疏水阀分类、工作原理与选型规则

来源：http://www.sitsti.com

阀门，概述，特点

发布日期：2013-5-25

疏水阀的基本分类及工作原理：

    疏水阀在蒸汽加热系统中起到阻汽排水作用，选择合适的疏水阀，可使蒸汽加热设备达到最高工作效率。要想达到最理想的效果，就要对各种类型疏水阀的工作性能、特点进行全面的了解。疏水阀要能“识别"蒸汽和凝结水，才能起到阻汽排水作用。"识别"蒸汽和凝结水基于三个原理：密度差、温度差和相变。于是就根据三个原理制造出三种类型的疏水阀：分类为机械型疏水阀、热静力型疏水阀、热动力型疏水阀。

 

 

    图示 疏水阀

 

    一、机械型疏水阀：

    机械型也称浮子型，是利用凝结水与蒸汽的密度差，通过凝结水液位变化，使浮子升降带动阀瓣开启或关闭，达到阻汽排水目的。机械型疏水阀的过冷度小，不受工作压力和温度变化的影响，有水即排，加热设备里不存水，能使加热设备达到最佳换热效率。最大背压率为80%，工作质量高，是生产工艺加热设备最理想的疏水阀。

    机械型疏水阀又可分为自由浮球式疏水阀、自由半浮球式疏水阀、杆浮球式疏水阀、倒吊桶式等。

    1、自由浮球式疏水阀：

    自由浮球式疏水阀的结构简单，内部只有一个活动部件精细研磨的不锈钢空心浮球，既是浮子又是启闭件，无易损零件，使用寿命很长，疏水阀内部带有Y系列自动排空气装置，非常灵敏，能自动排空气，工作质量高。

    设备刚启动工作时，管道内的空气经过Y系列自动排空气装置排出，低温凝结水进入疏水阀内，凝结水的液位上升，浮球上升，阀门开启，凝结水迅速排出，蒸汽很快进入设备，设备迅速升温，Y系列自动排空气装置的感温液体膨胀，自动排空气装置关闭。疏水阀开始正常工作，浮球随凝结水液位升降，阻汽排水。自由浮球式疏水阀的阀座总处于液位以下，形成水封，无蒸汽泄漏，节能效果好。最小工作压力0.01Mpa，从0.01Mpa至最高使用压力范围之内不受温度和工作压力波动的影响，连续排水。能排饱和温度凝结水，最小过冷度为0℃，加热设备里不存水，能使加热设备达到最佳换热效率。背压率大于85%，是生产工艺加热设备最理想的疏水阀之一。

    2、自由半浮球式疏水阀：

    自由半浮球式疏水阀只有一个半浮球式的球桶为活动部件，开口朝下，球桶即是启闭件，又是密封件。整个球面都可为密封，使用寿命很长，能抗水锤，没有易损件，无故障，经久耐用，无蒸汽泄漏。背压率大于80%，能排饱和温度凝结水，最小过冷度为0℃，加热设备里不存水，能使加热设备达到最佳换热效率。

    当装置刚启动时，管道内的空气和低温凝结水经过发射管进入自由半浮球式疏水阀内，阀内的双金属片排空元件把球桶弹开，阀门开启，空气和低温凝结水迅速排出。当蒸汽进入球桶内，球桶产生向上浮力，同时阀内的温度升高，双金属片排空元件收缩，球捅漂向阀口，阀门关闭。当球桶内的蒸汽变成凝结水，球桶失去浮力往下沉，阀门开启，凝结水迅速排出。当蒸汽再进入球桶之内，阀门再关闭，间断和连续工作。

    3、杆浮球式疏水阀：

    杆浮球式疏水阀基本特点与自由浮球式相同，内部结构是浮球连接杠杆带动阀心，随凝结水的液位升降进行开关阀门。杆浮球式疏水阀利用双阀座增加凝结水排量，可达到体积小排量大，最大疏水量达100吨/小时，是大型加热设备最理想的疏水阀。

 
    4、倒吊桶式疏水阀：

    倒吊桶式疏水阀内部是一个倒吊桶为液位敏感件，吊桶开口向下，倒吊桶连接杠杆带动阀心开闭阀门。倒吊桶式疏水阀能排空气，不怕水击，抗污性能好。过冷度小，漏汽率小于3%，最大背压率为75%，连接件比较多，灵敏度不如自由浮球式疏水阀。因倒吊桶式疏水阀是靠蒸汽向上浮力关闭阀门，工作压差小于0.1MPA时，不适合选用。

    当装置刚启动时，管道内的空气和低温凝结水进入疏水阀内，倒吊桶靠自身重量下坠，倒吊桶连接杠杆带动阀心开启阀门，空气和低温凝结水迅速排出。当蒸汽进入倒吊桶内，倒吊桶的蒸汽产生向上浮力，倒吊桶上升连接杠杆带动阀心关闭阀门。倒吊桶上开有一小孔，当一部份蒸汽从小孔排出，另一部份蒸汽产生凝结水，倒吊桶失去浮力，靠自身重量向下沉，倒吊桶连接杠杆带动阀心开启阀门，循环工作，间断排水。

 

    5、组合式过热蒸汽疏水阀：

    组合式过热蒸汽疏水阀有两个隔离的阀腔，由两根不锈钢管连通上下阀腔，它是由自由浮球式疏水阀和倒吊桶式疏水阀的组合，该阀结构先进合理，在过热、高压、小负荷的工作状况下，能够及时地排放过热蒸汽消失时形成的凝结水，有效地阻止过热蒸汽泄漏，工作质量高。最高允许温度为600℃，阀体为全不锈钢，阀座为硬质合金钢，使用寿命长，是过热蒸汽专用疏水阀，取得两项国家专利，填补了国内空白。

    当凝结水进入下阀腔，副阀的浮球随液位上升，浮球封闭进汽管孔。凝结水经进水导管上升到主阀腔，倒吊桶靠自重下坠，带动阀心打开主阀门，排放凝结水。当副阀腔的凝结水液位下降时，浮球随液位下降，副阀打开。蒸汽从进汽管进入上主阀腔内的倒吊桶里，倒吊桶产生向上的浮力，倒吊桶带动阀心关闭主阀门。当副阀腔的凝结水液位再升高时，下一个循环周期又开始，间断排水。

    二、热静力型疏水阀：

    这类疏水阀是利用蒸汽和凝结水的温差引起感温元件的变型或膨胀带动阀心启闭阀门。热静力型疏水阀的过冷度比较大，一般过冷度为15度到40度，它能利用凝结水中的一部分显热，阀前始终存有高温凝结水，无蒸汽泄漏，节能效果显著。是在蒸汽管道，伴热管线、小型加热设备，采暖设备，温度要求不高的小型加热设备上，最理想的疏水阀。

    热静力型疏水阀有膜盒式、波纹管式、双金属片式。

    1、膜盒式式疏水阀

    膜盒式式疏水阀的主要动作元件是金属膜盒，内充一种气化温度比水的饱和温度低的液体,有开阀温度低于饱和温度15℃和30℃两种供选择。膜盒式式疏水阀的反应特别灵敏，不怕冻，体积小，耐过热，任意位置都可安装。背压率大于80%，能排不凝结气体，膜盒坚固，使用寿命长，维修方便，使用范围很广。

    装置刚起动时，管道出现低温冷凝水，膜盒内的液体处于冷凝状态，阀门处于开启位置。当冷凝水温度渐渐升高，膜合内充液开始蒸发，膜合内压力上升，膜片带动阀心向关闭方向移动，在冷凝水达到饱和温度之前，疏水阀开始关闭。膜盒随蒸汽温度变化控制阀门开关，起到阻汽排水作用。

    2、波纹管式疏水阀

    波纹管式疏水阀的阀芯不锈钢波纹管内充一种汽化温度低于水饱和温度的液体。随蒸汽温度变化控制阀门开关，该阀设有调整螺栓，可根据需要调节使用温度，一般过冷度调整范围低于饱和温度15℃-40℃。背压率大于70%，不怕冻，体积小，任意位置都可安装，能排不凝结气体，使用寿命长。

    当装置启动时，管道出现冷却凝结水，波纹管内液体处于冷凝状态，阀心在弹簧的弹力下，处于开启位置。当冷凝水温度渐渐升高，波纹管内充液开始蒸发膨胀，内压增高，变形伸长，带动阀心向关闭方向移动，在冷凝水达到饱和温度之前，疏水阀开始关闭,随蒸汽温度变化控制阀门开关，阻汽排水。

    3、双金属片式疏水阀

    双金属片式疏水阀的主要部件是双金属片感温元件，随蒸汽温度升降受热变形，推动阀心开关阀门。双金属片式疏水阀设有调整螺栓，可根据需要调节使用温度，一般过冷度调整范围低于饱和温度15℃-30℃，背压率大于70%，能排不凝结气体，不怕冻，体积小，能抗水锤，耐高压，任意位置都可安装。双金属片有疲劳性，须要经常调整。

    当装置刚起动时，管道出现低温冷凝水，双金属片是平展的，阀心在弹簧的弹力下，阀门处于开启位置。当冷凝水温度渐渐升高，双金属片感温起元件开始弯曲变形，并把阀心推向关闭位置。在冷凝水达到饱和温度之前，疏水阀开始关闭。双金属片随蒸汽温度变化控制阀门开关，阻汽排水。

    三、热动力型疏水阀：

    这类疏水阀根据相变原理，靠蒸汽和凝结水通过时的流速和体积变化的不同热力学原理，使阀片上下产生不同压差，驱动阀片开关阀门。因热动力式疏水阀的工作动力来源于蒸汽，所以蒸汽浪费比较大。结构简单、耐水击、最大背为50%，有噪音，阀片工作频繁，使用寿命短。

    热动力型疏水阀有热动力式(圆盘式疏水阀)、脉冲式、孔板式。

    1、热动力式疏水阀：

    热动力式疏水阀内有一个活动阀片，既是敏感件又是动作执行件。根据蒸汽和凝结水通过时的流速和体积变化的不同热力学原理，使阀片上下产生不同压差，驱动阀片开关阀门。漏汽率3%，过冷度为8℃-15℃。

    当装置启动时，管道出现冷却凝结水，凝结水靠工作压力推开阀片，迅速排放。当凝结水排放完毕，蒸汽随后排放，因蒸汽比凝结水的体积和流速大，使阀片上下产生压差，阀片在蒸汽流速的吸力下迅速关闭。当阀片关闭时，阀片受到两面压力，阀片下面的受力面积小于上面的受力面积，因疏水阀汽室里面的压力来源于蒸汽压力，所以阀片上面受力大于下面，阀片紧紧关闭。当疏水阀汽室里面的蒸汽降温成凝结水，汽室里面的压力消失。凝结水靠工作压力推开阀片，凝结水又继续排放,循环工作，间断排水。

    2、圆盘式蒸汽保温型疏水阀：

    圆盘式蒸汽保温型疏水阀疏水阀的工作原理和热动力式疏水阀相同，它在热动力式疏水阀的汽室外面增加一层外壳。外壳内室和蒸汽管道相通，利用管道自身蒸汽对疏水阀的主汽室进行保温。使主汽室的温度不易降温，保持汽压，疏水阀紧紧关闭。当管线产生凝结水，疏水阀外壳降温，疏水阀开始排水；在过热蒸汽管线上如果没有凝结水产生，疏水阀不会开启，工作质量高。阀体为合金钢，阀心为硬质合金，该阀最高允许温度为550℃，经久耐用，使用寿命长，是高压、高温过热蒸汽专用疏水阀。

    3、脉冲式疏水阀：

    脉冲式疏水阀有和两个孔板根据蒸汽压降变化调节阀门开关，即使阀门完全关闭入口和出口也是通过第一、第二个小孔相通，始终处于不完全关闭状态，蒸汽不断逸出，漏汽量大。该疏水阀动作频率很高，磨损厉害、寿命较短。体积小、耐水击，能排出空气和饱和温度水，接近连续排水，最大背压25%，因此使用者很少。

    4、孔板式疏水阀孔板式疏水阀是根据不同的排水量，选择不同孔径的孔板控制排水量的目的。结构简单，选择不合适会出现排水不及或大量跑汽，不适用于间歇生产的用汽设备或冷凝水量波动大的用汽设备。

    四、疏水阀旧的选型标准存在问题：

    在对英国皇家化学工业公司位于Huddersfield和Grangemouth（英格兰）工业厂的疏水阀性能进行长达7年的监测和实验，一级在两家生产商实验室进行的疏水阀性能和新鲜蒸汽损失的监测和实验的基础上，英国皇家化学工业公司最终对其《工程设计指导》中有关疏水阀选型的内容作了修改。更改后的新《指导》中包括疏水阀选型表。

    疏水阀旧的选型标准存在很多的缺点，最明显的是它未提到被疏水设备的类型和疏水方法。所选的疏水阀经常与实际负荷不相匹配。尤其严重的是，热动力圆盘疏水阀（旧选型标准的基础）被人们尤其是车间人员误认为是万能疏水阀。

　　1、蒸汽主管疏水阀寿命过短。
　　2、疏水阀性能已失效，与实际负荷选型不匹配。
　　3、作为通用的最广泛采用的热动力圆盘式疏水阀，其节能效果最差，而且与倒吊桶疏水阀相比，寿命极短。
　　4、双金属片疏水阀动作容易不稳定。

    五、疏水阀的选型技巧：

    疏水阀的选型技巧：

    1、倒吊桶疏水阀：作为所有工艺负荷和蒸汽主管线疏水阀的首选，即所有需要对蒸汽疏水的场合。

    2、浮球热静力疏水阀：用于工艺疏水，尤其是在控制负荷3.5公斤以下（50psig）的应用场合或空气含量高、安装倒吊桶疏水阀有问题的场合。

    3、平衡压力疏水阀：用作不重要的伴热或加热系统。

    4、双金属片热静力疏水阀：用于伴热管线或加热系统低温或防霜工况。该类型的疏水阀可以最大限度地利用凝结水中的显热或防止产品过热。其阀体为全不锈钢。

    5、热动力圆盘疏水阀：只要在先前经验证明其性能良好时，可作为倒吊桶疏水阀的替代产品，在压力为17公斤以下的蒸汽主管和伴热管上有限制地使用，或作为产品替换用于更高的蒸汽压力。因其能源效率低，使用寿命短，不推荐使用（而且，在Huddersfield和Grangemouth工厂不允许使用）。

    6、在热量要求不高的场合，用热静力疏水阀取代热动力圆盘疏水阀会提高节能效果，同时保证使用寿命。

    7、机械疏水阀（即倒吊桶和浮球疏水阀）无论在凝结水负荷大或负荷小的情况下都可以保证蒸汽不含冷凝水，而热静力疏水阀在负荷增加的时候容易积聚凝结水。