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冷凝水對蒸汽減壓閥穩定工作的影響

閱讀：2885        發布時間：2013-3-20

1 減壓閥的結構與冷凝水積滯的可能性
應該講，減壓閥是一種較為復雜的閥門，結構繁雜，閥內套閥（一只閥中有二只功能截然不同的導閥和主閥）必須詳細地來了解一下他們的結構和相關作用。以目前zui常用的國產y43h系列活塞式減壓閥和進口的導閥型減壓閥為例，進行對比介紹。
1.1 主要結構及相關區別
從圖中可以看出，無論國產還是進口，結構雖然有所不同，但都是由調節彈簧組件、導閥組件、主閥組件及調節通道四大部分組成的。
1.1.1 調節彈簧組件和導閥組件：除了導閥的閥芯形狀的區別外（一個是錐臺，一個是球體）相差無幾。
1.1.2 主閥組件：結構上*相反
國產主閥的閥芯布置在閥座的下面，進氣方向為低進高出，呈橫s形；
進口主閥的閥芯布置在閥座的上面，進氣方向為高進低出，呈反橫s形。
1.1.3 壓力調節通道（圖1中的α、β、γ，圖2中的a、b、c）布置形式不同
國產閥壓力調節通道都預置在閥體內部（內置式），進口閥壓力調節通道都是用銅管連接在閥體外面（外置式）。
1.1.4 β通道和b通道的功能區別
國產β通道是從導閥的環形汽腔直接通向下面的活塞氣缸上腔，只有連接的功能。
進口b通道是從主供汽通道分流連接到下游出口的閥體上（一個很細的孔），這個通道作用很特殊，它不僅僅與主隔膜下腔形成壓差，有助于主閥膜片的運動，同時也能排走一部分余壓蒸汽及冷凝水到下游出口管段，更有利于主閥的迅速關閉。
v 國產閥，只要當導閥被開啟后，冷凝水就會很快從α通道進入導閥上部的環形汽腔，β通道及活塞汽缸上腔，隨著活塞的下行，冷凝水越積越多，直至活塞行程到達下死點時至，在此過程中汽缸變成了“水缸”了。國產閥，由于結構特點盛水容積相對較小，所以只要小量的凝水就能充盈這些部位。
進口閥，當導閥開啟后，冷凝水一般都沉積在汽缸、活塞汽缸上腔及主隔膜片下腔這些主閥運動的原動機構，及β、a、b通道這些壓力傳輸系統。由此可見由于減壓閥自身結構的特點，閥內冷凝水的積滯是必然的，而且都是閥門工作核心部位。
2 從減壓閥的工作原理來分析冷凝水對穩壓調節功能的破壞性
要深入探討冷凝水對減壓閥穩壓調節功能的影響，首先，必須了解減壓閥的工作原理及相互關系。
2.1 國產減壓閥的工作原理
導閥的開啟都是利用頂部的調節螺栓順時針方向擰動，使彈簧縮產生的彈力，使導閥膜片向下凹陷，作用在導閥連桿上的力，使之向下位移打開導閥。當導閥開啟后，上游進汽管段a腔的蒸汽通過α通道（供汽調節通道），經過導閥進入導閥環形汽腔，由β通道直接送到下面的活塞汽缸上腔。在a腔蒸汽不斷的供給下，壓力持續升高，推動活塞下行打開主閥，這時蒸汽*從a腔流至b腔。當下游出口管段b腔負荷滿足的情況下，余多的蒸汽又使b腔內的壓力不斷升高。不斷升高的壓力通過γ通道（壓力感應通道）反饋到導閥膜片下腔，使導閥膜片向上突起，克服了上部調節彈簧的壓力，導閥被關小或關閉。從而，關小或關閉來自上游α通道的蒸汽源。當活塞汽缸上腔壓力下降時，在下面復位彈簧的作用下，主閥被關小或關閉，這時b腔內的壓力開始下降，這樣周而復始達到調壓的目的。
2.2 進口減壓閥的工作原理
當導閥打開以后，從圖2中可以看出，上游管段a腔的蒸汽迅速進入內部過濾罩，通過導閥到達a通道（供汽調節通道），當a通道充滿蒸汽后直接被送至主閥膜片下腔，同時一部分蒸汽通過b通道（壓力控制通道）被分流進入b腔。主閥膜片下腔在a通道蒸汽不斷地供給下，主伐膜片受壓后向上突起，所產生的推力推動主閥桿向上運動，打開主閥，同樣蒸汽*地從a腔流向b腔。當下游出口管段負荷滿足的情況下，余多的蒸汽同樣也使b腔內的壓力不斷升高，不斷升高的壓力通過c通道（壓力感應通道）傳輸到導閥膜片下汽腔，此時導閥膜片向上突起，克服上部調節彈簧的壓力，導閥被關小或關閉，減小和切斷來自a腔的蒸汽。當主閥膜片下腔壓力逐步減小后，上部主閥彈簧發生作用，使主伐閥芯下行回座，主閥被關小或關閉（多余的蒸汽同時通過b通道釋放進入b腔，主閥被迅速關閉），使得b腔的壓力不斷下降，這樣來實現調節的。（導閥打開的原理，進口閥和國產閥相同，略）
2.3 冷凝水破壞穩壓調節功能機理的分析
當下游壓力升高（b腔內）需要壓力下調時。正常情況下b腔超高的壓力，通過壓力感應通道（γ）傳至導閥，使導閥關小或關閉，從而關小和切斷來自a腔的汽源。當冷凝水侵入到汽缸、環形汽腔時，由于水不可壓縮的特性，此時，主閥復位彈簧*失去了作用，活塞不能上行，主閥無法關閉，入口（a腔）的蒸汽仍*，通過常開狀態的主閥流入b腔。使之壓力超高而失控。同例，看進口閥（見圖2）當系統冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時。來自a腔蒸汽的推力下，主閥膜片處于向上鼓起狀態。同樣，是水不可壓縮特性，使上部復位彈簧無法下行回座，主閥也同樣處于常開狀態，穩調節功能遭到破壞。
這里，要強調一點的是，雖然，減壓閥屬于比例調節閥，但是，當冷凝水充滿了閥內這些核心工作部位時，比例調節性質*改變了，其關鍵的問題，在于運動部件的摩擦阻力的作用及動作順序先后的時間差，決定了主閥運動具有滯后性。（導閥動作在先，主閥尾隨在后）當接受來自γ及c通道超壓訊息后，首先，關小或關閉導閥。這樣，切斷了閥內冷凝水的退路，顯然，活塞和主閥膜片就無法運動。
綜合上述的分析和探討，很明確，系統冷凝水對供熱工程百害而無一利。由此結論，系統冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩壓調節功能的zui基本的原因。

3 系統冷凝水是*的來源
在寫這篇文章過程中有同行提出，減壓閥在其自身工作過程的熱交是否會產生冷凝水?這個問題的提出，使我們要考慮減壓閥內部是否也會析出冷凝水的問題?所以有必要來了解一下減壓閥工作過程的熱工狀態。為了更形象直觀地說明問題，擬借lgp-i圖來分析一下，看看在壓力降低的情況下，它們各相關狀態參數的變化情況，會有一個答案。
假設上游進口壓力為（閥前）p1，下游出口壓力為p2，p1與干飽和蒸汽線相交于o1沿等焓線下行。下游出口壓力p2與等焓線相交于o2，當壓力從p1下降到p2 時，其它相關參數也發生相應的變化。
從圖3中可以看出，壓力從p1降至p2沿等焓線進行，所以焓沒有改變，但是熵從s1增加到s2，比容也從v1增加到v2，但溫度從t1下降到t2。
由此看來，蒸汽經過減壓閥的流動過程，應該認為是絕熱節流過程。這種絕熱節流過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動過程。蒸汽節流后焓值不變，比容和熵都有所增加，溫度略有下降。蒸汽經過減壓閥后，非但不會產生冷凝水，而且蒸汽干度也得到了提高，可以說冷凝水的產生來自系統，而且是*的。這樣，對于防止和減少冷凝水進入減壓閥的措施方法也變得簡單了。
4 措施和方法
4.1 管道中冷凝水排除一種好的做法
蒸汽熱源到各用汽終端，沿程少則幾十米，多則幾百米或更長，加上有的設備用汽的間斷性，蒸汽管路不斷與環境進行熱交換，這部分冷凝水的排除通常的做法采用分段疏水來解決的。那么效果如何？從圖4中我們可以看出，由于我們選用的疏水管口徑都比較細，可以想象，當管內蒸汽流速在十幾到幾十米/秒?時，實際情況是冷凝水在沒排掉多少時，它已經被沖過疏水管口了。這種傳統做法排水效率低，效果不理想。
在輸汽總管與疏水管之間加裝了一段凝水匯集短管，管徑粗，集水能力強，疏水管從凝水短管的腰部引出，形成水封蒸汽不易逃逸。凝水短管的口徑與蒸汽輸送管的比，推薦為1/2~2/3。如dn100口徑的供汽管，凝水匯集短管的口徑可選擇50~80的口徑。這種方法排量大，效果好，目前國外普遍采用的辦法，值得借鑒。
4.2 減壓裝置汽水分離器的設置至關重要加設汽水分離器能zui大程度保證干燥蒸汽的供給，對減壓裝置的穩定工作，使用壽命是一個重要的保障措施。筆者根據重力分離與阻疑相結合原理設計出的一種汽水分離器，實際使用效果不差，僅供參考。
綜觀國外汽水分離器產品，從原理上分有重力式、阻凝式、離心式。從形式上看有臥式、立式，品種多樣，規格齊全。但目前國內市場卻無產品可選。現在大多使用的是國外產品。（價格昂貴，望而卻步）
凝水滯留對一個蒸汽供熱系統來講是有百害而無一利的。因此，汽水分離器的研制開發有很多事情可做，望同行們共同關注。
4.3 減壓裝置設計中的幾個問題：
（1）在汽水分離器凝水排放口下端必須設置一個獨立排放口，用于設備啟動時排水。
（2）旁通的設置，在減壓閥的上方，或者平行設置。
（3）蒸汽過濾器緊貼減壓閥安裝。
（4）選用減壓閥流量要合適，設備的耗汽量要準確計算。筆者的體會，減壓閥的流量應該比設備耗汽量大10~20%為宜，千萬不要出現“大馬拉小車的情況”，否則，對減壓工況的穩定也有影響。

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