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冷凝水對蒸汽減壓閥穩定工作的影響

1 減壓閥的結構與冷凝水積滯的可能性

應該講,減壓閥是一種較為複雜的閥門,結構繁雜,閥內套閥(一隻閥中有二隻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。以目前常用的國產y43h係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(一個是錐台,一個是球體)相差無幾。
1.1.2 主閥組件:結構上完全相反
國產主閥的閥芯布置在閥座的下麵,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麵,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麵(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麵的活塞氣缸上腔,隻有連接的功能。
進口b通道是從主供汽通道分流連接到下遊出口的閥體上(一個很細的孔),這(zhe)個(ge)通(tong)道(dao)作(zuo)用(yong)很(hen)特(te)殊(shu),它(ta)不(bu)僅(jin)僅(jin)與(yu)主(zhu)隔(ge)膜(mo)下(xia)腔(qiang)形(xing)成(cheng)壓(ya)差(cha),有(you)助(zhu)於(yu)主(zhu)閥(fa)膜(mo)片(pian)的(de)運(yun)動(dong),同(tong)時(shi)也(ye)能(neng)排(pai)走(zou)一(yi)部(bu)分(fen)餘(yu)壓(ya)蒸(zheng)汽(qi)及(ji)冷(leng)凝(ning)水(shui)到(dao)下(xia)遊(you)出(chu)口(kou)管(guan)段(duan),更(geng)有(you)利(li)於(yu)主(zhu)閥(fa)的(de)迅(xun)速(su)關(guan)閉(bi)。
v 國產閥,隻要當導閥被開啟後,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,由於結構特點盛水容積相對較小,所以隻要小量的凝水就能充盈這些部位。
進口閥,當導閥開啟後,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通道這些壓力傳輸係統。由此可見由於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係。
2.1 國產減壓閥的工作原理
導(dao)閥(fa)的(de)開(kai)啟(qi)都(dou)是(shi)利(li)用(yong)頂(ding)部(bu)的(de)調(tiao)節(jie)螺(luo)栓(shuan)順(shun)時(shi)針(zhen)方(fang)向(xiang)擰(ning)動(dong),使(shi)彈(dan)簧(huang)縮(suo)產(chan)生(sheng)的(de)彈(dan)力(li),使(shi)導(dao)閥(fa)膜(mo)片(pian)向(xiang)下(xia)凹(ao)陷(xian),作(zuo)用(yong)在(zai)導(dao)閥(fa)連(lian)杆(gan)上(shang)的(de)力(li),使(shi)之(zhi)向(xiang)下(xia)位(wei)移(yi)打(da)開(kai)導(dao)閥(fa)。當(dang)導(dao)閥(fa)開(kai)啟(qi)後(hou),上(shang)遊(you)進(jin)汽(qi)管(guan)段(duan)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通道直接送到下麵的活塞汽缸上腔。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,這時蒸汽源源不斷從a腔流至b腔。當下遊出口管段b腔負荷滿足的情況下,餘多的蒸汽又使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,關小或關閉來自上遊α通道的蒸汽源。當活塞汽缸上腔壓力下降時,在下麵複位彈簧的作用下,主閥被關小或關閉,這時b腔內的壓力開始下降,這樣周而複始達到調壓的目的。
2.2 進口減壓閥的工作原理
當導閥打開以後,從圖2中可以看出,上遊管段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通道充滿蒸汽後直接被送至主閥膜片下腔,同時一部分蒸汽通過b通道(壓力控製通道)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,主伐膜片受壓後向上突起,所產生的推力推動主閥杆向上運動,打開主閥,同樣蒸汽源源不斷地從a腔流向b腔。當下遊出口管段負荷滿足的情況下,餘多的蒸汽同樣也使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後,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(多餘的蒸汽同時通過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
當下遊壓力升高(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,由於水不可壓縮的特性,此時,主閥複位彈簧完全失去了作用,活塞不能上行,主閥無法關閉,入口(a腔)的蒸汽仍源源不斷,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)當係統冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時。來自a腔(qiang)蒸(zheng)汽(qi)的(de)推(tui)力(li)下(xia),主(zhu)閥(fa)膜(mo)片(pian)處(chu)於(yu)向(xiang)上(shang)鼓(gu)起(qi)狀(zhuang)態(tai)。同(tong)樣(yang),是(shi)水(shui)不(bu)可(ke)壓(ya)縮(suo)特(te)性(xing),使(shi)上(shang)部(bu)複(fu)位(wei)彈(dan)簧(huang)無(wu)法(fa)下(xia)行(xing)回(hui)座(zuo),主(zhu)閥(fa)也(ye)同(tong)樣(yang)處(chu)於(yu)常(chang)開(kai)狀(zhuang)態(tai),穩(wen)調(tiao)節(jie)功(gong)能(neng)遭(zao)到(dao)破(po)壞(huai)。
zheli,yaoqiangtiaoyidiandeshi,suiran,jianyafashuyubilitiaojiefa,danshi,danglengningshuichongmanlefaneizhexiehexingongzuobuweishi,bilitiaojiexingzhiwanquangaibianle,qiguanjiandewenti,zaiyuyundongbujiandemocazulidezuoyongjidongzuoshunxuxianhoudeshijiancha,juedinglezhufayundongjuyouzhihouxing。(導閥動作在先,主閥尾隨在後)當接受來自γ及c通道超壓訊息後,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zong合he上shang述shu的de分fen析xi和he探tan討tao,很hen明ming確que,係xi統tong冷leng凝ning水shui對dui供gong熱re工gong程cheng百bai害hai而er無wu一yi利li。由you此ci結jie論lun,係xi統tong冷leng凝ning水shui是shi破po壞huai蒸zheng汽qi減jian壓ya閥fa穩wen壓ya調tiao節jie功gong能neng的de最zui基ji本ben的de原yuan因yin。

3 係統冷凝水是唯一的來源

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。
假設上遊進口壓力為(閥前)p1,下遊出口壓力為p2,p1與幹飽和蒸汽線相交於o1沿等焓線下行。下遊出口壓力p2與等焓線相交於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。
youcikanlai,zhengqijingguojianyafadeliudongguocheng,yinggairenweishijuerejieliuguocheng。zhezhongjuerejieliuguochengshibukenidejuerepengzhangdenghanliudongguocheng。zhengqijieliuhouhanzhibubian,birongheshangdouyousuozengjia,wendulveyouxiajiang。zhengqijingguojianyafahou,feidanbuhuichanshenglengningshui,erqiezhengqiganduyededaoletigao,keyishuolengningshuidechanshenglaizixitong,erqieshiweiyide。zheyang,duiyufangzhihejianshaolengningshuijinrujianyafadecuoshifangfayebiandejiandanle。

4 措施和方法

4.1 管道中冷凝水排除一種好的做法
蒸zheng汽qi熱re源yuan到dao各ge用yong汽qi終zhong端duan,沿yan程cheng少shao則ze幾ji十shi米mi,多duo則ze幾ji百bai米mi或huo更geng長chang,加jia上shang有you的de設she備bei用yong汽qi的de間jian斷duan性xing,蒸zheng汽qi管guan路lu不bu斷duan與yu環huan境jing進jin行xing熱re交jiao換huan,這zhe部bu分fen冷leng凝ning水shui的de排pai除chu通tong常chang的de做zuo法fa采cai用yong分fen段duan疏shu水shui來lai解jie決jue的de。那na麼me效xiao果guo如ru何he?從cong圖tu4中我們可以看出,由於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,它已經被衝過疏水管口了。這種傳統做法排水效率低,效果不理想。
zaishuqizongguanyushushuiguanzhijianjiazhuangleyiduanningshuihuijiduanguan,guanjingcu,jishuinengliqiang,shushuiguancongningshuiduanguandeyaobuyinchu,xingchengshuifengzhengqibuyitaoyi。ningshuiduanguandekoujingyuzhengqishusongguandebi,tuijianwei1/2~2/3。如dn100口徑的供汽管,凝水彙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jian壓ya裝zhuang置zhi汽qi水shui分fen離li器qi的de設she置zhi至zhi關guan重zhong要yao加jia設she汽qi水shui分fen離li器qi能neng最zui大da程cheng度du保bao證zheng幹gan燥zao蒸zheng汽qi的de供gong給gei,對dui減jian壓ya裝zhuang置zhi的de穩wen定ding工gong作zuo,使shi用yong壽shou命ming是shi一yi個ge重zhong要yao的de保bao障zhang措cuo施shi。筆bi者zhe根gen據ju重zhong力li分fen離li與yu阻zu疑yi相xiang結jie合he原yuan理li設she計ji出chu的de一yi種zhong汽qi水shui分fen離li器qi,實shi際ji使shi用yong效xiao果guo不bu差cha,僅jin供gong參can考kao。
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係統來講是有百害而無一利的。因此,汽水分離器的研製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,用於設備啟動時排水。
(2)旁通的設置,較好在減壓閥的上方,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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