新型減溫減壓裝置結構設計及探究

韓　俊，楊海艷

新型減溫減壓裝置結構設計及探究

韓俊，楊海艷

(無錫市亞迪流體控制技術有限公司，江蘇 無錫 214161)

減溫減壓裝置是調整高溫高壓蒸汽設備參數時，常用的一種非常重要的轉換裝置。針對傳統裝置所存在的弊端，通過詳細分析裝置結構設置中的核心技術，提出了改進其結構的優化設計方案。試驗證明，優化后的新型減溫減壓裝置能夠有效保證控制精度，切實提升設備性能指標。

蒸汽減壓閥；零部件；性能指標；鑲裝式噴嘴；減溫減壓裝置

高壓過熱條件與高壓輸電原理類似，在大部分工業生產中,要想降低蒸汽輸送能耗，均需將鍋爐蒸汽通過一定傳輸后，按照需要實行減溫減壓，從而獲取二次蒸汽。減壓裝置屬于節能型產品，被廣泛應用于很多領域，其結構的科學與合理，很大程度上與蒸汽性能指標有關。傳統的減壓減溫裝置中，減溫器由噴嘴、節流設備等組成，通過合理使用噴嘴，實現減溫處理。一般而言噴嘴面積是恒定的，需要借助水分配閥進一步實現對噴水量的調整，由于存在一定的漏流量，在小流量大壓差的情況下，如果可調溫度較大會影響減溫效果，有時還會出現超溫的現象。

1　減溫減壓裝置的相關介紹

1.1　裝置的構成

減溫減壓裝置結構形式多樣，但一般都包含以下系統。①減溫系統：在調節閥作用之下，把冷卻水由噴嘴位置輸送到管道內，促使蒸汽溫度變小；②減壓系統：一般由兩部分所構成，一是節流孔板，二是減壓閥，在合理調整流通面積的基礎上，實現對壓力的調節；③減溫減壓系統：將前兩種系統進行有效融合，縮小裝置尺寸變小，對兩種技術的融合度要求較高；④主汽管體：屬于一種主體裝置，用于把蒸汽送到相應的管道。⑤安全系統：為了避免蒸汽壓力大于既定值，啟動智能安全閥，將多余的蒸汽排放，實現對設備的減壓與保護；⑥熱力控制系統：調整出口相關參數，通過采集溫度以及壓力，開展數據的有效處理，確保出口參數處于合理范圍，達到自動調整目的。

1.2　裝置的特點

減溫減壓裝置中的減壓系統采用雙閥座結構，有無卡阻情況、平衡力不大、可調范圍較廣、動作相對穩定等優點，在減溫系統中應用文丘里噴嘴，有易于拆裝、方便開展維修作業、沒有傳動部件、霧化效果理想等優點。將兩個系統分開設置，一般用于應對惡劣的工況，若面對流量偏小，不能應用于飽和蒸汽的情況，可以考慮應用文丘里管，以便能夠獲取理想的減溫效果[1]。

1.3　裝置的指標

(1)根據裝置類型參數指標一般可以分成以下幾種。①中溫中壓裝置進口蒸汽參數：進口壓力為3.9 MPa，進口溫度為450 ℃；出口蒸汽參數：根據用戶需要確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于2～360 t/h；②次高壓裝置進口蒸汽參數：進口壓力為5.4 MPa，進口溫度為485℃；出口蒸汽參數：根據用戶需求確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于20～200t/h。③高溫高壓裝置進口蒸汽參數：進口壓力為10 MPa，進口溫度為540℃；出口蒸汽參數：根據用戶需求確定出口壓力，出口溫度和飽和溫度相等，流量介于30～240 t/h。

(2)主要技術指標。①出口流量波動范圍為30%Q～100%Q，若情況較為特殊，可以另行調整；②額定出口壓力的偏差范圍：在不超過0.98 MPa的情況下，為出口壓力±0.04 MPa；在低于3.82 MPa的情況下，為出口壓力±0.06 MPa；在超過3.82 MPa的情況下，為出口壓力±0.15 MPa；③額定出口溫度需要大于等于飽和溫度[2]；④在裝置處于正常工作狀態時，于減壓閥下游一米位置檢測噪音，須低于85dB，用戶如果有特殊需要，可另行調整。該新型設備在降壓的同時不會耗能，不存在轉動部件，工作穩定，易于開展維修作業，能夠智能調整，有著較為可觀的節能效果，能有效提高熱供應量。

2　減溫減壓裝置的研發現狀

2.1　國內的現狀

新中國成立后為更好推動工業的進步，通過引入國外技術，采取仿制方式進行相關裝置的研發，有效處理了熱力參數問題，符合當時候我國工業生產的需求。經過幾十年的發展，近年來我國雖然在該領域也獲得了一定成績，但與國際上的先進技術與工藝等進行對比，還存在著一定的差距，裝置普遍存在著使用年限短、運行效率低、結構復雜、性能還不夠穩定等問題，還不能完全符合現代技術的相關指標。大部分減溫減壓裝置都以附帶產品的形式同別的產品一同銷售，比如閥門等配件，難以實現系統性、配套性的應用。

2.2　國外的發展與現狀

歐美等技術領先國家，通過政府組建專門機構負責行業的布局與規劃，側重于研究減溫減壓結構和理論，不斷攻關與之有關的新材料與工藝等，設備的性能和參數不斷提高，可以處理各種獨特的工況，設備的發展呈現以下特點：①結構形式多樣，裝置性能穩定，使用壽命較長，工藝技術先進，適用于批量生產模式，生產成本較低；②科技含量高，例如美國企業研發的噴嘴能夠噴出霧化顆粒，直徑可以達到300μm，可有效防止出現汽蝕以及閃蒸，還有德國企業制造的減溫水調節閥，性能相對穩定，有著較為理想的靈敏度，在設備系統中結合計算機技術實現智能預警，通過控制智能調整螺旋噴嘴，能夠很好把控流量，節省能源。

3　新型裝置系統構成

針對傳統裝置存在的不足，合理優化裝置結構，采用霧化噴嘴，能有效調整最低溫度，并在具體實踐中獲得了良好效果。根據功能上的需要將新裝置分成多個子系統，如減溫系統、減壓系統等，具體構成如圖1所示。減壓系統和減溫系統由減壓閥等多種元件組成，可根據用戶的具體需求有效減小蒸汽壓力和蒸汽溫度。操作人員在壓力大于設定值的情況下，通過運行彈簧安全閥來啟動安全保護裝置泄壓，讓蒸汽壓力處于合理范圍。新型裝置配

圖1　系統構成圖

有自動控制裝置，通過傳感器收集蒸汽信號，根據參數對閥門實現有效控制，及時調整蒸汽壓力與溫度，確保二者都處于設定范圍。

4　新型裝置結構設計

新型裝置采用組合式結構，優化了其所占用的空間，通過蒸汽減壓閥，并且在節流孔板作用之下實現減壓。裝置的減溫器和管道法蘭相連，不用單獨設置分立閥門，實現有效減溫。

(1)減壓閥。減壓閥選擇多級節流式，在降壓作用之下，有效消除了沖擊以及振動對閥口造成的影響，防止產生噪音。閥塞選擇平衡型結構，確保了介質的平衡，能有效降低執行器力矩。閥座采用鑲裝分體結構，可防止發生由于熱應力引起的裂紋情況[3]。

(2)減溫器。減溫器的噴嘴中設置有彈簧，在流量和壓力出現變化的情況下，通過彈簧力可對開度進行調整，控制減溫水的通流截面積，有效把握流量，切實提高霧化的穩定性。一方面，由于彈簧壓力噴嘴存在著一定的可調比，能夠有效把控蒸汽溫度；另一方面，當管道氣壓超過水壓時，噴嘴能夠智能關閉，發揮止回閥的效果，防止出現蒸汽倒流的情況，實現了流量調整和霧化功能的整合。

(3)鑲裝式噴嘴。將規格存在差異的噴嘴設置于減溫器內，在同樣的壓差下不同規格的噴嘴彈性剛度存在著差異，所以閥桿的行程和通流量也會存在一定的差異，因此針對不一樣的通流量，該新型裝置可實現有效控制，在一定的范圍內準確控制蒸汽溫度。

(4)零部件材質。由于裝置運行時通常處于高溫高壓狀態，工況較為惡劣，材質需要具備很好的耐溫耐壓性能。蒸汽減壓閥包含閥籠、閥座、螺母、填料、密封圈等多種零部件，相應的材質選取為滲氮鋼、硬質合金、青銅合金、石墨(有著較好的柔性)；噴水減溫器中的閥體、節流套、可調噴嘴等零部件，對應的材質選取為鍛件、滲氮鋼、不銹鋼(存在理想的耐磨性)；安全閥的閥體以及彈簧，其材質分別選取為WCB以及彈簧鋼。

5　新裝置性能指標

新型裝置有效解決了傳統裝置存在的內漏突出，調節性能不理想，所形成的噪音較大，控制精度不夠高等問題，切實提升了性能指標，如表1所示。新型裝置霧化性能與流量把控更為理想，出口的飽和蒸汽溫度要比傳統裝置高出5℃，即出口溫度(T2)最小為：T2=TS+5℃，其中用TS來表示飽和溫度[4]。

表1 裝置性能指標

6　結語

針對傳統裝置存在的種類繁多、不易進行加工、難以批量生產、精度要求嚴格等問題，對裝置的內部結構和控制系統進行優化，設計了一款新型減溫減壓裝置。試驗證明，優化后的新型減溫減壓裝置有效地解決了傳統裝置在使用過程中存在的內漏突出，調節性能不理想，所形成的噪音較大，控制精度不夠高等問題，可切實提升設備性能指標，有效保證控制精度，保障生產的安全高效。

[1] 徐毅翔,錢錦遠,陳立龍,等.減溫減壓裝置的過去、現在與未來[J].機電工程,2021,38(9):1081-1090,1123.

[2] 雍麗英,孫福才,張永標.新型減溫減壓裝置結構設計及研究[J].科技創新與應用,2015(18):11-12.

[3] 王雙印,張永軍.基于ANSYS新型水噴射式減溫減壓裝置的結構設計[J].機械工程師,2010(1):55-56.

[4] 周勇,王敏.減溫減壓裝置中減溫器結構的設計與研究[J].鍋爐制造,2004(4):58-59.

Structural design and exploration of new type temperature and pressure reducing device

HAN Jun, YANG Haiyan

(Wuxi Yadi Fluid Control Technology Co., Ltd., Wuxi, Jiangsu 214161, China)

The temperature and pressure reduction device is a very important conversion device commonly used when adjusting the parameters of high temperature and high-pressure steam equipment. In view of the disadvantages of the traditional device, through a detailed analysis of the core technology in the device structure setting, an optimized design scheme to improve its structure is proposed. The test result shows that the new temperature and pressure reduction device can effectively ensure control accuracy and effectively improve equipment performance.

steam pressure reducing valve; spare parts; performance index; insert type nozzle; temperature and pressure reduction device

TK269

A

2096–8736(2022)03–0021–03

韓俊(1982—)，男，江蘇鹽城人，大學本科，工程師，主要研究方向為機械工程。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍