論文關(guān)鍵詞：蒸氣疏水 疏水器

論文摘要：本文詳細(xì)介紹蒸汽自動(dòng)疏水器的技術(shù)發(fā)展、工作原理、節(jié)能作用以及應(yīng)用情況，供廣大同行們?cè)谠O(shè)計(jì)、選型及應(yīng)用中參考。

1.概述

在火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中為了提高蒸汽系統(tǒng)的效率和保證蒸汽設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)盡可能地提高蒸汽的品質(zhì)。然而實(shí)際的蒸汽系統(tǒng)中經(jīng)常會(huì)有凝結(jié)水及空氣的存在，影響蒸汽系統(tǒng)的效率及安全。我們應(yīng)當(dāng)設(shè)法經(jīng)常地、及時(shí)地將蒸汽中的凝結(jié)水及空氣(包括其他不可凝氣體)排出來(lái)，挖掘在用設(shè)備潛力，達(dá)到節(jié)能增效的目的。在這方面國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距是非常大的，我國(guó)從日本三菱、日立公司進(jìn)口的機(jī)組中每臺(tái)機(jī)組約有200多只蒸汽自動(dòng)疏水器，歐美機(jī)組包括俄羅斯機(jī)組也都有較多的疏水器。而國(guó)產(chǎn)同類機(jī)組幾乎很難找到一只疏水器，在一些凝結(jié)水較多的部位采用截止閥疏水，并規(guī)定一定的時(shí)間間隔去人為操作閥門啟閉。因?yàn)闊o(wú)法判斷凝結(jié)水的具體情況，一般不是造成凝結(jié)水的積存就是造成蒸汽的浪費(fèi)。差別為什麼如此懸殊?這與日本缺乏能源資源是有關(guān)系的，以日本火電機(jī)組為例與國(guó)產(chǎn)機(jī)組比較，我們發(fā)現(xiàn)主要有以下兩個(gè)原因：

1.1與國(guó)家的能源政策和觀念有關(guān)

日本因?yàn)槿狈δ茉促Y源，能源的危機(jī)感促使日本在各個(gè)領(lǐng)域里都極為重視節(jié)能降耗。疏水器屬于節(jié)能產(chǎn)品，因此不僅其疏水器技術(shù)領(lǐng)先于歐美國(guó)家，疏水器在蒸汽系統(tǒng)上的應(yīng)用也是最廣范、數(shù)量最多的(例如河北省三河發(fā)電廠兩臺(tái)三菱300MW級(jí)機(jī)組總共裝置了近五百只疏水器)，政府在疏水器之類節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用上都有具體的鼓勵(lì)政策，能源的危機(jī)感促使日本在各個(gè)領(lǐng)域里都極為重視節(jié)能降耗工作，其節(jié)能技術(shù)在世界上是處于領(lǐng)先地位的。

我國(guó)以往的觀念是“地大物博”、“物產(chǎn)豐富”，近年來(lái)雖然在扭轉(zhuǎn)這種觀念，人們對(duì)節(jié)能逐漸有了新的認(rèn)識(shí)。但火電廠長(zhǎng)期以來(lái)只注意安全生產(chǎn)，忽略經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，致使對(duì)節(jié)能工作重視的不夠，象疏水器這樣的小東西更是無(wú)人問(wèn)津。

1.2與國(guó)產(chǎn)疏水器性能不過(guò)關(guān)有關(guān)

國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分人認(rèn)為“疏水器裝的越多泄漏點(diǎn)越多”。我們?cè)l(fā)現(xiàn)有的電廠把許多疏水器拆下并將疏水管口封死，原因是疏水器的泄漏已經(jīng)影響了出力。因此有些電廠寧可用截止閥或球閥來(lái)代替疏水器，謔稱自動(dòng)疏水器是“自動(dòng)漏水器”，由于國(guó)產(chǎn)疏水器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，所以國(guó)產(chǎn)機(jī)組應(yīng)用自動(dòng)疏水器較少。

2.蒸氣疏水的機(jī)理

根據(jù)“道爾頓分壓定律”，如果蒸汽中混有冷凝水或空氣，不同相的介質(zhì)的分壓作用會(huì)使蒸汽的壓力降低，導(dǎo)致機(jī)組的效率變差。因此在蒸汽管線及設(shè)備上合理的設(shè)計(jì)、安裝具有自動(dòng)“阻汽、排水、排空氣”的疏水器是非常必要的，這不僅是蒸汽管線及設(shè)備的安全要求，也是蒸汽系統(tǒng)節(jié)能增效的需要。

蒸汽疏水包含“啟動(dòng)性疏水”和“經(jīng)常性疏水”兩部分，啟動(dòng)性疏水是在機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)階段的疏水，因?yàn)?ldquo;暖管”凝水量較大，同時(shí)“汽水兩相流”的沖刷也很嚴(yán)重，一般采用內(nèi)口大且耐沖刷的Y型截止閥。因?yàn)闄C(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后這些疏水閥必須關(guān)閉，所以采用遠(yuǎn)方操作即可。經(jīng)常性疏水包括“管線疏水”和“過(guò)程疏水”兩種不同的工況，如圖一所示。

2.1管線疏水的原理

管線疏水是針對(duì)蒸汽傳輸過(guò)程中由于熱量的不斷損失在某些部位產(chǎn)生凝結(jié)水的疏水問(wèn)題，特別是蒸汽流動(dòng)緩慢甚至完全停止流動(dòng)的部位(管線盲端或處于關(guān)閉狀態(tài)的熱后備設(shè)備供汽管線等)，管線凝結(jié)水積存是水錘的成因，會(huì)給管道及設(shè)備帶來(lái)危害。國(guó)外有關(guān)規(guī)程規(guī)定：任何蒸汽管線沿管長(zhǎng)平均每隔30～50米應(yīng)設(shè)置疏水點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中管線形成的自然谷點(diǎn)、盲端及有可能關(guān)閉的設(shè)備進(jìn)出口處也應(yīng)設(shè)置疏水點(diǎn)。由此可見(jiàn)管線疏水的重要性。

常見(jiàn)的典型應(yīng)用部位如：垂直管線下方、管線自然低點(diǎn)、盲端，截止閥前后，伴熱管線等等。

2.2過(guò)程疏水的原理

過(guò)程疏水如圖二所示，“過(guò)程疏水”與管線疏水有所不同，管線疏水是不參與蒸汽工藝過(guò)程的(并聯(lián)應(yīng)用)，而過(guò)程疏水是參與蒸汽工藝過(guò)程的(串聯(lián)應(yīng)用)，疏水器在過(guò)程疏水中它的性能指標(biāo)有時(shí)會(huì)決定整個(gè)設(shè)備或系統(tǒng)的主要性能和指標(biāo)(如熱交換器、加熱器、暖風(fēng)器等疏水系統(tǒng))。如疏水不及時(shí)則造成冷凝水積存，進(jìn)而影響熱量的交換，及時(shí)將這些設(shè)備的過(guò)程疏水可直接回收到凝汽器熱井中，這樣不僅節(jié)約了水資源，同時(shí)也提高了經(jīng)濟(jì)效益。由此可見(jiàn)過(guò)程疏水是非常必要的。

3.蒸汽自動(dòng)疏水器的技術(shù)發(fā)展

疏水器是一種“自立式閥門”，它可以在線自動(dòng)識(shí)別蒸汽、冷凝水、空氣這三種不同狀態(tài)的介質(zhì)并能夠自動(dòng)排出冷凝水和空氣、阻斷蒸汽逸出，因此，疏水器在蒸汽管線及設(shè)備上應(yīng)具有自動(dòng)“阻汽、排水、排空氣”的三大功能。

以前，發(fā)電廠中的應(yīng)用較多的是機(jī)械式疏水器及熱動(dòng)力式疏水器。機(jī)械式疏水器工作原理是基于“阿基米德定律”，當(dāng)有凝結(jié)水時(shí)浮子向上浮起，打開閥嘴排放冷凝水，反之則落下關(guān)閉閥嘴使蒸汽不能通過(guò)。最早的機(jī)械式疏水器的浮子是敞開式的，象一個(gè)倒吊的“桶”因而被人們稱做“倒吊桶式”疏水器(如圖三A)。由于浮子的敞開，每次狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都要等桶中的介質(zhì)更換以后才開始動(dòng)作，所以這種疏水器動(dòng)作遲緩、響應(yīng)慢，容易產(chǎn)生冷凝水的積存。此外該疏水器結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)，由于經(jīng)常處于運(yùn)動(dòng)中且溫度交替變化，故障率較高，使用壽命受到限制。

后來(lái)出現(xiàn)了第二代的“杠桿浮球式疏水器”(圖三B)，這種疏水器的是封閉的，由于介質(zhì)不再進(jìn)出浮子內(nèi)部響應(yīng)速度很快，幾乎沒(méi)有任何的延遲。但是“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)作為薄弱環(huán)節(jié)仍然制約著它的可靠性和使用壽命等重要指標(biāo)的提高。

在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的七十年代初期，在日本出現(xiàn)了第三代“自由浮球式”疏水器(圖三C)，“自由浮球式”疏水器徹底取消了“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)，浮球脫離了杠桿的掣肘與羈絆，成為完全自由的浮球，自由浮球在密封時(shí)具有了“自動(dòng)對(duì)中”的功能提高了密封等級(jí)，并且密封面分布在整個(gè)球的表面，使密封壽命成倍增加。同時(shí)自由浮球?qū)λN的沖擊不會(huì)通過(guò)杠桿放大這種破壞力，使疏水器的可靠性大大提高。

3.1自由浮球式疏水器的工作原理

自由浮球式疏水器僅有一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件—浮球。當(dāng)有冷凝水流入時(shí)浮球向上浮起打開下面的閥嘴排放冷凝水;冷凝水排出后浮球自動(dòng)落座于閥嘴之上關(guān)閉疏水器，使蒸汽不會(huì)逸出。

疏水器上部有一個(gè)“膜盒式”自動(dòng)排空氣閥，膜盒中有感溫液。機(jī)組啟動(dòng)初期首先通過(guò)疏水器的是管道或設(shè)備中充斥的空氣，這些空氣溫度低使膜盒處于收縮狀態(tài)而打開排氣閥，空氣被排出而不會(huì)形成“空氣綁”(氣堵)現(xiàn)象。由于膜盒處于介質(zhì)壓力環(huán)境中，感溫液的飽和溫度在任何壓力下均低于水的飽和溫度6度，因此，在正常運(yùn)行過(guò)程中，若蒸汽系統(tǒng)中進(jìn)入空氣，就會(huì)使蒸汽的相應(yīng)溫度降低，空氣成分越多蒸汽溫度越低，當(dāng)蒸汽溫度低于飽和溫度6度以上時(shí)，感溫液凝聚膜盒溫度內(nèi)部壓力下降，膜盒變薄，排氣閥被打開，將混有較多空氣成分的蒸汽排出，直至新鮮蒸汽進(jìn)入疏水器溫度恢復(fù)后排氣閥自動(dòng)關(guān)閉。

3.2自由浮球式疏水器的特點(diǎn)

①可靠性大幅度提高

疏水器所出現(xiàn)的故障90%發(fā)生在“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)或其與閥體、閥塞及浮球相連接的部位，經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是電化學(xué)腐蝕和水錘沖擊造成的變形或損壞。鉸鏈磨損后出現(xiàn)曠動(dòng)或水錘沖擊后發(fā)生脫節(jié)。取消“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)后的自由浮球式疏水器的可靠性顯著提高。

②密封壽命成倍增加

傳統(tǒng)疏水器的“閥塞-閥座”密封面是固定接觸的，磨損是集中的，一般經(jīng)過(guò)3年左右的磨損開始產(chǎn)生泄漏。自由浮球式疏水器的的密封面分布在整個(gè)浮球表面上，變集中磨損為分散磨損，一般工作十幾年不會(huì)發(fā)生泄漏，這在國(guó)內(nèi)許多電廠的應(yīng)用中都得到了證實(shí)。

③密封性能更嚴(yán)密

由于傳統(tǒng)疏水器的密封狀態(tài)會(huì)受到“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)的掣肘，杠桿的熱脹冷縮、蠕變和撓度變化及鉸鏈磨損產(chǎn)生的曠動(dòng)，都會(huì)影響密封性能，這就是力學(xué)上所謂“靜不定系統(tǒng)”(不穩(wěn)定系統(tǒng))。自由浮球式疏水器的浮球是一個(gè)完全的自由體，在其浮起(開閥)和落下(關(guān)閥)的過(guò)程中不受任何關(guān)連件的影響，是力學(xué)中典型的“靜定系統(tǒng)”(穩(wěn)定系統(tǒng))。我們?cè)匀毡镜淖杂筛∏蚴绞杷髯鲞^(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)：將一個(gè)吹起來(lái)的氣球套在疏水器的出口上數(shù)百小時(shí)未見(jiàn)氣球萎縮，可見(jiàn)其密封性能的完好。

④性能價(jià)格比更優(yōu)越

傳統(tǒng)疏水器相當(dāng)一部分成本花在復(fù)雜的“杠桿-鉸鏈”機(jī)構(gòu)上面，取消了這套機(jī)構(gòu)后不僅成本降低，產(chǎn)品的體積和重量都顯著變小、變輕。最近內(nèi)蒙托克托電廠2臺(tái)600MW機(jī)組、河北省王灘4臺(tái)600MW機(jī)組在進(jìn)口蒸汽自動(dòng)疏水器的招標(biāo)中，都不約而同地采用了這種自由浮球式疏水器。

4.自由浮球式疏水器的應(yīng)用

自由浮球式(TLV)疏水器在日立、三菱進(jìn)口機(jī)組中獲得廣泛的應(yīng)用，如北京三河2×350MW機(jī)組、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾2×350MW機(jī)組、河北陡河2×125MW機(jī)組，內(nèi)蒙托克托2×600MW機(jī)組、河北王灘4×600MW機(jī)組等許多電廠都選用自由浮球式(TLV)疏水器，其中河北陡河發(fā)電廠的2臺(tái)日立機(jī)組(125MW×2)上有100余只疏水器，已經(jīng)運(yùn)行28年多仍在正常工作，并且基本上沒(méi)有什么維護(hù)工作量。華能上安電廠一次風(fēng)暖風(fēng)器改造項(xiàng)目中，因疏水器性能不穩(wěn)定存在著問(wèn)題(冷凝水積存造成熱風(fēng)溫度上不去)，后來(lái)采用了自由浮球式疏水器進(jìn)行改造，將疏水直接導(dǎo)入凝汽器熱井，節(jié)約了水資源，運(yùn)行一年多從未出現(xiàn)任何問(wèn)題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)國(guó)內(nèi)火電站的運(yùn)行和管理水平在不斷提高，但是距國(guó)外先進(jìn)國(guó)家尚存在著一定的差距，特別是在節(jié)能方面。蒸汽是火電站的功能傳遞的最主要載體，如何提高蒸汽的品質(zhì)、提高蒸汽的熱效率，是“革新挖潛”、“節(jié)能增效”的有效途徑。蒸汽自動(dòng)疏水器對(duì)于蒸汽系統(tǒng)是必不可缺的，因此，進(jìn)一步了解疏水器、正確選擇和應(yīng)用疏水器，對(duì)技術(shù)人員及管理者都有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

雖然在老機(jī)組改造、新建、擴(kuò)建工程中選用TLV閥需花費(fèi)大量資金，但據(jù)國(guó)外有關(guān)資料對(duì)設(shè)置疏水器的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，一般在半年內(nèi)的節(jié)能效益可以收回投資疏水器的全部費(fèi)用，因此，可以說(shuō)在蒸汽系統(tǒng)上設(shè)置疏水器實(shí)際上是一項(xiàng)高回報(bào)的投資行為。