蒸汽自動疏水器在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用

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摘要：本文詳細(xì)介紹蒸汽自動疏水器的技術(shù)發(fā)展、工作原理、節(jié)能作用以及應(yīng)用情況，供廣大同行們在設(shè)計、選型及應(yīng)用中參考。

　　關(guān)鍵詞：蒸氣疏水疏水器

　　1、概述

　　在火力發(fā)電機(jī)組運行中為了提高蒸汽系統(tǒng)的效率和保證蒸汽設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運行，應(yīng)當(dāng)盡可能地提高蒸汽的品質(zhì)。然而實際的蒸汽系統(tǒng)中經(jīng)常會有凝結(jié)水及空氣的存在，影響蒸汽系統(tǒng)的效率及安全。我們應(yīng)當(dāng)設(shè)法經(jīng)常地、及時地將蒸汽中的凝結(jié)水及空氣（包括其他不可凝氣體）排出來，挖掘在用設(shè)備潛力，達(dá)到節(jié)能增效的目的。在這方面國內(nèi)與國外的差距是非常大的，我國從日本三菱、日立公司進(jìn)口的機(jī)組中每臺機(jī)組約有200多只蒸汽自動疏水器，歐美機(jī)組包括俄羅斯機(jī)組也都有較多的疏水器。而國產(chǎn)同類機(jī)組幾乎很難找到一只疏水器，在一些凝結(jié)水較多的部位采用截止閥疏水，并規(guī)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(jié)水的具體情況，一般不是造成凝結(jié)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(guān)系的，以日本火電機(jī)組為例與國產(chǎn)機(jī)組比較，我們發(fā)現(xiàn)主要有以下兩個原因：

　　1.1與國家的能源政策和觀念有關(guān)

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

　　我國以往的觀念是“地大物博”、“物產(chǎn)豐富”，近年來雖然在扭轉(zhuǎn)這種觀念，人們對節(jié)能逐漸有了新的認(rèn)識。但火電廠長期以來只注意安全生產(chǎn)，忽略經(jīng)濟(jì)運行，致使對節(jié)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(chǎn)疏水器性能不過關(guān)有關(guān)

　　國內(nèi)相當(dāng)一部分人認(rèn)為“疏水器裝的越多泄漏點越多”。我們曾發(fā)現(xiàn)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(jīng)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(chǎn)疏水器質(zhì)量不過關(guān)，所以國產(chǎn)機(jī)組應(yīng)用自動疏水器較少。

　　2、蒸氣疏水的機(jī)理

　　根據(jù)“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(zhì)的分壓作用會使蒸汽的壓力降低，導(dǎo)致機(jī)組的效率變差。因此在蒸汽管線及設(shè)備上合理的設(shè)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(shè)備的安全要求，也是蒸汽系統(tǒng)節(jié)能增效的需要。

　　蒸汽疏水包含“啟動性疏水”和“經(jīng)常性疏水”兩部分，啟動性疏水是在機(jī)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(yán)重，一般采用內(nèi)口大且耐沖刷的Y型截止閥。因為機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后這些疏水閥必須關(guān)閉，所以采用遠(yuǎn)方操作即可。經(jīng)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(chǎn)生凝結(jié)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(guān)閉狀態(tài)的熱后備設(shè)備供汽管線等），管線凝結(jié)水積存是水錘的成因，會給管道及設(shè)備帶來危害。國外有關(guān)規(guī)程規(guī)定：任何蒸汽管線沿管長平均每隔30～50米應(yīng)設(shè)置疏水點，在設(shè)計中管線形成的自然谷點、盲端及有可能關(guān)閉的設(shè)備進(jìn)出口處也應(yīng)設(shè)置疏水點。由此可見管線疏水的重要性。

　　常見的典型應(yīng)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(lián)應(yīng)用），而過程疏水是參與蒸汽工藝過程的（串聯(lián)應(yīng)用），疏水器在過程疏水中它的性能指標(biāo)有時會決定整個設(shè)備或系統(tǒng)的主要性能和指標(biāo)（如熱交換器、加熱器、暖風(fēng)器等疏水系統(tǒng)）。如疏水不及時則造成冷凝水積存，進(jìn)而影響熱量的交換，及時將這些設(shè)備的過程疏水可直接回收到凝汽器熱井中，這樣不僅節(jié)約了水資源，同時也提高了經(jīng)濟(jì)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(shù)發(fā)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(tài)的介質(zhì)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(shè)備上應(yīng)具有自動“阻汽、排水、排空氣”的三大功能。

　　以前，發(fā)電廠中的應(yīng)用較多的是機(jī)械式疏水器及熱動力式疏水器。機(jī)械式疏水器工作原理是基于“阿基米德定律”，當(dāng)有凝結(jié)水時浮子向上浮起，打開閥嘴排放冷凝水，反之則落下關(guān)閉閥嘴使蒸汽不能通過。最早的機(jī)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(tài)的轉(zhuǎn)換都要等桶中的介質(zhì)更換以后才開始動作，所以這種疏水器動作遲緩、響應(yīng)慢，容易產(chǎn)生冷凝水的積存。此外該疏水器結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)，由于經(jīng)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。

　　“自由浮球式”疏水器徹底取消了“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)，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?qū)λN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(dāng)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(guān)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(jī)組啟動初期首先通過疏水器的是管道或設(shè)備中充斥的空氣，這些空氣溫度低使膜盒處于收縮狀態(tài)而打開排氣閥，空氣被排出而不會形成“空氣綁”（氣堵）現(xiàn)象。由于膜盒處于介質(zhì)壓力環(huán)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(tǒng)中進(jìn)入空氣，就會使蒸汽的相應(yīng)溫度降低，空氣成分越多蒸汽溫度越低，當(dāng)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(nèi)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(jìn)入疏水器溫度恢復(fù)后排氣閥自動關(guān)閉。

　　3.2自由浮球式疏水器的特點

　?、倏煽啃源蠓忍岣呤杷魉霈F(xiàn)的故障90%發(fā)生在“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)或其與閥體、閥塞及浮球相連接的部位，經(jīng)常出現(xiàn)的問題是電化學(xué)腐蝕和水錘沖擊造成的變形或損壞。鉸鏈磨損后出現(xiàn)曠動或水錘沖擊后發(fā)生脫節(jié)。取消“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)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(tǒng)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(jīng)過3年左右的磨損開始產(chǎn)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(fā)生泄漏，這在國內(nèi)許多電廠的應(yīng)用中都得到了證實。

　　③密封性能更嚴(yán)密由于傳統(tǒng)疏水器的密封狀態(tài)會受到“杠桿-鉸鏈”系統(tǒng)的掣肘，杠桿的熱脹冷縮、蠕變和撓度變化及鉸鏈磨損產(chǎn)生的曠動，都會影響密封性能，這就是力學(xué)上所謂“靜不定系統(tǒng)”（不穩(wěn)定系統(tǒng)）。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(guān)閥）的過程中不受任何關(guān)連件的影響，是力學(xué)中典型的“靜定系統(tǒng)”（穩(wěn)定系統(tǒng)）。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(shù)百小時未見氣球萎縮，可見其密封性能的完好。

　?、苄阅軆r格比更優(yōu)越傳統(tǒng)疏水器相當(dāng)一部分成本花在復(fù)雜的“杠桿-鉸鏈”機(jī)構(gòu)上面，取消了這套機(jī)構(gòu)后不僅成本降低，產(chǎn)品的體積和重量都顯著變小、變輕。最近內(nèi)蒙托克托電廠2臺600MW機(jī)組、河北省王灘4臺600MW機(jī)組在進(jìn)口蒸汽自動疏水器的招標(biāo)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(yīng)用自由浮球式（TLV）疏水器在日立、三菱進(jìn)口機(jī)組中獲得廣泛的應(yīng)用，如北京三河2×350MW機(jī)組、內(nèi)蒙準(zhǔn)格爾2×350MW機(jī)組、河北陡河2×125MW機(jī)組，內(nèi)蒙托克托2×600MW機(jī)組、河北王灘4×600MW機(jī)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(fā)電廠的2臺日立機(jī)組（125MW×2）上有100余只疏水器，已經(jīng)運行28年多仍在正常工作，并且基本上沒有什么維護(hù)工作量。華能上安電廠一次風(fēng)暖風(fēng)器改造項目中，因疏水器性能不穩(wěn)定存在著問題（冷凝水積存造成熱風(fēng)溫度上不去），后來采用了自由浮球式疏水器進(jìn)行改造，將疏水直接導(dǎo)入凝汽器熱井，節(jié)約了水資源，運行一年多從未出現(xiàn)任何問題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　5、結(jié)束語

　　近些年來國內(nèi)火電站的運行和管理水平在不斷提高，但是距國外先進(jìn)國家尚存在著一定的差距，特別是在節(jié)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(zhì)、提高蒸汽的熱效率，是“革新挖潛”、“節(jié)能增效”的有效途徑。蒸汽自動疏水器對于蒸汽系統(tǒng)是必不可缺的，因此，進(jìn)一步了解疏水器、正確選擇和應(yīng)用疏水器，對技術(shù)人員及管理者都有非?，F(xiàn)實的意義。

　　雖然在老機(jī)組改造、新建、擴(kuò)建工程中選用TLV閥需花費大量資金，但據(jù)國外有關(guān)資料對設(shè)置疏水器的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行統(tǒng)計表明，一般在半年內(nèi)的節(jié)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(tǒng)上設(shè)置疏水器實際上是一項高回報的投資行為。