蒸汽疏水閥無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

高紅彪，郭懷舟，吳懷昆，陳鳳官，郝偉沙，耿圣陶

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

水蒸氣以其清潔、安全和環(huán)保性，在食品、制藥、化工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。蒸汽系統(tǒng)正是利用蒸氣液化時(shí)釋放的潛熱，通過(guò)換熱器等能量交換設(shè)備向外界傳遞熱量。液化后形成的冷凝水必須及時(shí)排出，否則易產(chǎn)生水錘等故障，而且冷凝水將在換熱表面形成熱阻層降低換熱效率。

蒸汽疏水閥作為蒸汽系統(tǒng)中的自動(dòng)設(shè)備，可泄放系統(tǒng)中的冷凝水而防止蒸汽損失。理想的蒸汽疏水閥泄放冷凝水時(shí)不損失蒸汽，在通入蒸汽時(shí)不開啟，并且無(wú)蒸汽泄漏。無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)是在閥前無(wú)冷凝水的條件下測(cè)試蒸汽疏水閥在關(guān)閉時(shí)泄漏的蒸汽量（此時(shí)疏水閥若開啟為故障工況，不能進(jìn)行此試驗(yàn)）。

蒸汽疏水閥的無(wú)負(fù)荷漏汽量是其重要的性能參數(shù)，對(duì)蒸汽系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。漏汽量過(guò)大的疏水閥也將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的能耗和經(jīng)濟(jì)性能。

1 無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)

蒸汽疏水閥的無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)需要在動(dòng)作試驗(yàn)合格后進(jìn)行。不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)壓力的要求不同。

ASME PTC 39-2005 Steam Traps 對(duì)試驗(yàn)壓力未做要求，需要試驗(yàn)各方自行確定。

ISO 7841-1988 Determination of steam loss of automatic steam traps要求將最高工作壓力作為試驗(yàn)壓力且不超過(guò)3.2MPa。

GB/T 12251-2005蒸汽疏水閥試驗(yàn)方法要求試驗(yàn)壓力按照表1進(jìn)行。

上述3份標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于蒸汽疏水閥漏汽量試驗(yàn)的裝置是不同的，分別如圖1～3所示，以下分別簡(jiǎn)稱裝置1、裝置2與裝置3。

表1 GB/T 12251-2005漏汽量試驗(yàn)壓力

圖1 GB/T 12251-2005蒸汽疏水閥漏汽量試驗(yàn)裝置

圖2 ASME PTC 39-2005蒸汽疏水閥漏汽量試驗(yàn)裝置

圖3 ISO 7841-1988蒸汽疏水閥漏汽量試驗(yàn)裝置B

3類裝置的共同點(diǎn)是試驗(yàn)原理相似：將制備部分產(chǎn)生的蒸汽通入被測(cè)蒸汽疏水閥，再將被測(cè)蒸汽疏水閥泄漏的蒸汽通入收集裝置進(jìn)行計(jì)量。試驗(yàn)原理如下。

裝置1：來(lái)自蒸汽鍋爐的供氣經(jīng)減壓后進(jìn)入高壓罐，加熱預(yù)先準(zhǔn)備的冷水，待溫度壓力平衡后，高壓罐內(nèi)便儲(chǔ)備了一定量的飽和水與飽和蒸汽。試驗(yàn)之前可先向被測(cè)疏水閥通入飽和水，經(jīng)由閥9泄放，達(dá)到預(yù)熱管線和設(shè)備的目的。待管線中冷凝水泄放完畢后，打開閥6向被測(cè)疏水閥通入飽和蒸汽進(jìn)行無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)。

裝置2與裝置3：供汽由閥1進(jìn)入管線，預(yù)熱產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)閥2與閥3泄放，待預(yù)熱完畢后可進(jìn)行漏汽量試驗(yàn)。二者的區(qū)別僅在于收集裝置不同。

2 試驗(yàn)誤差分析

蒸汽疏水閥無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)要求被測(cè)疏水閥前通入的介質(zhì)為具有一定干度的飽和蒸汽或過(guò)熱蒸氣，若蒸汽濕度過(guò)大或混有冷凝水，積聚的冷凝水將形成一定的負(fù)荷，使疏水閥開啟。

由于裝置設(shè)計(jì)的限制，以上3臺(tái)裝置在進(jìn)行無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)時(shí)都無(wú)法保證閥前介質(zhì)不含冷凝水。

（1）各裝置在被測(cè)疏水閥之前都設(shè)有冷凝水泄放裝置，但此裝置僅從測(cè)試主管路底部引出，只能泄放積聚在管道底部的冷凝水，而管道上部氣相空間混合的冷凝水液滴將無(wú)法通過(guò)此方式泄放。

（2）裝置2與裝置3中的換熱器是為有負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)設(shè)置，但對(duì)于無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)將引入誤差。在進(jìn)行無(wú)負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，蒸汽通過(guò)換熱器管程，即使殼程不通入冷卻水，試驗(yàn)蒸汽也將通過(guò)換熱器的換熱管向外界釋放熱量產(chǎn)生冷凝水，且該部分冷凝量不可忽略。經(jīng)換熱器產(chǎn)生的冷凝水若直接通向待測(cè)疏水閥將不符合試驗(yàn)條件，造成試驗(yàn)結(jié)果的誤差。

（3）在待測(cè)疏水閥前后的變徑管段和伸縮器由于操作頻繁，一般沒(méi)有保溫層，由于漏熱的作用，也將產(chǎn)生明顯的冷凝水。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述分析，可通過(guò)以下措施減少進(jìn)入被測(cè)疏水閥前的冷凝水量，降低系統(tǒng)誤差。

（1）在測(cè)試管道中增加氣液分離器，不但可以將積聚的冷凝水排出，而且可以通過(guò)一定的分離空間將氣相中的液滴分離排出。此措施可以保證進(jìn)入測(cè)試管路的蒸汽具有較高干度。

（2）為換熱器增加旁路并按照要求進(jìn)行保溫，在進(jìn)行無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)時(shí)使用該旁路，而在進(jìn)行有負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)時(shí)再切換使用換熱器。此措施可以避免由于換熱器的漏熱所產(chǎn)生的冷凝水。

（3）將測(cè)試管路設(shè)計(jì)為一定坡度，保證被測(cè)閥前產(chǎn)生的冷凝水流向上游，并通過(guò)冷凝水泄放裝置排出。雖然由于無(wú)法保溫而產(chǎn)生的冷凝水不可避免，但通過(guò)此措施可以減小這部分冷凝水對(duì)無(wú)負(fù)荷試驗(yàn)產(chǎn)生的影響。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于裝置1在測(cè)量有負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)方面具有局限性，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)僅針對(duì)裝置2和裝置3。兩者的區(qū)別僅在于對(duì)泄漏蒸汽和冷凝水的收集裝置不同。

與裝置2相比，裝置3增加了氣液分離器，提高了收集效率，但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，由于增加了稱量冷凝水的磅秤，因此也增加了稱量誤差。因此，本文從裝置2的基礎(chǔ)上，根據(jù)以上提出的改進(jìn)措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)化后的裝置如圖4所示。優(yōu)化設(shè)計(jì)后的試驗(yàn)裝置增加氣液分離器、為換熱器增加旁路、將被測(cè)閥前的管路設(shè)計(jì)為可調(diào)坡度管段，不僅可以排出換熱器前的冷凝水，為有負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)做準(zhǔn)備，而且可減少無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)時(shí)的冷凝水量，達(dá)到減小系統(tǒng)誤差的目的。

圖4 蒸汽疏水閥漏汽量試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置

5 結(jié)語(yǔ)

蒸汽疏水閥無(wú)負(fù)荷漏汽量試驗(yàn)要求閥前無(wú)冷凝水，否則產(chǎn)生的負(fù)荷將使被測(cè)閥開啟，增大泄漏量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。優(yōu)化后測(cè)試裝置將進(jìn)入被測(cè)閥前的冷凝水量大幅減小，滿足了試驗(yàn)條件。

[1]中井多喜雄.蒸汽疏水閥[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[2]GB/T 12251-2005，蒸汽疏水閥試驗(yàn)方法[S].

[3]ASME PTC 39-2005 Steam Traps.

[4]ISO 7841-1988 Determination of steam loss automatic steam traps.