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冷凝水對蒸汽減壓閥穩定工作的影響

1 減壓閥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。以目前常用的國產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。
1.1 主要結構及相關區別
從圖中可以看出,無論國產還是進口,結構雖然有所不同,但都是由調節彈簧組件、導閥組件、主閥組件及調節通道四大部分組成的。
1.1.1 調節彈簧組件和導閥組件:除了導閥的閥芯形狀的區別外(一個是錐臺,一個是球體)相差無幾。
1.1.2 主閥組件:結構上完全相反
國產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 壓力調節通道(圖1中的α、β、γ,圖2中的a、b、c)布置形式不同
國產閥壓力調節通道都預置在閥體內部(內置式),進口閥壓力調節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通道的功能區別
國產β通道是從導閥的環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。
v 國產閥,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。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 從減壓閥的工作原理來分析冷凝水對穩壓調節功能的破壞性

要深入探討冷凝水對減壓閥穩壓調節功能的影響,首先,必須了解減壓閥的工作原理及相互關系。
2.1 國產減壓閥的工作原理
導閥的開啟都是利用頂部的調節螺栓順時針方向擰動,使彈簧縮產生的彈力,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(供汽調節通道),經過導閥進入導閥環形汽腔,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 進口減壓閥的工作原理
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)傳輸到導閥膜片下汽腔,此時導閥膜片向上突起,克服上部調節彈簧的壓力,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,這樣來實現調節的。(導閥打開的原理,進口閥和國產閥相同,略)
2.3 冷凝水破壞穩壓調節功能機理的分析
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、環形汽腔時,由于水不可壓縮的特性,此時,主閥復位彈簧完全失去了作用,活塞不能上行,主閥無法關閉,入口(a腔)的蒸汽仍源源不斷,通過常開狀態的主閥流入b腔。使之壓力超高而失控。 同例,看進口閥(見圖2)當系統冷凝水充滿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。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,穩調節功能遭到破壞。
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,比例調節性質完全改變了,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,系統冷凝水對供熱工程百害而無一利。由此結論,系統冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩壓調節功能的最基本的原因。

3 系統冷凝水是唯一的來源

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生冷凝水?這個問題的提出,使我們要考慮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減壓閥工作過程的熱工狀態。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,它們各相關狀態參數的變化情況,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,其它相關參數也發生相應的變化。
從圖3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,蒸汽經過減壓閥的流動過程,應該認為是絕熱節流過程。這種絕熱節流過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動過程。蒸汽節流后焓值不變,比容和熵都有所增加,溫度略有下降。蒸汽經過減壓閥后,非但不會產生冷凝水,而且蒸汽干度也得到了提高,可以說冷凝水的產生來自系統,而且是唯一的。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 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,它已經被沖過疏水管口了。這種傳統做法排水效率低,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最大程度保證干燥蒸汽的供給,對減壓裝置的穩定工作,使用壽命是一個重要的保障措施。筆者根據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,規格齊全。但目前國內市場卻無產品可選。現在大多使用的是國外產品。(價格昂貴,望而卻步)
凝水滯留對一個蒸汽供熱系統來講是有百害而無一利的。因此,汽水分離器的研制開發有很多事情可做,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,較好在減壓閥的上方,或者平行設置。
(3)蒸汽過濾器緊貼減壓閥安裝。
fg美人捕鱼 (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“大馬拉小車的情況”,否則,對減壓工況的穩定也有影響。

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