功能就是傳送冷凝水，所以對于這種類型的水錘，不能將冷凝水從管道中移出。這種類型的水錘沒有辦法消除，只能減少其影響。

高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案現(xiàn)象和對策

冷凝水傳送管道在很多情況下都會發(fā)生水錘，最根本是由蒸汽的突然閃蒸而導致的。以下是最常發(fā)生的三種情況。

當兩條傳送管道匯總時，高溫閃蒸汽會混合低溫冷凝水一同進入。如果沒有大型的集水罐，蒸汽會立刻與冷凝水撞擊，產(chǎn)生一個小的蒸汽旋流，造成了”Chugging”。這個名字是由聲響產(chǎn)生的方式衍生而來的，但是此不正常的聲響卻造成了一定問題。

當兩條傳送管道匯總時，高溫閃蒸汽會混合低溫冷凝水一同進入。如果沒有大型的集水罐，蒸汽會立刻與冷凝水撞擊，產(chǎn)生一個小的蒸汽旋流，造成了”Chugging”。這個名字是由聲響產(chǎn)生的方式衍生而來的，但是此不正常的聲響卻造成了一定問題。

你知道你知道"Chugging"聽起來像什么聲音嗎？

這種由倒流造成的水錘最終原因是冷凝水傳送管道內低溫冷凝水的波動引起的，在工廠內很常見。

水錘由冷凝水傳送管道內的蒸汽倒流導致

冷凝水傳送管道發(fā)生的水錘

此問題的對策是加裝一個止回閥，防止蒸汽倒流。但是，如果安裝位置不對或者止回閥的形式不對，都會影響其效果。高溫蒸汽和低溫冷凝水共同進入集水罐這是冷凝水傳送管道最常發(fā)生的情況。通常發(fā)生在高溫閃蒸汽和低溫冷凝水匯合的地方。與倒流導致的水錘不同，蒸汽和冷凝水是從不同的方向通過管道發(fā)生撞擊而導致水錘。這是由于高溫蒸汽和低溫冷凝水共同進入集水罐導致的。

如同倒流導致的水錘問題，水錘可能發(fā)生在運輸管道的上游距離很遠的地方。如果是這種情況，查明原因就會變得比較困難。冷凝水傳送管道發(fā)生的水錘通常是由低溫冷凝水和高溫蒸汽混合導致的。通常是由管道內閃蒸汽和冷凝水形成的。如同倒流導致的水錘問題，水錘可能發(fā)生在運輸管道的上游距離很遠的地方。如果是這種情況，查明原因就會變得比較困難。

1.1 高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案主要結構及相關區(qū)別

從圖中可以看出，無論國產(chǎn)還是進口，結構雖然有所不同，但都是由調節(jié)彈簧組件、導閥組件、主閥組件及調節(jié)通道四大部分組成的。

1.1.1 調節(jié)彈簧組件和導閥組件：除了導閥的閥芯形狀的區(qū)別外（一個是錐臺，一個是球體）相差無幾。

1.1.2 主閥組件：結構上相反

國產(chǎn)主閥的閥芯布置在閥座的下面，進氣方向為低進高出，呈橫s形；

進口主閥的閥芯布置在閥座的上面，進氣方向為高進低出，呈反橫s形。

1.1.3 壓力調節(jié)通道（圖1中的α、β、γ，圖2中的a、b、c）布置形式不同

國產(chǎn)閥壓力調節(jié)通道都預置在閥體內部（內置式），進口閥壓力調節(jié)通道都是用銅管連接在閥體外面（外置式）。

1.1.4 β通道和b通道的功能區(qū)別

國產(chǎn)β通道是從導閥的環(huán)形汽腔直接通向下面的活塞氣缸上腔，只有連接的功能。

進口b通道是從主供汽通道分流連接到下游出口的閥體上（一個很細的孔），這個通道作用很特殊，它不僅僅與主隔膜下腔形成壓差，有助于主閥膜片的運動，同時也能排走一部分余壓蒸汽及冷凝水到下游出口管段，更有利于主閥的迅速關閉。

國產(chǎn)閥，只要當導閥被開啟后，冷凝水就會很快從α通道進入導閥上部的環(huán)形汽腔，β通道及活塞汽缸上腔，隨著活塞的下行，冷凝水越積越多，直至活塞行程到達下死點時至，在此過程中汽缸變成了“水缸”了。國產(chǎn)閥，由于結構特點盛水容積相對較小，所以只要小量的凝水就能充盈這些部位。

進口閥，當導閥開啟后，冷凝水一般都沉積在汽缸、活塞汽缸上腔及主隔膜片下腔這些主閥運動的原動機構，及β、a、b通道這些壓力傳輸系統(tǒng)。由此可見由于減壓閥自身結構的特點，閥內冷凝水的積滯是必然的，而且都是閥門工作核心部位。

2 從高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案的工作原理來分析冷凝水對穩(wěn)壓調節(jié)功能的破壞性

要深入探討冷凝水對進口蒸汽減壓閥穩(wěn)壓調節(jié)功能的影響，首先，必須了解減壓閥的工作原理及相互關系。

2.1 國產(chǎn)減壓閥的工作原理

導閥的開啟都是利用頂部的調節(jié)螺栓順時針方向擰動，使彈簧縮產(chǎn)生的彈力，使導閥膜片向下凹陷，作用在導閥連桿上的力，使之向下位移打開導閥。當導閥開啟后，上游進汽管段a腔的蒸汽通過α通道（供汽調節(jié)通道），經(jīng)過導閥進入導閥環(huán)形汽腔，由β通道直接送到下面的活塞汽缸上腔。在a腔蒸汽不斷的供給下，壓力持續(xù)升高，推動活塞下行打開主閥，這時蒸汽源源不斷從a腔流至b腔。當下游出口管段b腔負荷滿足的情況下，余多的蒸汽又使b腔內的壓力不斷升高。不斷升高的壓力通過γ通道（壓力感應通道）反饋到導閥膜片下腔，使導閥膜片向上突起，克服了上部調節(jié)彈簧的壓力，導閥被關小或關閉。從而，關小或關閉來自上游α通道的蒸汽源。當活塞汽缸上腔壓力下降時，在下面復位彈簧的作用下，主閥被關小或關閉，這時b腔內的壓力開始下降，這樣周而復始達到調壓的目的。

2.2 減壓閥的工作原理

當導閥打開以后，從圖2中可以看出，上游管段a腔的蒸汽迅速進入內部過濾罩，通過導閥到達a通道（供汽調節(jié)通道），當a通道充滿蒸汽后直接被送至主閥膜片下腔，同時一部分蒸汽通過b通道（壓力控制通道）被分流進入b腔。主閥膜片下腔在a通道蒸汽不斷地供給下，主伐膜片受壓后向上突起，所產(chǎn)生的推力推動主閥桿向上運動，打開主閥，同樣蒸汽源源不斷地從a腔流向b腔。當下游出口管段負荷滿足的情況下，余多的蒸汽同樣也使b腔內的壓力不斷升高，不斷升高的壓力通過c通道（壓力感應通道）傳輸?shù)綄чy膜片下汽腔，此時導閥膜片向上突起，克服上部調節(jié)彈簧的壓力，導閥被關小或關閉，減小和切斷來自a腔的蒸汽。當主閥膜片下腔壓力逐步減小后，上部主閥彈簧發(fā)生作用，使主伐閥芯下行回座，主閥被關小或關閉（多余的蒸汽同時通過b通道釋放進入b腔，主閥被迅速關閉），使得b腔的壓力不斷下降，這樣來實現(xiàn)調節(jié)的。（導閥打開的原理，進口閥和國產(chǎn)閥相同，略）

2.3 冷凝水破壞穩(wěn)壓調節(jié)功能機理的分析

當下游壓力升高（b腔內）需要壓力下調時。正常情況下b腔超高的壓力，通過壓力感應通道（γ）傳至導閥，使導閥關小或關閉，從而關小和切斷來自a腔的汽源。當冷凝水侵入到汽缸、環(huán)形汽腔時，由于水不可壓縮的特性，此時，主閥復位彈簧失去了作用，活塞不能上行，主閥無法關閉，入口（a腔）的蒸汽仍源源不斷，通過常開狀態(tài)的主閥流入b腔。使之壓力超高而失控。 同例，看進口閥（見當系統(tǒng)冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時。來自a腔蒸汽的推力下，主閥膜片處于向上鼓起狀態(tài)。同樣，是水不可壓縮特性，使上部復位彈簧無法下行回座，主閥也同樣處于常開狀態(tài)，穩(wěn)調節(jié)功能遭到破壞。

這里，要強調一點的是，雖然，減壓閥屬于比例調節(jié)閥，但是，當冷凝水充滿了閥內這些核心工作部位時，比例調節(jié)性質改變了，其關鍵的問題，在于運動部件的摩擦阻力的作用及動作順序先后的時間差，決定了主閥運動具有滯后性。（導閥動作在先，主閥尾隨在后）當接受來自γ及c通道超壓訊息后，首先，關小或關閉導閥。這樣，切斷了閥內冷凝水的退路，顯然，活塞和主閥膜片就無法運動。

綜合上述的分析和探討，很明確，系統(tǒng)冷凝水對供熱工程百害而無一利。由此結論，系統(tǒng)冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩(wěn)壓調節(jié)功能的最基本的原因。

3 高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案系統(tǒng)冷凝水是的來源

在寫這篇文章過程中有同行提出，減壓閥在其自身工作過程的熱交是否會產(chǎn)生冷凝水?這個問題的提出，使我們要考慮進口減壓閥內部是否也會析出冷凝水的問題?所以有必要來了解一下進口蒸汽減壓閥工作過程的熱工狀態(tài)。為了更形象直觀地說明問題，擬借lgp-i圖來分析一下，看看在壓力降低的情況下，它們各相關狀態(tài)參數(shù)的變化情況，會有一個答案。

假設上游進口壓力為（閥前）p1，下游出口壓力為p2，p1與干飽和蒸汽線相交于o1沿等焓線下行。下游出口壓力p2與等焓線相交于o2，當壓力從p1下降到p2 時，其它相關參數(shù)也發(fā)生相應的變化。

從中可以看出，壓力從p1降至p2沿等焓線進行，所以焓沒有改變，但是熵從s1增加到s2，比容也從v1增加到v2，但溫度從t1下降到t2。

由此看來，蒸汽經(jīng)過減壓閥的流動過程，應該認為是絕熱節(jié)流過程。這種絕熱節(jié)流過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動過程。蒸汽節(jié)流后焓值不變，比容和熵都有所增加，溫度略有下降。蒸汽經(jīng)過減壓閥后，非但不會產(chǎn)生冷凝水，而且蒸汽干度也得到了提高，可以說冷凝水的產(chǎn)生來自系統(tǒng)，而且是的。這樣，對于防止和減少冷凝水進入減壓閥的措施方法也變得簡單了。

4 高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案措施和方法

4.1 管道中冷凝水排除一種好的做法

蒸汽熱源到各用汽終端，沿程少則幾十米，多則幾百米或更長，加上有的設備用汽的間斷性，蒸汽管路不斷與環(huán)境進行熱交換，這部分冷凝水的排除通常的做法采用分段疏水來解決的。那么效果如何？從圖4中我們可以看出，由于我們選用的疏水管口徑都比較細，可以想象，當管內蒸汽流速在十幾到幾十米/秒?時，實際情況是冷凝水在沒排掉多少時，它已經(jīng)被沖過疏水管口了。這種傳統(tǒng)做法排水效率低，效果不理想。

在輸汽總管與疏水管之間加裝了一段凝水匯集短管，管徑粗，集水能力強，疏水管從凝水短管的腰部引出，形成水封蒸汽不易逃逸。凝水短管的口徑與蒸汽輸送管的比，推薦為1/2~2/3。如dn100口徑的供汽管，凝水匯集短管的口徑可選擇50~80的口徑。這種方法排量大，效果好，目前國外普遍采用的辦法，值得借鑒。

4.2 減壓裝置汽水分離器的設置至關重要加設汽水分離器能保證干燥蒸汽的供給，對減壓裝置的穩(wěn)定工作，使用壽命是一個重要的保障措施。筆者根據(jù)重力分離與阻疑相結合原理設計出的一種汽水分離器，實際使用效果不差，僅供參考。

綜觀國外汽水分離器產(chǎn)品，從原理上分有重力式、阻凝式、離心式。從形式上看有臥式、立式，品種多樣，規(guī)格齊全。但目前國內市場卻無產(chǎn)品可選?，F(xiàn)在大多使用的是國外產(chǎn)品。（價格昂貴，望而卻步）

凝水滯留對一個蒸汽供熱系統(tǒng)來講是有百害而無一利的。因此，汽水分離器的研制開發(fā)有很多事情可做，望同行們共同關注。

4.3 減壓裝置設計中的幾個問題：

（1）在汽水分離器凝水排放口下端必須設置一個獨立排放口，用于設備啟動時排水。

（2）旁通的設置，最好在減壓閥的上方，或者平行設置。

（3）進口蒸汽過濾器緊貼減壓閥安裝。

（4）選用減壓閥流量要合適，設備的耗汽量要準確計算。筆者的體會，減壓閥的流量應該比設備耗汽量大10~20%為宜，千萬不要出現(xiàn)“大馬拉小車的情況”，否則，對減壓工況的穩(wěn)定也有影響。

冷凝水傳送管道發(fā)生的水錘

這種現(xiàn)象發(fā)生在有較大壓降的冷凝水傳送管道，或發(fā)生在傳送管離閃蒸罐較近的地方。這種情況下，高溫閃蒸汽會進入到低壓的冷凝水傳送管從而發(fā)生水錘。由于此管道的功能就是傳送冷凝水，所以對于這種類型的水錘，不能將冷凝水從管道中移出。這種類型的水錘沒有辦法消除，只能減少其影響。

高溫冷凝水減壓閥優(yōu)化改進方案現(xiàn)象和對策

冷凝水傳送管道在很多情況下都會發(fā)生水錘，最根本是由蒸汽的突然閃蒸而導致的。以下是最常發(fā)生的三種情況。

當兩條傳送管道匯總時，高溫閃蒸汽會混合低溫冷凝水一同進入。如果沒有大型的集水罐，蒸汽會立刻與冷凝水撞擊，產(chǎn)生一個小的蒸汽旋流，造成了”Chugging”。這個名字是由聲響產(chǎn)生的方式衍生而來的，但是此不正常的聲響卻造成了一定問題。

當兩條傳送管道匯總時，高溫閃蒸汽會混合低溫冷凝水一同進入。如果沒有大型的集水罐，蒸汽會立刻與冷凝水撞擊，產(chǎn)生一個小的蒸汽旋流，造成了”Chugging”。這個名字是由聲響產(chǎn)生的方式衍生而來的，但是此不正常的聲響卻造成了一定問題。

你知道你知道"Chugging"聽起來像什么聲音嗎？

這種由倒流造成的水錘最終原因是冷凝水傳送管道內低溫冷凝水的波動引起的，在工廠內很常見。

此問題的對策是加裝一個止回閥，防止蒸汽倒流。但是，如果安裝位置不對或者止回閥的形式不對，都會影響其效果。

高溫蒸汽和低溫冷凝水共同進入集水罐

這是冷凝水傳送管道最常發(fā)生的情況。通常發(fā)生在高溫閃蒸汽和低溫冷凝水匯合的地方。與倒流導致的水錘不同，蒸汽和冷凝水是從不同的方向通過管道發(fā)生撞擊而導致水錘。這是由于高溫蒸汽和低溫冷凝水共同進入集水罐導致的。