疏水阀常见问题的原因分析及解决方案
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疏水阀常见问题的原因分析及解决方案 |
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第一章、 设计缺陷 第二章、 漏气问题 第三章、 堵水现象 第四章、 使用寿命问题 第五章、 特殊换热器的使用要求 第六章、 疏水阀选型原则及安装注意事项
第一章、设计缺陷: 1.1产品设计不合理 产品设计时所采纳的理论依据有误,蒸汽冷凝水是一种高温可压缩、易产生闪蒸或汽化的液态流体,而非一般意义上的流体。在产品设计时,需比较多的考虑其众多特殊性因素带来的负作用,如闪蒸、空化、蒸汽绑、空气绑、水锤等等,否则极易造成产品品质不稳定,产品寿命短,换热设备无法正常排放冷凝水等常见问题。设计人员往往只考虑流体力学的基本理论,而忽略了蒸汽介质的这些非常独有的特殊性,致使产品出现较多设计缺陷。 1. 2生产工艺及材料选用不合理 部分生产商在产品生产时出于成本考虑,又未能考虑介质的特殊性,实际上疏水阀内是冷凝水和蒸汽的混合介质(高温、易闪蒸,弱酸碱腐蚀),一般压差比较大,流速非常高,对材料特别是阀嘴和浮球的材料,需要耐冲蚀率和抗冲击力非常高的特性,若用一般材料替代抗冲蚀性和抗冲击性材料,工艺上未考虑冷凝水对工艺的极端细致要求等,对产品使用寿命造成非常大的影响。 第二章、漏气问题 2.1用户使用疏水阀时,常出现开始有一点点泄漏,后来发现泄漏的速度越来越快了,而且泄漏量也增大了很多,这是为什么呢? 因为冷凝水在失压之后会闪蒸,产生汽蚀、空化现象,使阀嘴表面的材料被冲击成蜂窝状的小孔,无法实现严密密封,导致阀门泄漏(具体请参考《关于汽蚀、冲蚀易产生的部位及对阀门的影响》技术文案)。而且,刚开始时,泄漏非常小,但因为冲蚀的速度是越来越快的、越来越严重,因此,泄漏量也随之增大了。正常若当二次压力略为增大时又转化为冷凝水了,频繁的两相转换,对产品制作工艺特别及选用材料都有非常高的要求,尤其是浮球和阀嘴的设计,应尽量避免产生泄漏点。 2.2疏水阀排放冷凝水时,要正确区分闪蒸和泄漏的现象。高温冷凝水产生闪蒸汽的质量百分比可由下式计算: FLASH%= 闪蒸汽流量可由下式计算: 闪蒸汽的流量=×上游冷凝水的流量 其中hfl,即将水加热到该温度所需的能量值(显热hf);hf2,即将水加热至低压侧压力相对应的沸点时所需能量值(显热hf);hfl-hf2的差值表示把冷凝水转变成一定比例低压蒸汽,如闪蒸汽时所需的能量;hfg2即低压侧压力相对应的沸水完全变成蒸汽需的能量值(潜热hfg) (hg=hf+hfg); 比如:10Bar的蒸汽主管疏水,末端对空排放,压力为0,查蒸汽表,根据以上公式得出,产生闪蒸汽的质量百分比为16.12%,若冷凝水流量为200kg/h,则会产生32kg/h的闪蒸汽,大气压下蒸汽密度为0.597kg/m3,得出此时闪蒸汽的体积流量为54m3/h。由此看出,疏水阀后产生大量闪蒸汽是正常的现象,一定要与泄漏蒸汽的现象区别开来,若产生蒸汽泄漏,则会伴随着压力喷射出来。 2.3阀门 “水密封” 设计不合理会造成疏水阀泄漏。正常工作状态下,应尽量将阀门储水空间增大,确保阀门处于水密封状态,蒸汽才不至于泄漏。当冷凝水太少时,不能实现水密封时,浮球不能与阀嘴密封,导致阀门泄漏。这时,应借助辅助的定位装置(如Way’s的三爪定位装置),确保浮球与阀嘴密封。 2.4 铁锈等杂质将阀嘴卡堵,致不能密封。 2.5安装位置不正确,如没有按要求的方向安装(如水平安装等)。疏水阀安装在震动严重的工况,也不能密封。 第三章、堵水现象 现场使用疏水阀时,有时会发现疏水阀居然不能排水,也不漏汽,没有任何反应!有时,把疏水阀后端截止阀关闭一下,再打开,又可以排一下水,然后又不行了。或者使劲在管道上踢几下,让管道摆动一下,就暂时也可以疏水,这到底是为什么呢? 我们从几个方面来解释上述这些情况: 3. 1阀门选型错误:当实际压差大于疏水阀的阀嘴最大设计压差时,浮球始终被阀嘴吸住,处于密封状态, 当然不能疏水了。 3. 2系统出现了蒸汽绑:疏水阀的作用是“阻蒸汽、排冷凝水、排空气”。在某些情况下,蒸汽可能被锁闭在通往疏水阀的管路中。尽管蒸汽在设备内已开始形成冷凝水,但只有当疏水阀内的蒸汽、冷却、冷凝后,疏水阀才会再次打开。与设备内用于加热其他介质的蒸汽冷凝速度相比,被锁闭的蒸汽的冷凝速度要慢得多,造成设备中充满冷凝水,这些冷凝水只能等到被锁闭的蒸汽冷凝后才能排放。由于被锁闭的蒸汽占据了管路且无法通过疏水阀,设备中的冷凝水又缺乏足够的重力作用,导致冷凝水只能在设备内继续积聚,而无法通过疏水阀进行排放,这种现象称为蒸汽绑。使用虹吸管的设备(如汽锅、滚筒干燥机等),还有疏水阀的安装位置距离用汽设备较远时,都会出现这种现象。解决方法:打开旁通阀排泄.或关闭疏水阀前端阀门,至疏水阀变冷,再重新恢复正常,疏水阀入口管尽量靠近排放设备安装。使用带自动排空阀或维远FFT16-R型自由浮球疏水阀,及时将管道内的被锁闭的蒸汽排放。 3. 3空气绑(此处的“空气”,严格意义上讲应该是“不凝性气体”):当蒸汽关停后,由于热蒸汽发生冷凝,系统内压力下降,形成真空,空气就会慢慢地被吸收到系统中。当系统再次启动、蒸汽再次进入系统时,空气会被蒸汽推至系统的远端,如果此时空气未被排空,就会发生压缩;最初被压缩的空气只会降低蒸汽流速,当空气被继续压缩就会阻碍蒸汽流动,延长启动时间,最终导致以蒸汽和空气的混合物来加热产品,大大降低产品的加热效果,还会对设备产生腐蚀。因此,必须使用带排空装置的疏水阀,有时还需安装独立的排空阀。 3. 4失流:失流是指换热器内蒸汽空间的压力等于或小于疏水阀后的总背压,从而导致冷凝水无法从换热器内排除的现象。主要有以下几种情况会导致换热器内的压力低于疏水阀后背压: 1)由于二次侧流体入口温度升高导致负荷的降低。 2)由于二次侧流体的流量降低导致负荷的降低。 3)由于设定温度的降低导致二次侧流体出口温度降低。 4)当负荷降低时,控制阀会关小降低蒸汽的压力,导致疏水阀前后没有足够的压差使冷凝水通过疏水阀排放,从而导致蒸汽空间积水。
3.4.1失流发生时,可能会出现以下一种或多种现象,具体表现为: 1)疏水阀温度很低,或者明显的比换热器的蒸汽入口管道低。 2)控制阀会不断振荡,例如:出现控制阀不断地开关现象。 3)换热器二次侧流体出口温度通常比设定值低。 4)换热器出口二次侧温度出现分层现象, 在空气加热器组或加热单元上这一现象尤为明显。 5)产生大量、多部位水锤现象。 3.4.2 是不是所有的换热器都存在失流现象? 不是!当换热器内始终具有足够的压力使冷凝水都能通过疏水阀及时排放,就不会产生失流现象。一般来说,当换热气内被加热流体温度高于100℃以上,且换热器负荷非常稳定,一直处于满负荷或接近满负荷运行时,几乎不会发生失流现象。但是,每个应用工况都是不一样的,需要单独考虑是否会出现失流现象。确定换热设备动态特性的唯一方法就是绘制失流图。在某些应用中,换热器会允许出现部分积水现象,水锤现象造成的影响也很小。对于这种应用,要求负荷必须非常稳定,或负荷变化很小而且很慢,或者换热器结构必须更加坚固。(对于这一点,若有疑问或需提供方案,请与维远工程师联系) 3.4.3解决失流办法: 1)降低疏水阀出口(二次)压力。 2)升高疏水阀一次(入口)压力; 3)安装自动疏水阀泵替代疏水阀。 4)后端使用真空泵。 使用自动疏水阀泵时,通过蒸汽或压缩空气等作为动力源,提高疏水阀入口压力,使之超过疏水阀的出口压力,从而排除积存的冷凝水。反之,使用真空泵时,是通过真空泵把疏水阀出口管(即冷凝水回收管)的压力降至常压以下,维持疏水阀正常运行所需的压差。 3.5浮球本身已损坏或冷凝水已进入浮球腔内. 3.6阀嘴、滤网或管道上挤满了铁锈致排放口变小,导致疏水不畅。
第四章、使用寿命问题 疏水阀使用寿命问题,首先应该注重产品是否设计合理,其他方面主要有以下几个因素影响: 4.1发生水锤现象,导致浮球被损坏:是高速流动的冷凝水碰撞管道安装件、阀门或设备时产生的巨大噪声和振动。在严重的情况下,水锤还会损坏管道和设备,并伴以几乎爆炸的效果,其结果就是在破裂处泄漏蒸汽,造成极其危险的环境状况。 一般情况下水锤的根源来自管道的低点,诸如: 1)管道的下沉,可能是管道支撑不当。 2)不恰当的管道同心变径---- 应使用偏心变径,底边保持平直。 3)不正确的过滤器安装---- 过滤器的滤网应当水平安装。 4)不恰当的蒸汽管道疏水。无论安装哪一种疏水阀,如果阀后有提升,都可能会发生水锤。 5)不正确的运行情况 - 起机阶段管道冷态时阀门开启过快。 解决办法:解决系统的水锤问题。 4.2 阀嘴被冲蚀、磨损。 4.3阀体材质:铸钢材质耐温耐压较高,不会出现穿孔等缺陷;铸铁材质易碎,容易出现穿孔的问题,耐温耐压较低。 4.4热静力元件失效,不能及时排除不凝性气体。 第五章、特殊换热器的使用要求 5.1滚筒干燥机(造纸行业使用较多):此类设备在尺寸、转速以及冷凝水的处理方式上多种多样,通过内置的铲水装置和固定或旋转的虹吸管排除冷凝水,后一种形式经常用于高速旋转的滚筒上,因需要大量蒸汽,一般要采用一套特别的吹通系统,冷凝水通过虹吸管排出滚筒。对于前端控制阀门,若采用控制压力的方式,系统会产生“蒸汽绑”,此时系统应考虑配置自动排空阀或使用维远FFT16-R型自由浮球疏水阀来解决,还可考虑加装旁通针形阀以提高效果。带水铲和固定虹吸管的慢速滚筒应分别处理疏水及排气,并且都要使用专门的空气排出装置。 具体详情和解决方案请与维远工程师联系。 第六章、疏水阀选型原则及安装注意事项 6.1 疏水阀的作用是“阻蒸汽、排冷凝水、排空气”。因此,疏水阀选型时,首先要满足压力、冷凝水负荷和排除空气的基本需要,在选择一个特定的疏水阀时,我们首先需要考虑制程的需要,型号和口径由系统条件和如下参数决定: 1)蒸汽和冷凝水的最高压力。 2)蒸汽和冷凝水的工作压力。 3)温度和流量。 4)制程中是否有温度控制。 因此,在疏水阀选型时,用户需要同时提供如上四个技术参数。 6.2若疏水阀选型选大了,就会过度闪蒸,进而产生过度汽蚀和空化现象,。一般来说,50%的冷凝水应该在疏水阀内闪蒸,其余50%在疏水阀外闪蒸,我司的设计也是这样的。若冷凝水100%在阀外闪蒸,则疏水阀排量等于冷凝水量和闪蒸量的总和,因此所消耗的蒸汽量也会更多。这样在阀嘴处既闪蒸、又空化,很容易造成阀嘴被汽蚀腐蚀,从而造成疏水阀寿命缩短。另外,若疏水阀选型选大了,对于内部没有三点密封装置的疏水阀,则会出现泄漏蒸汽的现象。 6.3若疏水阀型号选小了,排量不够的话,无法及时将冷凝水排除,造成设备内积水,进而导 致水锤和设备换热效率降低、升温过缓等问题。
6.4蒸汽主管应每隔30~50m设一个疏水点,并配以尺寸合适的集水槽。所有上升管的底部都必须安装疏水阀疏水。 6.5 疏水阀只有水平或垂直两种安装方式,选型安装时要特别注意,否则,疏水阀完全失效。 |