防止失速的实用方法

本教程探讨克服冷凝水排放问题的方法，包括确保重力排水、安装自动泵疏水阀装置或控制蒸汽空间压力。

防止失速的实用方法

如果失速条件不可避免，可以通过围绕以下三种基本方案之一设计安装来克服潜在问题：

确保蒸汽空间中的蒸汽压力永远不会低于大气压，且冷凝水能够通过重力排入和排出浮球式蒸汽疏水阀。
接受蒸汽空间中的压力可能低于背压的情况，并通过安装泵疏水阀来提供替代的冷凝水排除方式。
确保蒸汽空间中的压力稳定且高于背压。这需要将温度控制系统设置在系统的二次侧。依次讨论这三种方案：
确保蒸汽空间条件永远不会低于大气压、且冷凝水能够通过重力排入和排出蒸汽疏水阀的安装方式： 1a) 真空破坏器排水法（见图 13.8.1） 蒸汽疏水阀不得承受高于大气压的背压，且必须将冷凝水排放至开口端（可能造成浪费），或排放至附近的通气集水罐和泵，以回收冷凝水中所含的能量。

1b) 辅助排水疏水阀法（见图 13.8.2） 安装标准浮球式疏水阀组，冷凝水回流至冷凝水系统，该系统可能为加压系统和/或安装高度高于疏水阀。可安装辅助浮球式疏水阀，通过开口端排放冷凝水至排水系统。

当蒸汽压力足以克服背压时，主浮球式疏水阀将正常工作；但当失速发生时，冷凝水将回流并通过辅助浮球式疏水阀排出，从而防止冷凝水回流至换热器。

由于此方法中的冷凝水将排至废水系统，仅在失速发生频率较低时才应使用此方法。辅助疏水阀的选型应根据静压头能够通过失速负荷，参照方法 1a，而”主”疏水阀应选择相同尺寸，但安装位置至少低于辅助取出口三通管 150 mm。

除了明显的能量损失缺点外，此方法还要求疏水阀入口与换热器出口之间有足够的压头。 2. 允许蒸汽空间中的蒸汽压力降至背压以下、但冷凝水能够通过重力排至泵疏水阀装置的安装方式： ****2a) 泵与浮球式疏水阀组合安装（见图 13.8.3） 此方法使用泵与浮球式疏水阀组合安装。它更适用于标称加热能力超过 1.5 MW（标称约 2 500 kg/h 蒸汽）的换热器。

蒸汽压力随热负荷变化而变化。在高负荷下，蒸汽压力将高于背压；在低负荷下则较低。

该泵为机械压力驱动型，当失速发生时，辅助蒸汽供应自动接管提供排出冷凝水的动力。如果蒸汽空间压力高于背压，冷凝水通过泵体流至浮球式疏水阀，由疏水阀排放冷凝水。

此方法在大型安装中更为实用和经济；例如，使用 40 mm 或更大冷凝水排放管路的系统。 2b) 泵疏水阀与恒流换热器（见图 13.8.4） 二次侧流量在通过换热器时保持不变，因此蒸汽压力随二次侧入口温度变化而变化。在高负荷下，蒸汽压力将高于背压；在低负荷下则较低。

此方法使用泵疏水阀装置，集泵、蒸汽疏水阀和止回阀功能于一体。

Spirax Sarco APT14 自动泵疏水阀设计紧凑，占用空间最小，可安装在标称加热能力高达 1.5 MW 的换热器上。

它最适合冷凝水排放管路不超过 25 mm 的安装场合，在某些情况下也可用于管路不超过 40 mm 的场合。

典型安装如图 13.8.4 所示。 2c) 泵疏水阀与变流量换热器（见图 13.8.5） 此方法与 2b) 类似，但通过换热器的二次侧流量随热负荷变化而变化，这是由二次侧混合阀的作用所致。

换热器输出恒温水流，由二次侧混合阀根据负荷进行混合。随着二次侧流量的变化，蒸汽压力随之变化以保持恒定的出口温度，使得在高负荷下蒸汽压力高于背压，在低负荷下则低于背压。 3. 确保蒸汽压力保持恒定且永远不会低于背压、且冷凝水能够排入和排出蒸汽疏水阀的安装方式： 3a) 二次回路中带温度控制阀的蒸汽疏水阀（见图 13.8.6） 此方法要求在二次回路中使用三通混合阀或分流阀进行温度控制。通过压力控制阀将换热器的蒸汽供应维持在恒定压力（通常低于 1 bar g），因此冷凝水始终能够以较低的背压从换热器中排出。

此方法并非总是可行或实用。它不适用于蒸汽/空气加热器组或液体系统中二次系统压力过低而无法防止液体沸腾的情况。

与所有方法一样，它既有优点也有缺点，在选择方案之前必须进行评估。

换热器不应使用开/关控制 开/关温度控制阀不根据热负荷进行调节，而是在全开或全关之间切换。电磁阀就是一个例子。当阀门打开时，换热器中将维持全蒸汽压力以克服背压排放冷凝水。乍看之下，这种控制方式似乎可以解决所有背压问题，但不推荐用于换热器等工艺过程，因为二次流体在通过时需要加热到所需温度。主要有以下三个原因：

“开/关”控制系统由温控器激活，该温控器依靠产品超温来实现控制。由于蒸汽具有高热含量，在电磁阀关闭后，蒸汽空间中仍可保持大量热量。总体效果是产品温度高于所需温度。如果降低温控器设定值来抵消此效应，则”开启”温度可能低于系统参数要求。这可能导致系统温度控制不良和产品变质的风险。
压力和温度的持续快速变化会对换热器施加热应力和机械应力，可能缩短其使用寿命。
让蒸汽系统承受瞬间压力升高从来都不是好主意。蒸汽空间和冷凝水管道中存在的任何冷凝水会因蒸汽的突然涌入而被瞬间推过系统至蒸汽疏水阀。这可能导致水锤，损坏换热器和蒸汽疏水阀。开/关控制通常仅适用于”非流动”或”间歇式”换热过程，特别是具有坚固加热盘管的储罐或夹套锅，其中所需蒸汽压力在较长的加热时间内施加（通常超过数分钟甚至数小时）。产品温度的上升速度比期望在换热器通过时间内加热产品的流动式系统慢得多。结论通常最适合换热设备的蒸汽疏水阀类型，特别是在可能发生失速的情况下，是带有内置平衡式排气阀的浮球式蒸汽疏水阀。

如果存在失速的可能性，泵疏水阀通常是处理失速最有效的方式，因为它具有以下优点：

结构简单。
成本效益高。
结构紧凑。请注意：本模块中的图示仅为原理图，为简化起见未包含特定安装所需或建议的所有辅助设备。图 13.8.8 除外，该图展示了 APT14 自动泵疏水阀的详细实际安装。