論文關鍵詞：蒸氣疏水 疏水器

論文摘要：本文詳細介紹蒸汽自動疏水器的技術發展、工作原理、節能作用以及應用情況，供廣大同行們在設計、選型及應用中參考。

1.概述

在火力發電機組運行中為了提高蒸汽系統的效率和保證蒸汽設備的安全和經濟運行，應當盡可能地提高蒸汽的品質。然而實際的蒸汽系統中經常會有凝結水及空氣的存在，影響蒸汽系統的效率及安全。我們應當設法經常地、及時地將蒸汽中的凝結水及空氣(包括其他不可凝氣體)排出來，挖掘在用設備潛力，達到節能增效的目的。在這方面國內與國外的差距是非常大的，我國從日本三菱、日立公司進口的機組中每臺機組約有200多只蒸汽自動疏水器，歐美機組包括俄羅斯機組也都有較多的疏水器。而國產同類機組幾乎很難找到一只疏水器，在一些凝結水較多的部位采用截止閥疏水，并規定一定的時間間隔去人為操作閥門啟閉。因為無法判斷凝結水的具體情況，一般不是造成凝結水的積存就是造成蒸汽的浪費。差別為什麼如此懸殊?這與日本缺乏能源資源是有關系的，以日本火電機組為例與國產機組比較，我們發現主要有以下兩個原因：

1.1與國家的能源政策和觀念有關

日本因為缺乏能源資源，能源的危機感促使日本在各個領域里都極為重視節能降耗。疏水器屬于節能產品，因此不僅其疏水器技術領先于歐美國家，疏水器在蒸汽系統上的應用也是最廣范、數量最多的(例如河北省三河發電廠兩臺三菱300MW級機組總共裝置了近五百只疏水器)，政府在疏水器之類節能產品的應用上都有具體的鼓勵政策，能源的危機感促使日本在各個領域里都極為重視節能降耗工作，其節能技術在世界上是處于領先地位的。

我國以往的觀念是“地大物博”、“物產豐富”，近年來雖然在扭轉這種觀念，人們對節能逐漸有了新的認識。但火電廠長期以來只注意安全生產，忽略經濟運行，致使對節能工作重視的不夠，象疏水器這樣的小東西更是無人問津。

1.2與國產疏水器性能不過關有關

國內相當一部分人認為“疏水器裝的越多泄漏點越多”。我們曾發現有的電廠把許多疏水器拆下并將疏水管口封死，原因是疏水器的泄漏已經影響了出力。因此有些電廠寧可用截止閥或球閥來代替疏水器，謔稱自動疏水器是“自動漏水器”，由于國產疏水器質量不過關，所以國產機組應用自動疏水器較少。

2.蒸氣疏水的機理

根據“道爾頓分壓定律”，如果蒸汽中混有冷凝水或空氣，不同相的介質的分壓作用會使蒸汽的壓力降低，導致機組的效率變差。因此在蒸汽管線及設備上合理的設計、安裝具有自動“阻汽、排水、排空氣”的疏水器是非常必要的，這不僅是蒸汽管線及設備的安全要求，也是蒸汽系統節能增效的需要。

蒸汽疏水包含“啟動性疏水”和“經常性疏水”兩部分，啟動性疏水是在機組點火啟動階段的疏水，因為“暖管”凝水量較大，同時“汽水兩相流”的沖刷也很嚴重，一般采用內口大且耐沖刷的Y型截止閥。因為機組進入穩定狀態后這些疏水閥必須關閉，所以采用遠方操作即可。經常性疏水包括“管線疏水”和“過程疏水”兩種不同的工況，如圖一所示。

2.1管線疏水的原理

管線疏水是針對蒸汽傳輸過程中由于熱量的不斷損失在某些部位產生凝結水的疏水問題，特別是蒸汽流動緩慢甚至完全停止流動的部位(管線盲端或處于關閉狀態的熱后備設備供汽管線等)，管線凝結水積存是水錘的成因，會給管道及設備帶來危害。國外有關規程規定：任何蒸汽管線沿管長平均每隔30～50米應設置疏水點，在設計中管線形成的自然谷點、盲端及有可能關閉的設備進出口處也應設置疏水點。由此可見管線疏水的重要性。

常見的典型應用部位如：垂直管線下方、管線自然低點、盲端，截止閥前后，伴熱管線等等。

2.2過程疏水的原理

過程疏水如圖二所示，“過程疏水”與管線疏水有所不同，管線疏水是不參與蒸汽工藝過程的(并聯應用)，而過程疏水是參與蒸汽工藝過程的(串聯應用)，疏水器在過程疏水中它的性能指標有時會決定整個設備或系統的主要性能和指標(如熱交換器、加熱器、暖風器等疏水系統)。如疏水不及時則造成冷凝水積存，進而影響熱量的交換，及時將這些設備的過程疏水可直接回收到凝汽器熱井中，這樣不僅節約了水資源，同時也提高了經濟效益。由此可見過程疏水是非常必要的。

3.蒸汽自動疏水器的技術發展

疏水器是一種“自立式閥門”，它可以在線自動識別蒸汽、冷凝水、空氣這三種不同狀態的介質并能夠自動排出冷凝水和空氣、阻斷蒸汽逸出，因此，疏水器在蒸汽管線及設備上應具有自動“阻汽、排水、排空氣”的三大功能。

以前，發電廠中的應用較多的是機械式疏水器及熱動力式疏水器。機械式疏水器工作原理是基于“阿基米德定律”，當有凝結水時浮子向上浮起，打開閥嘴排放冷凝水，反之則落下關閉閥嘴使蒸汽不能通過。最早的機械式疏水器的浮子是敞開式的，象一個倒吊的“桶”因而被人們稱做“倒吊桶式”疏水器(如圖三A)。由于浮子的敞開，每次狀態的轉換都要等桶中的介質更換以后才開始動作，所以這種疏水器動作遲緩、響應慢，容易產生冷凝水的積存。此外該疏水器結構具有復雜的“杠桿-鉸鏈”系統，由于經常處于運動中且溫度交替變化，故障率較高，使用壽命受到限制。

后來出現了第二代的“杠桿浮球式疏水器”(圖三B)，這種疏水器的是封閉的，由于介質不再進出浮子內部響應速度很快，幾乎沒有任何的延遲。但是“杠桿-鉸鏈”系統作為薄弱環節仍然制約著它的可靠性和使用壽命等重要指標的提高。

在科學技術迅猛發展的七十年代初期，在日本出現了第三代“自由浮球式”疏水器(圖三C)，“自由浮球式”疏水器徹底取消了“杠桿-鉸鏈”系統，浮球脫離了杠桿的掣肘與羈絆，成為完全自由的浮球，自由浮球在密封時具有了“自動對中”的功能提高了密封等級，并且密封面分布在整個球的表面，使密封壽命成倍增加。同時自由浮球對水錘的沖擊不會通過杠桿放大這種破壞力，使疏水器的可靠性大大提高。

3.1自由浮球式疏水器的工作原理

自由浮球式疏水器僅有一個運動部件—浮球。當有冷凝水流入時浮球向上浮起打開下面的閥嘴排放冷凝水;冷凝水排出后浮球自動落座于閥嘴之上關閉疏水器，使蒸汽不會逸出。

疏水器上部有一個“膜盒式”自動排空氣閥，膜盒中有感溫液。機組啟動初期首先通過疏水器的是管道或設備中充斥的空氣，這些空氣溫度低使膜盒處于收縮狀態而打開排氣閥，空氣被排出而不會形成“空氣綁”(氣堵)現象。由于膜盒處于介質壓力環境中，感溫液的飽和溫度在任何壓力下均低于水的飽和溫度6度，因此，在正常運行過程中，若蒸汽系統中進入空氣，就會使蒸汽的相應溫度降低，空氣成分越多蒸汽溫度越低，當蒸汽溫度低于飽和溫度6度以上時，感溫液凝聚膜盒溫度內部壓力下降，膜盒變薄，排氣閥被打開，將混有較多空氣成分的蒸汽排出，直至新鮮蒸汽進入疏水器溫度恢復后排氣閥自動關閉。

3.2自由浮球式疏水器的特點

①可靠性大幅度提高

疏水器所出現的故障90%發生在“杠桿-鉸鏈”系統或其與閥體、閥塞及浮球相連接的部位，經常出現的問題是電化學腐蝕和水錘沖擊造成的變形或損壞。鉸鏈磨損后出現曠動或水錘沖擊后發生脫節。取消“杠桿-鉸鏈”系統后的自由浮球式疏水器的可靠性顯著提高。

②密封壽命成倍增加

傳統疏水器的“閥塞-閥座”密封面是固定接觸的，磨損是集中的，一般經過3年左右的磨損開始產生泄漏。自由浮球式疏水器的的密封面分布在整個浮球表面上，變集中磨損為分散磨損，一般工作十幾年不會發生泄漏，這在國內許多電廠的應用中都得到了證實。

③密封性能更嚴密

由于傳統疏水器的密封狀態會受到“杠桿-鉸鏈”系統的掣肘，杠桿的熱脹冷縮、蠕變和撓度變化及鉸鏈磨損產生的曠動，都會影響密封性能，這就是力學上所謂“靜不定系統”(不穩定系統)。自由浮球式疏水器的浮球是一個完全的自由體，在其浮起(開閥)和落下(關閥)的過程中不受任何關連件的影響，是力學中典型的“靜定系統”(穩定系統)。我們曾以日本的自由浮球式疏水器做過一個簡單的試驗：將一個吹起來的氣球套在疏水器的出口上數百小時未見氣球萎縮，可見其密封性能的完好。

④性能價格比更優越

傳統疏水器相當一部分成本花在復雜的“杠桿-鉸鏈”機構上面，取消了這套機構后不僅成本降低，產品的體積和重量都顯著變小、變輕。最近內蒙托克托電廠2臺600MW機組、河北省王灘4臺600MW機組在進口蒸汽自動疏水器的招標中，都不約而同地采用了這種自由浮球式疏水器。

4.自由浮球式疏水器的應用

自由浮球式(TLV)疏水器在日立、三菱進口機組中獲得廣泛的應用，如北京三河2×350MW機組、內蒙準格爾2×350MW機組、河北陡河2×125MW機組，內蒙托克托2×600MW機組、河北王灘4×600MW機組等許多電廠都選用自由浮球式(TLV)疏水器，其中河北陡河發電廠的2臺日立機組(125MW×2)上有100余只疏水器，已經運行28年多仍在正常工作，并且基本上沒有什么維護工作量。華能上安電廠一次風暖風器改造項目中，因疏水器性能不穩定存在著問題(冷凝水積存造成熱風溫度上不去)，后來采用了自由浮球式疏水器進行改造，將疏水直接導入凝汽器熱井，節約了水資源，運行一年多從未出現任何問題，取得了良好的經濟效益。

5.結束語

近些年來國內火電站的運行和管理水平在不斷提高，但是距國外先進國家尚存在著一定的差距，特別是在節能方面。蒸汽是火電站的功能傳遞的最主要載體，如何提高蒸汽的品質、提高蒸汽的熱效率，是“革新挖潛”、“節能增效”的有效途徑。蒸汽自動疏水器對于蒸汽系統是必不可缺的，因此，進一步了解疏水器、正確選擇和應用疏水器，對技術人員及管理者都有非常現實的意義。

雖然在老機組改造、新建、擴建工程中選用TLV閥需花費大量資金，但據國外有關資料對設置疏水器的經濟性進行統計表明，一般在半年內的節能效益可以收回投資疏水器的全部費用，因此，可以說在蒸汽系統上設置疏水器實際上是一項高回報的投資行為。