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冷凝水對(duì)蒸汽減壓閥穩(wěn)定工作的影響
點(diǎn)擊次數(shù)：566 發(fā)布時(shí)間：2013-3-20
1 減壓閥的結(jié)構(gòu)與冷凝水積滯的可能性
應(yīng)該講，減壓閥是一種較為復(fù)雜的閥門(mén)，結(jié)構(gòu)繁雜，閥內(nèi)套閥（一只閥中有二只功能截然不同的導(dǎo)閥和主閥）必須詳細(xì)地來(lái)了解一下他們的結(jié)構(gòu)和相關(guān)作用。以目前zui常用的國(guó)產(chǎn)y43h系列活塞式減壓閥和進(jìn)口的導(dǎo)閥型減壓閥為例，進(jìn)行對(duì)比介紹。
1.1 主要結(jié)構(gòu)及相關(guān)區(qū)別
從圖中可以看出，無(wú)論國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口，結(jié)構(gòu)雖然有所不同，但都是由調(diào)節(jié)彈簧組件、導(dǎo)閥組件、主閥組件及調(diào)節(jié)通道四大部分組成的。
1.1.1 調(diào)節(jié)彈簧組件和導(dǎo)閥組件：除了導(dǎo)閥的閥芯形狀的區(qū)別外（一個(gè)是錐臺(tái)，一個(gè)是球體）相差無(wú)幾。
1.1.2 主閥組件：結(jié)構(gòu)上*相反
國(guó)產(chǎn)主閥的閥芯布置在閥座的下面，進(jìn)氣方向?yàn)榈瓦M(jìn)高出，呈橫s形；
進(jìn)口主閥的閥芯布置在閥座的上面，進(jìn)氣方向?yàn)楦哌M(jìn)低出，呈反橫s形。
1.1.3 壓力調(diào)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(guó)產(chǎn)閥壓力調(diào)節(jié)通道都預(yù)置在閥體內(nèi)部（內(nèi)置式），進(jìn)口閥壓力調(diào)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(guó)產(chǎn)β通道是從導(dǎo)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(jìn)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(gè)很細(xì)的孔），這個(gè)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(yùn)動(dòng)，同時(shí)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(guān)閉。
v 國(guó)產(chǎn)閥，只要當(dāng)導(dǎo)閥被開(kāi)啟后，冷凝水就會(huì)很快從α通道進(jìn)入導(dǎo)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(dá)下死點(diǎn)時(shí)至，在此過(guò)程中汽缸變成了“水缸”了。國(guó)產(chǎn)閥，由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盛水容積相對(duì)較小，所以只要小量的凝水就能充盈這些部位。
進(jìn)口閥，當(dāng)導(dǎo)閥開(kāi)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(yùn)動(dòng)的原動(dòng)機(jī)構(gòu)，及β、a、b通道這些壓力傳輸系統(tǒng)。由此可見(jiàn)由于減壓閥自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，閥內(nèi)冷凝水的積滯是必然的，而且都是閥門(mén)工作核心部位。
2 從減壓閥的工作原理來(lái)分析冷凝水對(duì)穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能的破壞性
要深入探討冷凝水對(duì)減壓閥穩(wěn)壓調(diào)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(guān)系。
2.1 國(guó)產(chǎn)減壓閥的工作原理
導(dǎo)閥的開(kāi)啟都是利用頂部的調(diào)節(jié)螺栓順時(shí)針?lè)较驍Q動(dòng)，使彈簧縮產(chǎn)生的彈力，使導(dǎo)閥膜片向下凹陷，作用在導(dǎo)閥連桿上的力，使之向下位移打開(kāi)導(dǎo)閥。當(dāng)導(dǎo)閥開(kāi)啟后，上游進(jìn)汽管段a腔的蒸汽通過(guò)α通道（供汽調(diào)節(jié)通道），經(jīng)過(guò)導(dǎo)閥進(jìn)入導(dǎo)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(dòng)活塞下行打開(kāi)主閥，這時(shí)蒸汽*從a腔流至b腔。當(dāng)下游出口管段b腔負(fù)荷滿足的情況下，余多的蒸汽又使b腔內(nèi)的壓力不斷升高。不斷升高的壓力通過(guò)γ通道（壓力感應(yīng)通道）反饋到導(dǎo)閥膜片下腔，使導(dǎo)閥膜片向上突起，克服了上部調(diào)節(jié)彈簧的壓力，導(dǎo)閥被關(guān)小或關(guān)閉。從而，關(guān)小或關(guān)閉來(lái)自上游α通道的蒸汽源。當(dāng)活塞汽缸上腔壓力下降時(shí)，在下面復(fù)位彈簧的作用下，主閥被關(guān)小或關(guān)閉，這時(shí)b腔內(nèi)的壓力開(kāi)始下降，這樣周而復(fù)始達(dá)到調(diào)壓的目的。
2.2 進(jìn)口減壓閥的工作原理
當(dāng)導(dǎo)閥打開(kāi)以后，從圖2中可以看出，上游管段a腔的蒸汽迅速進(jìn)入內(nèi)部過(guò)濾罩，通過(guò)導(dǎo)閥到達(dá)a通道（供汽調(diào)節(jié)通道），當(dāng)a通道充滿蒸汽后直接被送至主閥膜片下腔，同時(shí)一部分蒸汽通過(guò)b通道（壓力控制通道）被分流進(jìn)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(dòng)主閥桿向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)主閥，同樣蒸汽*地從a腔流向b腔。當(dāng)下游出口管段負(fù)荷滿足的情況下，余多的蒸汽同樣也使b腔內(nèi)的壓力不斷升高，不斷升高的壓力通過(guò)c通道（壓力感應(yīng)通道）傳輸?shù)綄?dǎo)閥膜片下汽腔，此時(shí)導(dǎo)閥膜片向上突起，克服上部調(diào)節(jié)彈簧的壓力，導(dǎo)閥被關(guān)小或關(guān)閉，減小和切斷來(lái)自a腔的蒸汽。當(dāng)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(guān)小或關(guān)閉（多余的蒸汽同時(shí)通過(guò)b通道釋放進(jìn)入b腔，主閥被迅速關(guān)閉），使得b腔的壓力不斷下降，這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。（導(dǎo)閥打開(kāi)的原理，進(jìn)口閥和國(guó)產(chǎn)閥相同，略）
2.3 冷凝水破壞穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能機(jī)理的分析
當(dāng)下游壓力升高（b腔內(nèi)）需要壓力下調(diào)時(shí)。正常情況下b腔超高的壓力，通過(guò)壓力感應(yīng)通道（γ）傳至導(dǎo)閥，使導(dǎo)閥關(guān)小或關(guān)閉，從而關(guān)小和切斷來(lái)自a腔的汽源。當(dāng)冷凝水侵入到汽缸、環(huán)形汽腔時(shí)，由于水不可壓縮的特性，此時(shí)，主閥復(fù)位彈簧*失去了作用，活塞不能上行，主閥無(wú)法關(guān)閉，入口（a腔）的蒸汽仍*，通過(guò)常開(kāi)狀態(tài)的主閥流入b腔。使之壓力超高而失控。同例，看進(jìn)口閥（見(jiàn)圖2）當(dāng)系統(tǒng)冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時(shí)。來(lái)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(fù)位彈簧無(wú)法下行回座，主閥也同樣處于常開(kāi)狀態(tài)，穩(wěn)調(diào)節(jié)功能遭到破壞。
這里，要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，雖然，減壓閥屬于比例調(diào)節(jié)閥，但是，當(dāng)冷凝水充滿了閥內(nèi)這些核心工作部位時(shí)，比例調(diào)節(jié)性質(zhì)*改變了，其關(guān)鍵的問(wèn)題，在于運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力的作用及動(dòng)作順序先后的時(shí)間差，決定了主閥運(yùn)動(dòng)具有滯后性。（導(dǎo)閥動(dòng)作在先，主閥尾隨在后）當(dāng)接受來(lái)自γ及c通道超壓訊息后，首先，關(guān)小或關(guān)閉導(dǎo)閥。這樣，切斷了閥內(nèi)冷凝水的退路，顯然，活塞和主閥膜片就無(wú)法運(yùn)動(dòng)。
綜合上述的分析和探討，很明確，系統(tǒng)冷凝水對(duì)供熱工程百害而無(wú)一利。由此結(jié)論，系統(tǒng)冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能的zui基本的原因。
3 系統(tǒng)冷凝水是*的來(lái)源
在寫(xiě)這篇文章過(guò)程中有同行提出，減壓閥在其自身工作過(guò)程的熱交是否會(huì)產(chǎn)生冷凝水?這個(gè)問(wèn)題的提出，使我們要考慮減壓閥內(nèi)部是否也會(huì)析出冷凝水的問(wèn)題?所以有必要來(lái)了解一下減壓閥工作過(guò)程的熱工狀態(tài)。為了更形象直觀地說(shuō)明問(wèn)題，擬借lgp-i圖來(lái)分析一下，看看在壓力降低的情況下，它們各相關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化情況，會(huì)有一個(gè)答案。
假設(shè)上游進(jìn)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(dāng)壓力從p1下降到p2 時(shí)，其它相關(guān)參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化。
從圖3中可以看出，壓力從p1降至p2沿等焓線進(jìn)行，所以焓沒(méi)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(lái)，蒸汽經(jīng)過(guò)減壓閥的流動(dòng)過(guò)程，應(yīng)該認(rèn)為是絕熱節(jié)流過(guò)程。這種絕熱節(jié)流過(guò)程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動(dòng)過(guò)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(guò)減壓閥后，非但不會(huì)產(chǎn)生冷凝水，而且蒸汽干度也得到了提高，可以說(shuō)冷凝水的產(chǎn)生來(lái)自系統(tǒng)，而且是*的。這樣，對(duì)于防止和減少冷凝水進(jìn)入減壓閥的措施方法也變得簡(jiǎn)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(zhǎng)，加上有的設(shè)備用汽的間斷性，蒸汽管路不斷與環(huán)境進(jìn)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(lái)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(xì)，可以想象，當(dāng)管內(nèi)蒸汽流速在十幾到幾十米/秒?時(shí)，實(shí)際情況是冷凝水在沒(méi)排掉多少時(shí)，它已經(jīng)被沖過(guò)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(qiáng)，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，*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(guó)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(shè)置至關(guān)重要加設(shè)汽水分離器能zui大程度保證干燥蒸汽的供給，對(duì)減壓裝置的穩(wěn)定工作，使用壽命是一個(gè)重要的保障措施。筆者根據(jù)重力分離與阻疑相結(jié)合原理設(shè)計(jì)出的一種汽水分離器，實(shí)際使用效果不差，僅供參考。
綜觀國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)卻無(wú)產(chǎn)品可選。現(xiàn)在大多使用的是國(guó)外產(chǎn)品。（價(jià)格昂貴，望而卻步）
凝水滯留對(duì)一個(gè)蒸汽供熱系統(tǒng)來(lái)講是有百害而無(wú)一利的。因此，汽水分離器的研制開(kāi)發(fā)有很多事情可做，望同行們共同關(guān)注。
4.3 減壓裝置設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題：
（1）在汽水分離器凝水排放口下端必須設(shè)置一個(gè)獨(dú)立排放口，用于設(shè)備啟動(dòng)時(shí)排水。
（2）旁通的設(shè)置，在減壓閥的上方，或者平行設(shè)置。
（3）蒸汽過(guò)濾器緊貼減壓閥安裝。
（4）選用減壓閥流量要合適，設(shè)備的耗汽量要準(zhǔn)確計(jì)算。筆者的體會(huì)，減壓閥的流量應(yīng)該比設(shè)備耗汽量大10~20%為宜，千萬(wàn)不要出現(xiàn)“大馬拉小車的情況”，否則，對(duì)減壓工況的穩(wěn)定也有影響。