选择疏水阀的考虑因素

应用类型、系统设计和维护需求将影响疏水阀的性能和选择。本教程讨论了水锤、污垢、蒸汽锁定、分组疏水、真空条件和工艺温度控制等因素。

考虑因素

从定义上讲，疏水阀必须拦截或阻止蒸汽，同时不限制冷凝水、空气和其他不凝性气体的通过。良好蒸汽疏水的基本要求已经概述，但值得重申的是设备性能是首要的。疏水阀的选择基于压力、冷凝水负荷和排气要求已在初步选择中得到满足。然而，系统设计和维护需求也会影响性能和选择。有关此问题的更多建议，请参阅本模块中的以下子章节。 水锤 水锤是蒸汽系统中存在问题的症状。这可能是由于蒸汽和冷凝水管道设计不良、使用了错误类型的疏水阀或疏水阀泄漏，或这些因素的组合。如果系统布局不允许疏水阀正确运行，为应用安装正确的疏水阀通常是徒劳的。安装了正确的布局而不对蒸汽疏水给予适当关注同样是无意义的。模块 11.6 至 11.11”选择疏水阀”将处理疏水阀与应用和布局的正确匹配。蒸汽管道的正确布局也在第 10 章”蒸汽分配”中讨论。水锤的症状通常归因于疏水阀的故障。更可能的解释是故障的疏水阀已被水锤损坏。水锤可能由多种方式引起，包括：

• 未能从管道中高速蒸汽的路径上清除冷凝水。
• 来自温度控制的应用，其中冷凝水必须提升到回流管，或返回到加压系统。
• 冷凝水由于（a）积水或（b）闪蒸的节流效应导致过压，而无法正确进入或沿尺寸不足的回流管流动。 现代设计和制造技术产生了比其前代产品更坚固的疏水阀。这使得疏水阀在正常条件下使用寿命更长，也更能承受设计不良系统的影响。然而，从根本上说，无论疏水阀制造得多好，如果安装在设计不良的系统中，其效果将较差，使用寿命将较短。 如果疏水阀在已建立的系统上因水锤而持续失效，这很可能是系统布局的故障，而不是疏水阀的问题。解决方案是调查并消除问题的真正原因，通过纠正系统的不足来解决。 两个重要的应用是蒸汽总管的排水和温度控制换热器的排水。 作为一般规则，蒸汽总管应每隔 30 至 50 米定期排水，配备尺寸充足的排水口袋。任何立管的底部也必须排水。 温度控制的换热器只有在冷凝水能够自由排出时才能有效工作。如果疏水阀后有提升段，无论安装哪种疏水阀，都始终存在水锤的倾向。在这种情况下，疏水阀应辅以泵，或更换为泵-疏水阀。这一主题将在第 13 章”冷凝水排除”中进一步详细讨论。 管道的正确设计和安装非常重要。这将有助于在其使用寿命期间保持系统的热性能。 污垢 污垢是选择疏水阀时必须考虑的另一个主要因素。虽然蒸汽冷凝为蒸馏水，但它有时可能含有锅炉给水处理化学品的微量产物和水中天然矿物质。安装过程中产生的管道污垢和腐蚀产物也需要考虑。 间歇性喷射动作的疏水阀最不容易受到污垢的影响。对于恒温式疏水阀，这意味着平衡压力恒温式疏水阀是首选，尽管某些膜片阀相关的大平板阀可能会引起困难。 双金属式疏水阀的滴水动作，加上阀杆穿过阀座的设计，意味着它们最容易因附加摩擦而发生故障甚至堵塞。有时声称传感元件可以轻松清洗且不会结垢。然而，元件结垢很少是问题：相关部件是”动态阀瓣”阀机构，由于其积极的开启动作，它倾向于自我清洁。 浮球-恒温式疏水阀对污垢具有相当好的抵抗力。作为一个极端例子，在排放混凝土养护高压釜时，沉淀到冷凝水中的残留砂粒可以通过大口径浮球-恒温式疏水阀相当成功地输送，这得益于通过相对较大孔口的低速流动。 倒吊桶式疏水阀在桶中有一个排气孔。如果堵塞，可能导致疏水阀气锁和反应迟缓。如果发生这种情况，必须清除堵塞排气孔的水垢或污垢，这需要将疏水阀停用。 脉冲式疏水阀不耐脏污工况。活塞和锥形套筒之间的间隙很细，容易受到高速流动的影响，活塞经常会卡在中间位置。疏水阀卡在固定位置，根据冷凝速率，要么通过蒸汽，要么通过冷凝水。 固定孔口装置最不适合脏污工况。孔口本身很小且经常堵塞。扩大孔口（有时在绝望中被采取）破坏了按固定孔口定径的概念。这是浪费的，在某些情况下只是延迟了再次堵塞的时间。通常会提供和安装过滤器，但这必须非常精细才能有效。 这只是将堵塞从孔口疏水阀转移到过滤器，而过滤器反过来又需要定期停机清洗。 过滤器

这些设备（图 11.5.1）在蒸汽系统中经常被忽视，看起来往往是为了降低安装成本。管道水垢和污垢会影响控制阀和疏水阀，并降低传热速率。在管道中安装过滤器极其简单且成本低廉，这样做的低成本将在安装的整个使用寿命中带来回报。水垢和污垢被拦截，维护通常因此减少。 选择很简单。过滤器材料的选择要与安装类型和系统预期运行压力相匹配。可以考虑不同的滤网尺寸以获得不同程度的保护。过滤器越精细，清洗频率可能越高。有一件事是确定的，过滤器比控制阀或疏水阀更容易购买和维护，成本也更低。 有关过滤器的更多信息见第 12 章”管路附件” 蒸汽锁定

蒸汽锁定的可能性有时是选择疏水阀的决定性因素。当疏水阀安装在远离被排水设备的位置时，可能发生蒸汽锁定。当冷凝水通过虹吸管或浸管排出时，蒸汽锁定可能变得严重。图 11.5.2 说明了在旋转干燥圆筒中使用虹吸管的蒸汽锁定问题。 在图 11.5.2 (i) 中，蒸汽压力足以将冷凝水提升通过虹吸管，经过疏水阀排出。图 11.5.2 (ii) 显示了当圆筒底部的冷凝水液位下降到虹吸管末端以下时会发生什么。蒸汽进入虹吸管并导致疏水阀（此处为浮球式）关闭。 疏水阀暂时被”蒸汽锁定”。圆筒的热损失将导致更多冷凝水的形成，但由于蒸汽锁定，冷凝水无法到达疏水阀。图 11.5.2 (iii) 显示圆筒日益积水，这将导致圆筒干燥速率降低，转动圆筒所需的功率增加。在极端情况下，圆筒可能充水到中心线，由此产生的机械过载可能导致损坏。 要缓解此问题，需要带有”蒸汽锁定释放”阀的疏水阀。这是一个内部针形阀，允许锁定在虹吸管中的蒸汽通过主阀旁路排出。浮球式疏水阀是唯一具有此功能的疏水阀类型，是旋转机械（如干燥圆筒）的正确选择。由于针形阀仅开到刚好避免蒸汽浪费的程度，其排气能力有限。此类疏水阀通常配备组合式排气阀和蒸汽锁定释放装置（图 11.5.3）。手动操作的蒸汽锁定释放机构独立于自动排气阀动作。标准浮球-恒温式疏水阀如图 11.5.4 所示。 其他类型的疏水阀会打开并最终处理蒸汽锁定，然而排水和设备性能将是不稳定的。这对于工艺设备用户来说显然是不可接受的，因为批量时间、质量和效率至关重要。 分组疏水

分组疏水是指一个疏水阀服务于多个应用。图 11.5.5 显示了两个在不同蒸汽压力下运行的间歇工艺（夹套锅），每个设备的排放管连接到一个疏水阀。设备 B 中较高的压力将允许该容器的冷凝水排出，但会阻止设备 A 的冷凝水排放，因为止回阀 C 将保持关闭。设备 A 将积水并遭受严重的性能下降。 因此，在不同压力下运行的设备采用分组疏水不是良好的实践。但如果设备在相同压力下运行呢？考虑图 11.5.6 所示的以下安装。

在图 11.5.6 中，锅 A 的内容物几乎达到温度，正在冷凝的蒸汽相对较少。锅 B、C 和 D 刚装入冷产品，蒸汽开启后，它们的冷凝速率远高于锅 A。因此，沿这些供汽管的蒸汽速度要高得多，导致每条分支管路的压降更大。B、C 和 D 锅入口处以及蒸汽夹套中的蒸汽压力较低（因为 B、C 和 D 的冷凝速率高于锅 A），降低了它们的加热能力并增加了生产时间。 因此，锅 B、C 和 D 的排放口处的压力也低于锅 A。蒸汽将从锅 A 通过冷凝水排放管流向其他锅以平衡压力，而其他锅的冷凝水将不得不逆着这个蒸汽流流动。当不同压力下不同容器的排放点连接到一个疏水阀时，压力最高的容器（在本例中为锅 A）将阻碍其他容器的冷凝水流动。那些最需要排放冷凝水的容器（在本例中为锅 B、C 和 D）将倾向于积水。因此，图 11.5.6 所示的冷凝水布置不太可能是令人满意的。当分组疏水的工艺有独立的温度控制时，情况可能更加恶化。 一种适合分组疏水的可能应用是具有多个串联加热部分的空气处理单元（图 11.5.7）。 这种”流动”型应用不同于图 11.5.6 中的间歇（或非流动）工艺。加热部分将始终共享任何负荷变化，因为它们由同一个控制阀供汽。重要的是，冷凝水排放连接和公共管道的尺寸要足够大，以允许冷凝水在一个方向上流动，同时蒸汽在另一个方向上流动。只有在所有部分由一个控制阀供汽且所有部分加热同一种二次流体时，它才能工作。

分组疏水的原始原因是过去只有一种疏水阀。它是当今桶式疏水阀的前身，非常大且昂贵。今天的疏水阀明显更小且更具成本效益，允许单个换热器得到适当排水。蒸汽使用设备始终最好进行单独疏水而非分组疏水。 在许多情况下，可能需要在温度控制设备上使用泵-疏水阀，以正确排除冷凝水。 扩散器

对于排放到大气中的开口管道的疏水阀，可以看到热冷凝水的排放。相对于疏水阀前的冷凝水压力，还会存在一定量的闪蒸。这可能对路人构成危险，但可以通过降低排放的剧烈程度来将风险最小化。这可以通过在管道末端安装简单的扩散器（图 11.5.8）（图 11.5.9）来实现，它可以降低排放的剧烈程度和噪音。通常，噪音水平可降低高达 80%。

特殊要求

真空排水

从真空下工作的蒸汽空间排出冷凝水可能是个问题。如果使用疏水阀，其出口必须连接到比蒸汽空间更高真空度的源，以确保通过孔口排放冷凝水的恒定压差。在不可能的情况下，可以使用动力泵从设备排放冷凝水（图 11.5.10 和 11.5.11）。 在泵出口几乎没有提升的情况下，建议安装软阀座止回阀，当排放到泵下方的点时，空气间隙将起到防虹吸装置的作用。 当排放到泵下方时，可以使用大气压力作为动力（图 11.5.11），但出口止回阀应位于泵下方的环形密封中，以诱导最小开启压头（取决于止回阀的类型）和水封。 如果泵从真空气体系统排放冷凝水，则可以使用压缩空气或惰性气体作为动力来驱动泵。 温度控制工艺的疏水阀排水 疏水阀是一种依靠系统动力学提供流量的自动阀门。它必须依靠并对外部因素做出反应，如疏水阀入口侧的蒸汽压力或静压头压力。出口压力必须低于入口压力，以提供正确方向的流动。因此，通过任何疏水阀的流量与其两侧的压差有关。 也有可能出现跨疏水阀的负压差，这将促进反向流动。当疏水阀安装为将冷凝水排入公共回流管时，建议在每个疏水阀后安装止回阀，以防止在负压条件下的反向流动。 跨疏水阀出现零压差和负压差是很常见的。其影响常见于温度控制工艺，即加热器组、热交换器、夹套锅、板式换热器，实际上是在蒸汽供应端有控制阀的任何工艺。它可能与蒸汽供应压力无关，完全取决于冷凝水系统压力和换热器中的蒸汽压力。 术语”失速”描述了这种情况。每当预测或诊断出这种情况时，需要另一种解决方案，如泵-疏水阀来从换热器中排除冷凝水。 该现象在第 13 章”冷凝水排除”中有更详细的讨论。