蒸汽疏水閥無負荷漏汽量試驗優(yōu)化設計

高紅彪，郭懷舟，吳懷昆，陳鳳官，郝偉沙，耿圣陶

（合肥通用機械研究院有限公司，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)領域得到廣泛應用。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閉時泄漏的蒸汽量（此時疏水閥若開啟為故障工況，不能進行此試驗）。

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

1 無負荷漏汽量試驗

蒸汽疏水閥的無負荷漏汽量試驗需要在動作試驗合格后進行。不同試驗標準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進行。

上述3份標準中關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)減壓后進入高壓罐，加熱預先準備的冷水，待溫度壓力平衡后，高壓罐內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，達到預熱管線和設備的目的。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行無負荷漏汽量試驗。

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

2 試驗誤差分析

蒸汽疏水閥無負荷漏汽量試驗要求被測疏水閥前通入的介質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荷，使疏水閥開啟。

由于裝置設計的限制，以上3臺裝置在進行無負荷漏汽量試驗時都無法保證閥前介質不含冷凝水。

（1）各裝置在被測疏水閥之前都設有冷凝水泄放裝置，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荷漏汽量試驗設置，但對于無負荷漏汽量試驗將引入誤差。在進行無負荷試驗時，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 改進措施

針對上述分析，可通過以下措施減少進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行保溫，在進行無負荷漏汽量試驗時使用該旁路，而在進行有負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荷試驗產(chǎn)生的影響。

4 優(yōu)化設計

由于裝置1在測量有負荷漏汽量試驗方面具有局限性，因此優(yōu)化設計僅針對裝置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的基礎上，根據(jù)以上提出的改進措施進行優(yōu)化設計。

優(yōu)化后的裝置如圖4所示。優(yōu)化設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計為可調坡度管段，不僅可以排出換熱器前的冷凝水，為有負荷漏汽量試驗做準備，而且可減少無負荷漏汽量試驗時的冷凝水量，達到減小系統(tǒng)誤差的目的。

圖4 蒸汽疏水閥漏汽量試驗優(yōu)化設計裝置

5 結語

蒸汽疏水閥無負荷漏汽量試驗要求閥前無冷凝水，否則產(chǎn)生的負荷將使被測閥開啟，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.