新型節能免維護疏水器

喬 鵬，張 夢

（1.亞東石化（上海）有限公司，上海 201419；2.北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

目前，越來越多的化工企業將節能提升到一個新的高度，作為企業降本增效、提高競爭力的重要舉措。在使用節能設備、節能工藝、節能技術的同時，對蒸汽系統疏水器的節能改造沒有得到應有的重視，給新型節能免維護疏水器的應用，提供了廣闊的市場空間。

1 疏水器的作用

蒸汽系統在輸送過程中，由于不可避免的散熱，或在加熱設備和工藝設備中，由于蒸汽向被加熱物質傳熱后降溫，產生一定數量的凝結水，此凝結水必須立即排掉，否則會降低傳熱效率并產生水擊，疏水器即起到排出凝結水的作用，蒸汽疏水器實際上就是一個自動閥門，打開可以排放凝結水，關上可以阻斷蒸汽。

圖1 浮球式疏水器

2 疏水器的分類

疏水器可分成三大類：機械式疏水器，熱靜力疏水器和熱動力疏水器。

（1）機械式疏水器。浮球式疏水器（圖1）是其中的典型，而倒吊桶式疏水器（圖2），嚴格的講也是一種浮球式疏水器。

工作原理：傳統的浮球式疏水器內部結構是浮球連接杠桿帶動閥芯，隨凝結水的液位升降開關閥門。

（2）熱靜力疏水器。典型的熱靜力疏水器是雙金屬片疏水器（圖3），還有膜盒式疏水器（圖4）。

圖2 倒吊桶式疏水器

工作原理：金屬片由兩種不同材料的金屬壓制而成，由于兩種金屬材料的膨脹系數不同，當溫度變化時，金屬片不同的膨脹量帶動閥芯的開關。

（3）熱動力疏水器。典型的熱動力疏水器是圓盤碟片式疏水器（圖5）。

工作原理：熱動力疏水器疏水閥靠閃蒸蒸汽經過疏水閥時產生的動力工作。

3 幾類疏水器的優缺點

3.1 浮球式疏水器

圖3 雙金屬片式疏水器

圖4 膜盒式疏水器

3.1.1 優點

（1）連續進行冷凝水的排出，可及時對應設備的負荷變動達到有水即排，適用于機器設備裝置的使用。

（2）使用在蒸汽主管時，因閥座排出口徑小，排出時無蒸汽損失。

（1）使用高精度研磨浮球，實現高性能的密封性。

3.1.2 缺點

（1）疏水閥中球形浮子對水擊現象所產生的沖擊力的抵抗性弱。

（2）使用在蒸汽機器設備時，大型浮子型疏水閥的排出口徑增大，排出時會有蒸汽的損失現象。

（3）因本體內部是汽水分離的狀態，因放熱產生蒸汽損失

3.2 熱靜力疏水器

3.2.1 優點

（1）疏水閥門本體可滯留冷凝水，更有效地利用冷凝水顯熱，大幅度節約蒸汽熱能，排出溫度可自由設定，節能效果顯著。

圖5 碟片式疏水器

（2）冷凝水排出時的溫度較飽和溫度低，并形成水封，無蒸汽泄漏，并可一定程度地抑制蒸汽的再蒸發。

（3）感溫元件是雙金屬片，靈敏度高。根據冷凝水的溫度進行開閉，不會出現空氣、蒸汽氣堵現象。

（4）適用于伴熱管、蒸汽主管，即使是高溫蒸汽也能保持優良性能。

3.2.2 缺點

因滯留一定的冷凝水，不適于急劇產生冷凝水的熱交換設備使用。

3.3 熱動力疏水器

3.3.1 優點

（1）不受安裝方向的限制（水平，垂直均可）。

（2）抗雜質性能強。開閥時隨著動作壓力將一部分蒸汽排出，雜質等一并隨著蒸汽被排出。

（3）抗水擊能力強。

（4）成本低、動作情況容易確認。

3.3.2 缺點

（1）因不伴隨著蒸汽排出就不動作的特性，需要使用蒸汽。

（2）容易受到天氣的影響，變壓室如不進行保溫，會受雨雪等影響產生放熱致使蒸汽損失。

（3）動作聲音大，排出時再蒸發現象顯著。

4 Rifox 新型疏水器

德國Rifox 公司研發的浮球疏水閥和排氣閥，適用于-196～550 ℃、壓力最高到PN250 的工況，具有獨特的旋轉滑閥結構。

4.1 Rifox 浮球疏水器

Rifox 浮球式疏水閥的特點是旋轉滑閥結構（圖6），其旋轉滑閥既是旋轉接頭，也是關斷裝置，按比例排除凝結水。

旋轉滑閥結構的優點：①僅有一個運動點；②調節裝置與關閉裝置一體化；③無碰撞，精確、靜音排凝液；④不受溫度和壓力變化影響；⑤無漩渦效應，無蒸汽損失；⑥抗污垢、耐磨損、壽命長；⑦結構簡單、部件少；⑧維護率低。

旋轉滑閥表面噴鍍硬質合金及熱處理，硬度很高，旋轉時若有臟物進入該部位，滑閥的邊緣會切碎臟物，因此該型浮球疏水器一般無需在前端安裝過濾網。臟物被切碎后進入疏水器殼體內，疏水器頂部及底部都有絲堵，大修或合適時機打開絲堵對殼體沖洗排放后臟物即可排出，無需拆解疏水器。圖7 旋轉滑閥是某化工企業使用30 年的狀態，表面只有輕微磨損。

另外，該浮球疏水器的凝液按比例排放，凝液量大時，旋轉滑閥的開度就大，凝液量小時，滑閥的開度就小，按比例調節，并且凝液量最低時，疏水器出口水封防止漏汽，見圖8。Rifox Vario型疏水器還能做到現場轉換方向，可水平和垂直安裝，若現場的管線改變，將疏水器安裝方向改變即可，不必更換新的疏水器。除蒸汽疏水器外，Rifox 還制作其他氣體凝液排放的疏水器，而且疏水器材料可根據工藝介質選型，有一般的304、316、316Ti不銹鋼，也有等級較高的雙相鋼、海氏合金直至鈦材。

4.2 Rifox 雙金屬片疏水器

Rifox 雙金屬片疏水器與其他廠商產品不同，其他廠商的雙金屬片由兩種不同材料壓制而成，而Rifox 雙金屬是兩種金屬材料混合成型（圖9）。傳統的雙金屬片經長時間使用后，金屬片之間容易積累污垢，積累到一定程度，雙金屬片的變形受到影響，繼而影響到疏水器的開關。而Rifox 的雙金屬彈簧結構，即使有污垢積累到彈簧表面，但隨著彈簧的舒張和收縮，污垢會掉到殼體中隨凝液排出，不會影響疏水器的開關。此獨特的雙金屬片是Rifox 的專利技術，是一種簡易版的浮球疏水器，穩定性高，且過冷度（Undercooling）可以實現溫度控制。如蒸汽溫度120 ℃，希望得到90 ℃或91 ℃……的冷凝水，則Rifox 可設計該疏水器在凝液降到90 ℃或91 ℃……時打開，實現冷凝液的回收利用，達到節能的目的

圖6 Rifox 旋轉滑閥

圖7 使用30 年的旋轉滑閥

5 疏水器故障分析

5.1 常見故障

（1）堵塞。疏水器排水不暢造成。

（2）吹放。蒸汽隨冷凝水一起排出造成，也稱為內部泄漏。

（3）泄漏。蒸汽和冷凝水非正常排放。

（4）溫調失靈。熱靜力疏水器實際排水溫度與設定溫度不一致造成。

圖8 Rifox 浮球式疏水器

5.2 檢查方法

5.2.1 熱動/靜力式疏水器

（1）溫度檢查法。在正常使用時，通過測溫儀對疏水器表面進行溫度測量，如果溫度低于飽和蒸氣溫度很多，可以判斷該疏水器堵塞，有大量的冷凝水聚集，已經不能進行正常疏水。

（2）旁路排放檢查法。關閉疏水器后面的排放閥門，打開旁路閥門目視觀察，如果有大量的蒸汽泄漏，證明該疏水器有泄漏。

5.2.2 機械式疏水器

目視觀察，凝結水的排放——機械式疏水器是間歇式排放冷凝水，當疏水閥的負荷極小時，由于涓滴效應，也會連續排放凝結水，屬于正常情況。

閃蒸蒸汽——不要把閃蒸蒸汽錯當成通過疏水閥泄漏的蒸汽，受壓凝結水所含的熱量要比常壓凝結水中的熱量大的多，當凝結水被排放時，多余的熱量會使一部分凝結水二次蒸發。如果蒸汽連續噴出，成為“藍色”，就是泄漏蒸汽。如果蒸汽是間斷“飄”出形成白色氣霧，就是閃蒸蒸汽。

Rifox 的浮球疏水器和其他廠商不同之處在于凝液是連續排放的，避免了排放時對管線的沖擊及產生水錘現象。

圖9 Rifox 雙金屬片疏水器

5.2.3 疏水器檢漏儀

使用疏水器檢漏儀輔助檢查，確認疏水器是否泄漏。疏水器檢漏儀原理：疏水器在疏水動作時因流體流動會產生較高振動，而在不疏水情況下無振動產生。若通過疏水器檢漏儀測得疏水器在非疏水時有振動產生，則可判定疏水器有泄漏。

Rifox 有相關的檢漏儀產品，可檢測閥門是否泄漏并帶有測溫功能。

6 疏水器蒸汽損失計算

6.1 蒸汽損耗

蒸汽損失可依據Napiers 公式計算：蒸汽損失=15×P×A×0.5。其中，P 是蒸汽壓力（磅/平方英寸），A 是孔板面積（平方英寸）。

6.2 經濟損失

根據蒸汽損失計算伴熱疏水器的蒸汽損失。伴熱疏水器運行時間按疏水器每天運行24 h，每年運行疏水器約4 個月（120 d）計算，共計2880 h。經濟損失=年蒸汽損耗×蒸汽單價，低壓蒸汽損失見表1，高壓蒸汽損失見表2。

7 結語

Rifox 曾統計了一批工廠的25 000 臺疏水器，發現使用錯誤率13.2%，泄漏率18.8%，堵塞率5.6%，良好率只有62.4%，每年造成的潛在能源損失巨大。所以使用正確的、無泄漏的疏水器可以降低裝置的生產成本，提高生產裝置的競爭力。

表1 低壓蒸汽損失（0.7 MPa，蒸汽價格120 元/噸）

表2 高壓蒸汽損失（7 MPa，蒸汽價格170 元/噸）