发明专利技术讲座
 

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第三讲 全面认识、评价疏水阀

在我国国民经济高速发展的情况下,能源消耗也在高速增长。而我国总体能耗高于发达国家,能源利用效率相对较低。特别是地球温室效应的影响速度超乎预料,节能和减排成为各国国家管理、科技进步、技术开发异常专注的课题。自然,所有新项目的供热系统设计都按闭式系统设计,以期实现尽可能高的系统热效率。
当前供热系统设计的要点是:
  所有用汽设备的凝结水都通过疏水阀后接入凝结水汇集管,凝结水汇集管管径按照凝结水生成量和沿程压损产生后的闪蒸汽量两相流状态,以试算法求取。
  凝结水(含汽)汇集于一个集水罐中,最后由冷凝水输送回热源。
  由于凝水回收装置只能输送凝结水,并不能输送蒸汽。因此,凝结水汇集管内因各种原因引起的蒸汽过多,都会影响系统闭合。严重时凝结水输送装置难以正常工作。由此出现了在设计、安装时已经闭合的系统,还会变成了严重跑汽跑水的不完善系统,甚至成为开式系统。
非正常情况下,系统凝结水汇集管中蒸汽多的问题是怎样形成的?请注意下述四方面因素:
凝结水经疏水阀流通孔节流后,因状态变化而出现闪蒸汽;
  输送过程中压损导致的汽化二次汽:
  疏水阀的法定漏汽;
  疏水阀失效后(直通失效和堵塞失效后开旁通阀)的直通蒸汽。
  凝结水经疏水阀流通孔节流气化产生闪蒸汽,是工质状态变化引起的,不能消除。以疏水阀阀前0.5MPa的饱和凝结水为例,通过疏水阀流通孔后降到大气压状态,闪蒸率约为11%;如疏水阀前的用汽压力为0.8MPa,则闪蒸率约为14%。这就是说,疏水阀前凝结水的压力越高,通过疏水阀后的闪蒸率(也叫汽化率)也越高,不利系统闭合的影响也越大。
  输送过程中压损导致的汽化二次汽,严格地讲,也是凝结水状态变化引起的,也不能消除。但是,管道设计合理时其量甚微,一般情况下可以不予考虑其影响。
  我国规定合格疏水阀的允许漏汽率≤3%以下,严格地讲,其对系统闭合与否的影响不大。
  然而疏水阀直通失效或堵塞失效的后果是非常严重的。
  众所周知,疏水阀的工作条件非常恶劣,表现为:
  设计选型时,根据不同生产工艺情况,疏水阀的排水量按凝结水生成量的35倍选型,这就决定了正常运行情况下将处于急速、间断排水状态,密封面必然不断地撞击、磨损,密封面状况越来越坏;
续前)
  以年工作8000小时计,疏水阀平均15秒钟动作一次,一年动作次数约200万次。频繁地作,必定严重威胁疏水阀的有效寿命;
  疏水阀是小部件,不少企业将其安装在用热设备的下部,检测维修均不方便;
  大多数疏水阀是小流量疏水阀,流通孔很容易为脏物堵塞。……
  鉴于此,疏水阀自然面临有效寿命较短的问题,或因赃物而堵塞,或因密封面损坏而出现超标漏汽率。
  当疏水阀堵塞时,工艺加热恶化,运行工人为维持正常加热热,必须开疏水阀的旁通阀排除凝结水。实际上,工人往往开了旁通阀就不再关闭。由此,新蒸汽大量直通进入凝结水汇集管。

由图1可知,大量新蒸汽进入凝结水汇集管后,Pe就会升高。一方面汇集罐的排汽增大,另一方面未失效疏水阀的前后压差减小,凝结水通过量也随之减少(与压差的平方根成正比)。某些设备的工艺加热将因此受到影响,为维持工艺加热正常进行,受影响的设备也要打开疏水阀的旁通阀排出凝结水。由此,更多的新蒸汽直通进入凝结水汇集管,形成恶性循环。个别疏水阀严重漏汽引起的后果与堵塞后开旁通阀是一样的。在这种情况下,凝结水输送装置难以工作,或最后不能工作。如旬阳卷烟厂、川橡集团、兴贸玉米公司等使用进口凝结水回收装置、国内引进的回收装置,最后都不能工作而闲置一边,系统最终都不能闭合而成为开式系统。
  请注意,上述恶性循环的形成直接与疏水阀相关。也即疏水阀在发挥系统所需要的阻汽排水功能的同时,还存在难以克服的影响系统闭合的诸多负面影响。
  发达国家使用疏水阀情况如何?事实上,发达国家保证疏水阀较高的在线合格率也非易事。世界著名疏水阀生产厂家——日本藤原(TLV)株式会社曾历时三年,对本国内1763家企业的54.86万只疏水阀进行过一次大规模调查,其中动作正常(即漏汽率≤3A%)的占82.4%;喷放的占8%;严重漏汽的占6.7%;堵塞的占2.9%。失效总比例达17.6%。这就是说,差不多每4.7只疏水阀就有一只失效。其中喷放和严重漏汽的合计占14.7%,计81000只之多,平均每个企业占45.74只,即每6.8只疏水阀就有一只处于严重漏汽状态!这一权威调查说明,就是发达国家也难保证每个在线疏水阀都符合系统高效能工作的要求。请不要忘记日本是特别精于管理的国家。
  发达国家的较高热能利用率主要是由极高的节能意识和极严格的技术管理给以保证的。对疏水阀采取勤检查、勤监测、勤维修、勤拆换的严格管理手段来保证较高的在线完好率,以尽可能降低疏水阀的负面影响。此外没有别的高明办法。这就是说,发达国家的当前供热系统技术仍然是一门依赖管理的技术。疏水阀的负面影响是依赖管理来应对的。
  显然,我国的管理水平与发达国家有相当的差距,这就是我国的不少企业采用了发达国家的供热系统技术,却不能达到相同用能水平的原因。
  必须指出,疏水阀的发明和应用,使用热设备凝结水的排放,从不控制到人工手动控制,到由疏水阀自动控制,在供热系统技术领域是具有里程碑意义的事件,应予高度评价。但是,技术在不断进步,了解现有技术的不足,探索新的研究方向,提出新的技术方案,是技术进步的必由之路。因此,全面认识疏水阀、正确评价疏水阀是十分必要的。

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