疏水器正確選擇方法

李媛媛（大慶石化公司檢測(cè)公司）

疏水器正確選擇方法

李媛媛（大慶石化公司檢測(cè)公司）

蒸汽加熱是石化生產(chǎn)中的主要加熱方式，大慶石化公司每年因疏水器選型不當(dāng)造成的蒸汽損失十分巨大。文章介紹了針對(duì)生產(chǎn)設(shè)備特性選擇疏水器類(lèi)型及計(jì)算疏水器容量的方法，并提出對(duì)疏水器進(jìn)行維護(hù)的合理化建議。

疏水器 選型 容量

疏水器是用于蒸汽供熱設(shè)備和蒸汽管道上的自動(dòng)閥門(mén)，能自動(dòng)排除冷凝水、空氣及其他不可凝結(jié)的氣體，并能防止蒸汽泄漏。2010年11月15日—2011年3月24日大慶石化公司對(duì)全部在用疏水器進(jìn)行效能監(jiān)測(cè)，完好率僅為81.85%，疏水器損壞主要由于選型不當(dāng)及容量計(jì)算與實(shí)際生產(chǎn)要求不符造成。粗略估算由疏水器故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失每年可達(dá)到1.72×108元。疏水器的正確選擇、安裝、使用直接影響蒸汽系統(tǒng)的安全運(yùn)行和節(jié)能效果。

1 疏水器選型

大慶石化公司目前需要使用疏水器的裝置主要是：蒸汽使用設(shè)備和蒸汽輸送管線。根據(jù)裝置運(yùn)行周期疏水器又分為連續(xù)運(yùn)行和間歇運(yùn)行。根據(jù)使用用途及運(yùn)行周期選擇合適疏水器是減小疏水器損壞的有效途徑。

1.1 蒸汽使用設(shè)備

蒸汽使用設(shè)備主要分為加熱器與蒸發(fā)器。加熱器中包括熱交換器、加熱釜、配管加熱裝置等，加熱方式分為直接加熱與間接加熱。每臺(tái)蒸汽使用設(shè)備應(yīng)配備1臺(tái)疏水器，如工藝需求可采用2臺(tái)相同疏水器并聯(lián)使用。蒸汽使用設(shè)備因其蒸汽用量大，凝結(jié)水排量大，容易產(chǎn)生空氣氣堵及水擊，對(duì)疏水器性能要求高。主要選擇能迅速排除大量凝結(jié)水、抗水擊能力強(qiáng)、有一定的防空氣氣堵能力的疏水器。倒置桶式疏水器和浮球式疏水器有很好的排除凝結(jié)水的能力，可排除微量的空氣及不可凝結(jié)氣體。如蒸汽中空氣含量稍高，仍會(huì)產(chǎn)生氣堵現(xiàn)象，因此選擇這類(lèi)疏水器時(shí)應(yīng)要求自身配備自動(dòng)空氣排放閥，或在距離蒸汽設(shè)備至少60 cm處加裝自動(dòng)空氣排放閥，在設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)排除混雜在蒸汽中的空氣。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，大量空氣需在短時(shí)間內(nèi)迅速排除，自動(dòng)排氣閥已不能滿(mǎn)足需要，這時(shí)要打開(kāi)旁通管，排除空氣及凝結(jié)水。

與其他加熱器不同，蒸汽伴熱線作為配管加熱裝置，加熱溫度多在100℃以下，即40～80℃。蒸汽伴線工程上的伴線用疏水器，必須符合以下條件：質(zhì)量輕，體積小，容易安裝；水平方向和垂直方向均可安裝；使用壓力范圍廣；具有防凍功能。

從上述條件看，圓盤(pán)式疏水器與雙金屬溫調(diào)式疏水器最適合，但使用圓盤(pán)式疏水器，可能排除飽和狀態(tài)高溫凝結(jié)水，使加熱溫度有可能過(guò)高。為有效利用蒸汽的潛熱和凝結(jié)水所擁有的顯熱，凝結(jié)水應(yīng)降至規(guī)定的溫度再排除，加熱溫度在100℃以下時(shí)最好使用雙金屬溫調(diào)式疏水器[1]。

1.2 蒸汽輸送管線

蒸汽輸送管線主要分為過(guò)熱蒸汽線與飽和蒸汽線。蒸汽輸送管線內(nèi)蒸汽流速高，凝結(jié)水需盡快排除，防止被高速流動(dòng)蒸汽剪切力引發(fā)水擊，因此蒸汽管道每30～50 m就應(yīng)有1臺(tái)疏水器排除凝結(jié)水。過(guò)熱蒸汽管線只在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生凝結(jié)水，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)幾乎不產(chǎn)生凝結(jié)水。倒置桶式疏水器因凝結(jié)水量少，無(wú)法形成水封，容易產(chǎn)生蒸汽噴放，浮球式疏水器抗水擊能力差，因此，在過(guò)熱蒸汽線上應(yīng)采用圓盤(pán)式疏水器。安裝時(shí)可將圓盤(pán)式疏水器出口向下安裝在管線上，在冬季可以達(dá)到防凍效果。其他飽和蒸汽管線若凝結(jié)水產(chǎn)量小，可采用雙金屬溫調(diào)式疏水器。

蒸汽輸送管線上通過(guò)疏水器排出的高溫凝結(jié)水，多數(shù)可作為鍋爐給水回收再利用。圓盤(pán)式疏水器背壓要求高，在回收利用凝結(jié)水時(shí)，不能采用圓盤(pán)式疏水器，可采用背壓要求較低的倒置桶式或浮球式疏水器。

2 疏水器容量計(jì)算

在選擇疏水器時(shí)，必須選擇與蒸汽使用設(shè)備的構(gòu)造、用途和運(yùn)轉(zhuǎn)等條件相適應(yīng)的疏水器，同時(shí)還必須合理選擇疏水器工作壓力與容量。目前疏水器入口壓力多與管道工作壓力相等。實(shí)際上，因管道阻力影響，疏水器入口壓力應(yīng)比管道工作壓力略小，取疏水器工作壓力應(yīng)按照管道壓力0.95～1的倍數(shù)選擇。

2.1 凝結(jié)水產(chǎn)量計(jì)算

2.1.1 蒸汽使用設(shè)備

蒸汽使用設(shè)備的作用是利用蒸汽加熱介質(zhì)。蒸汽的潛熱一旦傳遞給介質(zhì)并使之加熱，則蒸汽將產(chǎn)生凝結(jié)，轉(zhuǎn)化成凝結(jié)水。各蒸汽使用設(shè)備的凝結(jié)水負(fù)荷特點(diǎn)一般是，在開(kāi)始啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)，凝結(jié)水負(fù)荷極大，這與進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之后的負(fù)荷相差很大，但具體的凝結(jié)水負(fù)荷特性因設(shè)備的種類(lèi)、用途和運(yùn)轉(zhuǎn)方法而異。以熱交換器為例，如圖1所示，設(shè)備啟動(dòng)后短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量凝結(jié)水，隨著設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，凝結(jié)水產(chǎn)量變化很小。各類(lèi)蒸汽使用設(shè)備的凝結(jié)水產(chǎn)量按（1）式計(jì)算：

式中：

W——凝結(jié)水產(chǎn)量，kg/h；

c——被加熱流體的比熱容，kJ/（kg·K）；

G——被加熱流體的質(zhì)量（kg）或容積（m3）；

T1——加熱前被加熱流體的溫度，K；

T2——加熱后被加熱流體的溫度，K；

r——使用蒸汽壓力下比潛熱，kJ/kg；

t——被加熱流體從T1升到T2所需的時(shí)間，

min。

2.1.2 蒸汽輸送管線

如圖2所示，蒸汽輸送管線在預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，凝結(jié)水產(chǎn)量最大。在啟動(dòng)前，蒸汽輸送管線處于常溫下，處于冷卻狀態(tài)。在開(kāi)始送蒸汽的預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)階段，設(shè)備利用蒸汽潛熱加熱自身，蒸汽被大量消耗，在很短的時(shí)間內(nèi)就產(chǎn)生大量凝結(jié)水。蒸汽使用設(shè)備在進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之后，凝結(jié)水主要由設(shè)備表面散熱損失而產(chǎn)生，凝結(jié)水產(chǎn)量相對(duì)較少且趨于平穩(wěn)。蒸汽輸送管線啟動(dòng)時(shí)凝結(jié)水量按式（2）計(jì)算：

式中：

W——凝結(jié)水產(chǎn)量，kg/h；

q1——單位長(zhǎng)度管道質(zhì)量或單個(gè)閥門(mén)質(zhì)量，kg；

q2——單位長(zhǎng)度鋼管或單個(gè)閥門(mén)的保溫材料質(zhì)量，kg；

c1——鋼管比熱容，kJ/（kg·K）；；

c2——保溫材料比熱容，kJ/（kg·K）；；

ΔT1——鋼管上升溫度，K；

ΔT2——保溫材料上升溫度，K；

r——使用蒸汽壓力下潛熱，kJ/kg；

t——管線啟動(dòng)所需的時(shí)間，min。

對(duì)蒸汽輸送管線進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后，熱量損失就很少了，凝結(jié)水主要由管線表面散熱產(chǎn)生，凝結(jié)水產(chǎn)量由式（3）計(jì)算：

式中：

W——凝結(jié)水產(chǎn)量，kg/h；

Q——管線散熱量，kJ/h；

r——使用蒸汽壓力下比潛熱，kJ/kg。

2.2 安全率

大慶石化公司生產(chǎn)裝置連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備一般運(yùn)轉(zhuǎn)長(zhǎng)達(dá)半年或一年以上。在這種情況下，設(shè)備啟動(dòng)次數(shù)比較少，啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大量凝結(jié)水可以開(kāi)啟旁通閥進(jìn)行排放，因而在選擇疏水器容量時(shí)，就可以不考慮設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的凝結(jié)水負(fù)荷特性，而只要具有能排放設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下所產(chǎn)生的凝結(jié)水容量就可以了。也就是說(shuō)，對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)裝置，安全率可取較小值。因此，停機(jī)次數(shù)越少的設(shè)備，所規(guī)定的安全率越小。

與連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)相反，間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，頻繁啟動(dòng)和停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量凝結(jié)水而形成的啟動(dòng)負(fù)荷會(huì)多次反復(fù)出現(xiàn)，使設(shè)備的負(fù)荷變化十分明顯。因此，即使是同一型號(hào)、同一容量的蒸汽使用設(shè)備，間歇生產(chǎn)方式和連續(xù)生產(chǎn)方式相比，應(yīng)選用更大的安全率。

如不清楚設(shè)備蒸汽消耗量的變動(dòng)特性，可采用蒸汽設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)容量乘以疏水器安全率的方法來(lái)計(jì)算疏水器容量。

疏水器安全率，對(duì)于易損型疏水器，如波紋管式疏水器安全率采用3，其余間歇工作疏水器安全率可采用2，連續(xù)工作疏水器如浮球式疏水器安全率可取1.5，但應(yīng)與生產(chǎn)廠家溝通，獲得最準(zhǔn)確安全率。設(shè)備安全率見(jiàn)表1。

3 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)選擇合理容量、類(lèi)型的疏水器可保證設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)。在選擇合理疏水器的同時(shí)，安裝旁通配管，不僅可以在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)排除大量凝結(jié)水及空氣，還可阻止疏水器不必要的損害。在設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可采用小排量的疏水器，節(jié)約采購(gòu)費(fèi)用，減小生產(chǎn)成本。

表1 各種設(shè)備安全率

[1] 陳永剛.蒸汽蔬水閥的選用和維護(hù)[M].北京節(jié)能.2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.02.010

李媛媛，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，從事節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，E-mail：addy317@sohu.com，地址：黑龍江省大慶石化公司檢測(cè)公司節(jié)能監(jiān)測(cè)室，163714。

2011-11-20）