蒸汽疏水閥無負(fù)荷漏汽量試驗優(yōu)化設(shè)計

高紅彪，郭懷舟，吳懷昆，陳鳳官，郝偉沙，耿圣陶

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230088）

水蒸氣以其清潔、安全和環(huán)保性，在食品、制藥、化工等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。蒸汽系統(tǒng)正是利用蒸氣液化時釋放的潛熱，通過換熱器等能量交換設(shè)備向外界傳遞熱量。液化后形成的冷凝水必須及時排出，否則易產(chǎn)生水錘等故障，而且冷凝水將在換熱表面形成熱阻層降低換熱效率。

蒸汽疏水閥作為蒸汽系統(tǒng)中的自動設(shè)備，可泄放系統(tǒng)中的冷凝水而防止蒸汽損失。理想的蒸汽疏水閥泄放冷凝水時不損失蒸汽，在通入蒸汽時不開啟，并且無蒸汽泄漏。無負(fù)荷漏汽量試驗是在閥前無冷凝水的條件下測試蒸汽疏水閥在關(guān)閉時泄漏的蒸汽量（此時疏水閥若開啟為故障工況，不能進(jìn)行此試驗）。

蒸汽疏水閥的無負(fù)荷漏汽量是其重要的性能參數(shù)，對蒸汽系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。漏汽量過大的疏水閥也將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的能耗和經(jīng)濟(jì)性能。

1 無負(fù)荷漏汽量試驗

蒸汽疏水閥的無負(fù)荷漏汽量試驗需要在動作試驗合格后進(jìn)行。不同試驗標(biāo)準(zhǔn)對試驗壓力的要求不同。

ASME PTC 39-2005 Steam Traps 對試驗壓力未做要求，需要試驗各方自行確定。

ISO 7841-1988 Determination of steam loss of automatic steam traps要求將最高工作壓力作為試驗壓力且不超過3.2MPa。

GB/T 12251-2005蒸汽疏水閥試驗方法要求試驗壓力按照表1進(jìn)行。

上述3份標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于蒸汽疏水閥漏汽量試驗的裝置是不同的，分別如圖1～3所示，以下分別簡稱裝置1、裝置2與裝置3。

表1 GB/T 12251-2005漏汽量試驗壓力

圖1 GB/T 12251-2005蒸汽疏水閥漏汽量試驗裝置

圖2 ASME PTC 39-2005蒸汽疏水閥漏汽量試驗裝置

圖3 ISO 7841-1988蒸汽疏水閥漏汽量試驗裝置B

3類裝置的共同點是試驗原理相似：將制備部分產(chǎn)生的蒸汽通入被測蒸汽疏水閥，再將被測蒸汽疏水閥泄漏的蒸汽通入收集裝置進(jìn)行計量。試驗原理如下。

裝置1：來自蒸汽鍋爐的供氣經(jīng)減壓后進(jìn)入高壓罐，加熱預(yù)先準(zhǔn)備的冷水，待溫度壓力平衡后，高壓罐內(nèi)便儲備了一定量的飽和水與飽和蒸汽。試驗之前可先向被測疏水閥通入飽和水，經(jīng)由閥9泄放，達(dá)到預(yù)熱管線和設(shè)備的目的。待管線中冷凝水泄放完畢后，打開閥6向被測疏水閥通入飽和蒸汽進(jìn)行無負(fù)荷漏汽量試驗。

裝置2與裝置3：供汽由閥1進(jìn)入管線，預(yù)熱產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)閥2與閥3泄放，待預(yù)熱完畢后可進(jìn)行漏汽量試驗。二者的區(qū)別僅在于收集裝置不同。

2 試驗誤差分析

蒸汽疏水閥無負(fù)荷漏汽量試驗要求被測疏水閥前通入的介質(zhì)為具有一定干度的飽和蒸汽或過熱蒸氣，若蒸汽濕度過大或混有冷凝水，積聚的冷凝水將形成一定的負(fù)荷，使疏水閥開啟。

由于裝置設(shè)計的限制，以上3臺裝置在進(jìn)行無負(fù)荷漏汽量試驗時都無法保證閥前介質(zhì)不含冷凝水。

（1）各裝置在被測疏水閥之前都設(shè)有冷凝水泄放裝置，但此裝置僅從測試主管路底部引出，只能泄放積聚在管道底部的冷凝水，而管道上部氣相空間混合的冷凝水液滴將無法通過此方式泄放。

（2）裝置2與裝置3中的換熱器是為有負(fù)荷漏汽量試驗設(shè)置，但對于無負(fù)荷漏汽量試驗將引入誤差。在進(jìn)行無負(fù)荷試驗時，蒸汽通過換熱器管程，即使殼程不通入冷卻水，試驗蒸汽也將通過換熱器的換熱管向外界釋放熱量產(chǎn)生冷凝水，且該部分冷凝量不可忽略。經(jīng)換熱器產(chǎn)生的冷凝水若直接通向待測疏水閥將不符合試驗條件，造成試驗結(jié)果的誤差。

（3）在待測疏水閥前后的變徑管段和伸縮器由于操作頻繁，一般沒有保溫層，由于漏熱的作用，也將產(chǎn)生明顯的冷凝水。

3 改進(jìn)措施

針對上述分析，可通過以下措施減少進(jìn)入被測疏水閥前的冷凝水量，降低系統(tǒng)誤差。

（1）在測試管道中增加氣液分離器，不但可以將積聚的冷凝水排出，而且可以通過一定的分離空間將氣相中的液滴分離排出。此措施可以保證進(jìn)入測試管路的蒸汽具有較高干度。

（2）為換熱器增加旁路并按照要求進(jìn)行保溫，在進(jìn)行無負(fù)荷漏汽量試驗時使用該旁路，而在進(jìn)行有負(fù)荷漏汽量試驗時再切換使用換熱器。此措施可以避免由于換熱器的漏熱所產(chǎn)生的冷凝水。

（3）將測試管路設(shè)計為一定坡度，保證被測閥前產(chǎn)生的冷凝水流向上游，并通過冷凝水泄放裝置排出。雖然由于無法保溫而產(chǎn)生的冷凝水不可避免，但通過此措施可以減小這部分冷凝水對無負(fù)荷試驗產(chǎn)生的影響。

4 優(yōu)化設(shè)計

由于裝置1在測量有負(fù)荷漏汽量試驗方面具有局限性，因此優(yōu)化設(shè)計僅針對裝置2和裝置3。兩者的區(qū)別僅在于對泄漏蒸汽和冷凝水的收集裝置不同。

與裝置2相比，裝置3增加了氣液分離器，提高了收集效率，但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，由于增加了稱量冷凝水的磅秤，因此也增加了稱量誤差。因此，本文從裝置2的基礎(chǔ)上，根據(jù)以上提出的改進(jìn)措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

優(yōu)化后的裝置如圖4所示。優(yōu)化設(shè)計后的試驗裝置增加氣液分離器、為換熱器增加旁路、將被測閥前的管路設(shè)計為可調(diào)坡度管段，不僅可以排出換熱器前的冷凝水，為有負(fù)荷漏汽量試驗做準(zhǔn)備，而且可減少無負(fù)荷漏汽量試驗時的冷凝水量，達(dá)到減小系統(tǒng)誤差的目的。

圖4 蒸汽疏水閥漏汽量試驗優(yōu)化設(shè)計裝置

5 結(jié)語

蒸汽疏水閥無負(fù)荷漏汽量試驗要求閥前無冷凝水，否則產(chǎn)生的負(fù)荷將使被測閥開啟，增大泄漏量，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。優(yōu)化后測試裝置將進(jìn)入被測閥前的冷凝水量大幅減小，滿足了試驗條件。

[1]中井多喜雄.蒸汽疏水閥[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[2]GB/T 12251-2005，蒸汽疏水閥試驗方法[S].

[3]ASME PTC 39-2005 Steam Traps.

[4]ISO 7841-1988 Determination of steam loss automatic steam traps.