疏水器,也叫阻汽排水阀、疏水阀等,它是蒸汽系统中极为重要的一环,它的基本作用是在生产过程中防止蒸汽的泄露排出,同时及时将蒸汽系统中的冷凝水、不凝气性气体(空气、二氧化碳等气体)尽快排出,最大限度地利用热能。针对疏水器运行可靠性需要满足以下要求:蒸汽损失最小,寿命长性能可靠,耐腐蚀,能排出二氧化碳气体,能在背压下运行,能防止污物堵塞。
根据国际标准ISO6704:1982,疏水器分为三种基本类型:热静力型(通过感应流体介质的温度变化工作)这类疏水器是利用蒸汽和凝结水的温差引起感温元件的变型或膨胀带动阀心启闭阀门。热静力型疏水器的过冷度比较大,一般过冷度为15℃到40℃,它能利用凝结水中的一部分显热,阀前始终存有高温凝结水,无蒸汽泄漏,节能效果显著。是在蒸汽管道,伴热管线、小型加热设备,采暖设备,温度要求不高的小型加热设备上,最理想的疏水器。热动力型(通过感应流体介质的动力特性变化工作)、这类疏水器根据相变原理,靠蒸汽和凝结水通过时的流速和体积变化的不同热力学原理,使阀片上下产生不同压差,驱动阀片开关阀门。因热动力式疏水器的工作动力来源于蒸汽,所以蒸汽浪费比较大。结构简单、耐水击、最大背为50%,有噪音,阀片工作频繁,使用寿命短。热动力型疏水器有圆盘式、脉冲式、孔板式等。机械型(通过感应流体介质的密度变化工作)。本文重点对机械型疏水器进行分析。
机械型疏水器也称浮子型疏水器,是利用凝结水与蒸汽的密度差,通过凝结水液位变化,使浮子升降带动阀瓣开启或关闭,达到阻汽排水目的。机械型疏水器的过冷度小,不受工作压力和温度变化的影响,有水即排,加热设备里不存水,能使加热设备达到最佳换热效率。最大背压率为80%,工作质量高,是生产工艺加热设备最理想的疏水阀。具体有浮球式、倒置桶式等。
1、 浮球式疏水器
浮球型蒸汽疏水阀,是一种利用比重和温度变化进行工作的机械式疏水阀。浮球动作利用的是比重原理。用连杆把浮球和阀瓣连接起来。当凝结水进人疏水阀,达到一定高度的时侯,浮球抬起,打开阀孔,放出凝结水。凝结水形成了一个水封,防止蒸汽流失。
1.1、 浮球式疏水器(杠杆连接型自带排气)
由于排放阀孔在水下,不能排除空气和其它不凝气体。当积存的空气和不凝结气体达到一定程度的时侯,就会产生一个温度降,这时在疏水阀上部的热静力排气阀就会打开,把气体放出去。热静力排气阀的操作温度只比饱和温度低几度,所以它可以通过一个完全独立的阀孔,处理大量的空气。但是,这样会稍微降低一些排放温度。
1) 在启动时,较低的系统压力强迫空气通过热静力排气阀排出,大负荷的凝结水随着空气的排出抬高浮球打开主阀,剩余的空气随着开启的排气孔继续排出;
2) 当蒸汽进入疏水器时,随着温度增高,热静力排气阀关闭,凝结水以进入疏水器的相同流速从通过浮球定位的主阀排出;
3) 随着空气在疏水阀内的聚集,温度会降到饱和蒸汽温度以下。压力平衡热静力排空气阀打开并排放空气。
1.2、 浮球式疏水器(非杠杆连接型)
与杠杆式不同之处为浮球本身为开启和关闭的元件,工作原理与杠杆式浮球疏水器的工作原理近似,在此不再赘述。
2、 倒置桶式疏水器
倒置桶型疏水器,有其独特的杠杆机构将倒置桶重力放大,以便开启到系统压差作用的阀瓣。杠杆机构自由浮动式,没有固定支点造成的磨损。由于阀瓣与阀座位于疏水器的顶部,污物不会存积在阀孔处。细小的杂质在阀内处于悬浮状态,当倒置桶下沉打开阀孔时,杂质便会随凝结水在压差作用下快速排出体外,阀孔不是全开就是密封,不会聚集污物,也不会受管道中锈皮的影响而产生关闭不严现象。排放口完全被水封包围,可以防止新鲜蒸汽损失。倒置桶上的排气孔可以确保在蒸汽温度下连续自动排放空气和二氧化碳等不凝性气体,不会形成冷滞或气阻,通过排气孔的蒸汽量小于补偿阀辐射损失热量所需要的蒸汽。尽管它排放动作是间断的,但其凝结水是排放是连续的,不存在凝结水积聚问题,同时它是可耐水击的。
1) 蒸汽疏水器安装在蒸汽加热设备与凝结水回水集管之间,初始状态时桶在底部,阀门全开,凝结水进入疏水器后流到桶底,充满阀体,全部浸没桶体,然后凝结水通过全开阀门排至回水集管;
2) 蒸汽也从桶体底部进入疏水器,占据桶体内的顶部产生浮力。桶体慢慢升起,逐渐向阀座方向移动杠杆直到完全关闭阀门。空气和二氧化碳通过桶体的排气小孔聚集在疏水器顶部,从排气孔排出的蒸汽,都会因疏水器的散热而凝结;
3) 当进来的凝结水开始充满桶体时,桶体开始对杠杆产生拉力,随着凝结水位不断升高,产生的力不断增加,直到能够克服压差打开阀门;
4) 阀门开始打开,作用在阀瓣上的压差减小,桶体将迅速下降,使阀门全开。积聚在疏水器顶部的不凝气体先排出,然后凝结水排出。水流从桶体流出时带动污物一起流出疏水器。凝结水排放的同时,蒸汽重新开始进入疏水器,开始新一轮工作。
3、 疏水器的工作特性
疏水器的工作特性主要分为间接性工作和连续性工作两种方式。
1) 间接性工作方式,间接工作方式是指一次性将流入的冷凝水排出的工作方式。倒置桶式疏水器与圆盘式疏水器属于该类型。一般而言倒置桶疏水器较圆盘式疏水器的工作频度快(即工作间隔时间短),同时飘出温度为饱和温度,而圆盘式疏水器则排出的冷凝水温度相对较低。
2) 连续性工作方式连续性工作方式是指随着冷凝水流入量的多少而进行开启度的调节,连续不断的将冷凝水排出的工作方式。浮球式疏水器及热静力式疏水器属于该类型。浮球式疏水器是将接近饱和温度的冷凝水连续排出,而热静力式疏水器则可以通过事先设定排出较饱和温度低的冷凝水。
4、 电厂工艺中疏水器的使用探究
目前,国内常规火电厂及核电厂等发电厂蒸汽回路需要使用高温、高压蒸汽,常见疏水器主要包括倒置桶式疏水器、杠杆浮球式疏水器,主要包括主给水相关系统、主给水加热相关系统、汽轮机本体相关系统以及压缩空气相关系统。蒸汽管道内高温蒸汽持续流过管道将会使得管道保持高温,采用间接性工作方式的疏水器能够有效保证疏水间断排除,不会导致蒸汽及流体介质回路产生水锤,保证设备安全;另一方面又能够确保大部分时间的关闭状态避免高温蒸汽介质的流出导致热力系统回路的效率下降,在电厂工艺系统中得到广泛运用。
作者简介:黄烨(1988—),男,汉,福建福清核电有限公司运行三处值长,工程师,大学本科,研究方向工程实践。