鄭榮部

(1.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 福建 福州 350008； 2.國家閥門產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(福建) 福建 泉港 362800)

0 引 言

蒸汽供熱系統(tǒng)所消耗的能源在國內(nèi)能源總消耗中占比很大，疏水閥作為蒸汽供熱系統(tǒng)中常見的自力式控制設(shè)備，對于設(shè)備的安全運(yùn)行及熱效率的提高具有十分重要的作用，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣、化工、電力及冶金等行業(yè)[1-3]。疏水閥能夠?qū)崿F(xiàn)天然氣集輸和凈化過程自動(dòng)排污，并且在油田供熱保溫中的節(jié)能作用不容忽視[4-7]。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)高參數(shù)、低能耗的趨勢，對疏水閥可靠性與節(jié)能水平的要求不斷提高[8]。了解不同類型疏水閥的功能特性及性能指標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)的故障檢查預(yù)防和維護(hù)管理具有十分重要的意義。國內(nèi)現(xiàn)役疏水閥性能試驗(yàn)裝置中，以福建國家閥門質(zhì)檢中心的試驗(yàn)參數(shù)范圍及自動(dòng)化程度最高，試驗(yàn)壓力達(dá)PMO100(10 MPa)、公稱通徑達(dá)DN100，可提供真實(shí)有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，促進(jìn)國產(chǎn)疏水閥產(chǎn)品質(zhì)量與性能提升，同時(shí)為政府疏水閥產(chǎn)品市場監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

目前，國內(nèi)開展疏水閥特性、選型、故障等方面的研究比較多見。趙亮等人調(diào)研了疏水閥生產(chǎn)使用現(xiàn)狀，指出應(yīng)用中存在的問題，并提出了提高節(jié)能效益的若干建議[9]；楊向東等人概述了疏水閥的分類、工作原理和性能特點(diǎn)，為疏水閥選型提供參考[10]；張國勝介紹了疏水閥的工作原理、故障類型和處理方法，強(qiáng)調(diào)重視疏水閥的檢修管理，以提高熱力系統(tǒng)效率[11]；安貞虎分析了疏水閥發(fā)生堵塞、噴放和泄漏等常見故障的原因，論述了故障預(yù)防、診斷、排除的方法[12]。然而，經(jīng)多方搜尋，未見針對疏水閥性能指標(biāo)探討的相關(guān)文獻(xiàn)。此外，國家標(biāo)準(zhǔn)及石油、石化、機(jī)械等相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對疏水閥的安裝、檢驗(yàn)、管理等環(huán)節(jié)給出了規(guī)定，但對抽樣要求及評定指標(biāo)的規(guī)定卻存在較大的區(qū)別。本文結(jié)合多年的疏水閥性能試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，探討疏水閥的分類及功能特性，研究相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對疏水閥抽樣檢驗(yàn)規(guī)定的異同點(diǎn)，并基于GB/T 22654—2008《蒸汽疏水閥 技術(shù)條件》中對疏水閥性能要求的規(guī)定，針對不同種類疏水閥，細(xì)化各性能指標(biāo)，為疏水閥性能評判提供參考，然后分析在役疏水閥常見的故障原因，介紹三種常見的故障檢查方法，提出科學(xué)合理的故障預(yù)防措施。

1 疏水閥功能及分類

1.1 疏水閥功能

在蒸汽供熱系統(tǒng)中，無論是系統(tǒng)產(chǎn)生的凝結(jié)水，還是混入的空氣及不凝性氣體，都是降低系統(tǒng)熱效率和產(chǎn)生設(shè)備故障的重要根源。1)蒸汽和凝結(jié)水對設(shè)備壁面的加熱效果不同，致使材料受熱不均勻，產(chǎn)生較大的局部熱應(yīng)力，造成設(shè)備損傷；2)凝結(jié)水及空氣等不凝性氣體會(huì)帶走蒸汽部分潛熱，影響蒸汽品質(zhì)，同時(shí)妨礙蒸汽與加熱面的接觸，降低蒸汽與用汽設(shè)備的熱交換效率；3)水和空氣中的氧與設(shè)備中的鐵會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成設(shè)備和管道壁面腐蝕；4)積結(jié)的凝結(jié)水在高速蒸汽流作用下，容易造成水擊現(xiàn)象，導(dǎo)致彎管及設(shè)備的損傷與破壞。

因此，疏水閥應(yīng)具備三大基本功能。1)迅速排除產(chǎn)生的凝結(jié)水；2)防止蒸汽泄漏；3)排除空氣及其他不可凝氣體。

1.2 疏水閥分類及原理

GB/T 12247—2015《蒸汽疏水閥 分類》中按啟閉件的工作原理和動(dòng)作方式將疏水閥分為三大類：機(jī)械型、熱靜力型、熱動(dòng)力型。

機(jī)械型疏水閥是利用凝結(jié)水與蒸汽的密度差，通過凝結(jié)水液位變化帶動(dòng)啟閉件動(dòng)作，具有排水迅速、動(dòng)作準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但尺寸相比較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，適用于大排量工況，如應(yīng)用于加熱設(shè)備。典型代表有自由浮球式、杠桿浮球式、倒吊桶式等。以杠桿浮球式疏水閥為例，藍(lán)色表示凝結(jié)水，紅色表示蒸汽，綠色表示空氣，其排水狀態(tài)和阻汽狀態(tài)分別如圖1和圖2所示。

圖1 杠桿浮球式疏水閥排水狀態(tài)

圖2 杠桿浮球式疏水閥阻汽狀態(tài)

熱靜力型疏水閥是利用凝結(jié)水與蒸汽的溫度差，通過感溫元件熱脹冷縮變形帶動(dòng)啟閉件動(dòng)作，具有噪聲小、排空氣能力好的優(yōu)點(diǎn)，但動(dòng)作不靈敏，適用于壓力較低且變化不大的小排量工況，如應(yīng)用于伴熱管線。典型代表有雙金屬片式、膜盒式、液體或固體膨脹式等。以雙金屬片式疏水閥為例，藍(lán)色表示凝結(jié)水，紅色表示蒸汽，綠色表示空氣，其排水狀態(tài)和阻汽狀態(tài)分別如圖3和圖4所示。

圖3 雙金屬片式疏水閥排水狀態(tài)

圖4 雙金屬片式疏水閥阻汽狀態(tài)

熱動(dòng)力型疏水閥是利用凝結(jié)水與蒸汽相變原理，依靠流速和體積變化的動(dòng)態(tài)特性，驅(qū)動(dòng)啟閉件動(dòng)作，具有體積小、重量輕、抗水擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但動(dòng)作聲音較大、有蒸汽損失，適用于小排量工況，如應(yīng)用于主蒸汽管線。典型代表有圓盤式、孔板式等。以圓盤式疏水閥為例，藍(lán)色表示凝結(jié)水，紅色表示蒸汽，綠色表示空氣，其排水狀態(tài)和阻汽狀態(tài)分別如圖5和圖6所示。

圖5 圓盤式疏水閥排水狀態(tài)

圖6 圓盤式疏水閥阻汽狀態(tài)

2 疏水閥性能指標(biāo)評定

2.1 疏水閥抽樣要求

GB/T 12712—1991《蒸汽供熱系統(tǒng)凝結(jié)水回收及蒸汽疏水閥技術(shù)管理要求》規(guī)定凝結(jié)水回收系統(tǒng)，疏水閥設(shè)置數(shù)≥500臺(tái)，抽檢數(shù)為20臺(tái)，疏水閥設(shè)置數(shù)<500臺(tái)，抽檢數(shù)為10臺(tái)；SH 3518—2013《石油化工閥門檢驗(yàn)與管理規(guī)范》和SY/T 4102—2013《閥門檢驗(yàn)與安裝規(guī)范》規(guī)定石油化工及天然氣行業(yè)的疏水閥產(chǎn)品，每批抽檢10%，且不得少于1臺(tái)；GB/T 22654—2008《蒸汽疏水閥 技術(shù)條件》和規(guī)定對于生產(chǎn)企業(yè)檢驗(yàn)合格的疏水閥產(chǎn)品，同一型號規(guī)格供抽樣的最少基數(shù)不少于20臺(tái)，隨機(jī)抽取臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，對于供給用戶未經(jīng)使用的疏水閥產(chǎn)品，供抽樣的最小基數(shù)不受限制，隨機(jī)抽取臺(tái)數(shù)仍為3臺(tái)。不同標(biāo)準(zhǔn)對疏水閥抽樣要求的規(guī)定存在較大的區(qū)別，需要根據(jù)具體情況選擇對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行抽樣。

2.2 疏水閥評定指標(biāo)

SH 3518—2013《石油化工閥門檢驗(yàn)與管理規(guī)范》和SY/T 4102—2013《閥門檢驗(yàn)與安裝規(guī)范》評定疏水閥合格的指標(biāo)是動(dòng)作靈敏、正常工作，閥體無漏汽現(xiàn)象，疏水完畢處于關(guān)閉狀態(tài)，雙金屬片式在額定工作溫度范圍內(nèi)動(dòng)作；GB/T 22654—2008《蒸汽疏水閥 技術(shù)條件》和GB/T 12251—2005《蒸汽疏水閥 試驗(yàn)方法》規(guī)定疏水閥性能指標(biāo)包括殼體強(qiáng)度、動(dòng)作性能、排空氣能力、最低工作壓力、排水溫度、熱凝結(jié)水排量、漏汽量、最高工作壓力、最高工作背壓等。生產(chǎn)端應(yīng)綜合考慮疏水閥綜合性能，以國家標(biāo)準(zhǔn)為主；使用端應(yīng)重點(diǎn)考慮疏水閥的動(dòng)作性能和阻汽排水性能，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為主。

2.3 疏水閥合格率探討

Q/SY 09120—2017《蒸汽疏水閥節(jié)能監(jiān)測方法》提出疏水閥節(jié)能監(jiān)測合格率評定指標(biāo)，見表1；GB/T 12712—1991《蒸汽供熱系統(tǒng)凝結(jié)水回收及蒸汽疏水閥技術(shù)管理要求》提出疏水閥完好率評定指標(biāo)，見表2。不同標(biāo)準(zhǔn)對于疏水閥合格率的規(guī)定并不統(tǒng)一，存在一定的差別。通過大量查閱文獻(xiàn)及多方調(diào)研，總結(jié)得出行業(yè)內(nèi)比較一致的評定標(biāo)準(zhǔn)，疏水閥漏汽率≤3%評定為完好，用戶全廠疏水閥完好率≥90%評定為合格。

表1 疏水閥節(jié)能監(jiān)測合格率評定指標(biāo)

表2 疏水閥完好率評定指標(biāo)

然而，疏水閥性能的優(yōu)劣不能單純從漏汽率來評定，建議結(jié)合其外觀質(zhì)量、動(dòng)作性能、熱凝結(jié)水排量、使用壽命等多方面進(jìn)行綜合考慮。目前，國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量和性能較好的疏水閥廠家有英僑機(jī)械、北京閥門總廠、甘肅紅峰機(jī)械等，國際知名品牌疏水閥廠家有美國阿姆斯壯Armstrong、美國威盾VTON、英國斯派莎克Spirax Sarco、日本TLV等。

2.4 疏水閥綜合性能對比

通過對國內(nèi)疏水閥生產(chǎn)單位、使用單位及相關(guān)科研院校的調(diào)研，結(jié)合疏水閥性能試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在GB/T 22654—2008《蒸汽疏水閥 技術(shù)條件》性能要求規(guī)定的基礎(chǔ)上，對各性能指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行細(xì)化，提出不同類型疏水閥性能對比參照表，其中脈沖式和孔板式在如今市場上趨近于淘汰，不參與探討，見表3。

表3 不同類型國產(chǎn)疏水閥性能對比

3 疏水閥故障原因、檢查和預(yù)防

3.1 疏水閥故障原因

在役疏水閥常見的故障主要有堵塞、噴放和泄漏等。堵塞會(huì)使凝結(jié)水滯留積聚，導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)下降，并造成頻繁水擊；噴放和泄漏會(huì)造成嚴(yán)重的蒸汽浪費(fèi)。堵塞可能原因是內(nèi)件卡阻或變形、閥內(nèi)氣堵或汽鎖、雜質(zhì)或異物堵塞、反向安裝、凝結(jié)水凍結(jié)等；噴放可能原因是關(guān)閉件卡阻或脫落、選型不當(dāng)、安裝不合理等；泄漏可能原因是密封件變形、密封面附著異物或劃傷、密封面腐蝕或磨損。

3.2 疏水閥故障檢查

在役疏水閥常見的故障檢查方法包括：1)通過閥后窺視鏡觀察疏水閥動(dòng)作情況，如果在給水的狀態(tài)下，長時(shí)間未見排放，則疏水閥可能發(fā)生堵塞，如果在通汽的狀態(tài)下，閥后觀察到有流動(dòng)或者霧汽等現(xiàn)象，則疏水閥可能發(fā)生漏汽；2)通過閥后的測溫儀表上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行判斷，如果在給水的狀態(tài)下，閥后溫度沒有太大變化，則疏水閥可能發(fā)生堵塞，如果在通汽的狀態(tài)下，閥后溫度有所增加，則疏水閥可能發(fā)生泄漏；3)通過超聲波檢漏儀進(jìn)行判斷，將探針接觸閥體，如果在給水的狀態(tài)下，聲音強(qiáng)度沒有任何變化，則疏水閥可能發(fā)生堵塞，如果在通汽的狀態(tài)下，聲音強(qiáng)度增大并伴隨有“呲呲呲”的聲音，則疏水閥可能發(fā)生泄漏。檢查人員應(yīng)在充分了解不同疏水閥類型和工作特性的前提下，結(jié)合三種檢查方法對疏水閥故障進(jìn)行綜合研判。三種疏水閥故障檢查方法綜合應(yīng)用，如圖7所示。

圖7 三種疏水閥故障檢查方法

3.3 疏水閥故障預(yù)防

在設(shè)計(jì)制造方面，預(yù)防工作如下：在疏水閥進(jìn)口腔體內(nèi)加裝過濾網(wǎng)，網(wǎng)孔≤1 mm，流通面積≥1.5倍流道面積，防止堵塞；如浮球式等不具備排空氣能力的疏水閥需加裝自動(dòng)排空氣裝置，防止氣堵；如杠桿浮球式、倒吊桶式疏水閥內(nèi)部浮球或吊桶的連接件應(yīng)具備足夠強(qiáng)度，保證啟閉動(dòng)作靈活；疏水閥內(nèi)部零件均應(yīng)采用不銹鋼和鈦合金等材料，提高內(nèi)件耐腐蝕性；閥瓣和閥座應(yīng)能準(zhǔn)確定位密封，且圓度和表粗糙度等應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求；可進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗捅砻嬗不幚?，提高密封面抗沖蝕性和耐磨損性。

在安裝選型方面，預(yù)防工作如下：所選擇疏水閥排水量應(yīng)符合工況要求，排水量過小不能及時(shí)排除凝結(jié)水，排量過大會(huì)導(dǎo)致閥門動(dòng)作頻繁，降低使用壽命，且浪費(fèi)成本；一般情況下，機(jī)械型疏水閥壽命長、排量大、過冷度小、動(dòng)作可靠，但易凍結(jié)、結(jié)構(gòu)大、價(jià)格高，熱靜力型疏水閥噪聲小、價(jià)格和壽命均居中，但過冷度大，熱動(dòng)力型疏水閥抗水擊、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)小、重量輕、有一定過冷度，但排量小、壽命短、閥片易磨損、動(dòng)作過程有蒸汽浪費(fèi)，選型時(shí)不能只求價(jià)格便宜而忽略疏水閥功能特性；機(jī)械型疏水閥只能水平安裝，其余可水平或垂直安裝，且疏水閥連接方式有法蘭、螺紋、焊接等多種，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況；安裝時(shí)應(yīng)注意流通方向，不可將疏水閥反裝；過濾閥、檢查閥、后切斷閥和止回閥等輔助設(shè)備應(yīng)酌情配套安裝，即使選用性能和質(zhì)量都非常優(yōu)越的疏水閥，如果沒有輔助設(shè)備，便無法發(fā)揮其正常功能。

在維護(hù)保養(yǎng)方面，預(yù)防工作如下：新裝疏水閥設(shè)備運(yùn)行前應(yīng)吹掃，系統(tǒng)開機(jī)時(shí)應(yīng)預(yù)熱，系統(tǒng)停機(jī)時(shí)應(yīng)及時(shí)排除內(nèi)部工作介質(zhì)，減少凝結(jié)水殘留，減輕腐蝕；安排專人負(fù)責(zé)疏水閥管理和維修，發(fā)現(xiàn)疏水閥漏汽故障，應(yīng)及時(shí)更換內(nèi)件，如無效果甚至要直接更換整臺(tái)疏水閥，發(fā)現(xiàn)堵塞故障，應(yīng)及時(shí)排查原因，并定期清理過濾網(wǎng)堵塞物；定期開展全廠疏水閥巡回檢查，主要疏水點(diǎn)應(yīng)增加巡檢頻次，并且一年至少開展兩次疏水閥檢修；建立全廠疏水閥檔案，及時(shí)記錄疏水閥的故障情況和檢修情況。

4 結(jié) 論

1)疏水閥的主要功能是阻汽排水，其產(chǎn)品質(zhì)量的好壞及性能的優(yōu)劣，關(guān)乎著節(jié)能環(huán)保，影響著國民經(jīng)濟(jì)，疏水閥生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，做好產(chǎn)品出廠前的性能試驗(yàn)，不斷改良產(chǎn)品，減少不合格產(chǎn)品流入市場。

2)隨著疏水閥產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，原有的脈沖式、孔板式疏水閥將逐步退出市場，疏水閥已做出重新分類，而關(guān)于疏水閥性能指標(biāo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不一，生產(chǎn)端側(cè)重于考慮單臺(tái)產(chǎn)品的性能要求及質(zhì)量等，使用端側(cè)重于考慮全廠疏水閥的合格率和完好率，疏水閥性能的優(yōu)劣應(yīng)采取多方面綜合評定。

3)疏水閥種類繁多，質(zhì)量參差不齊，選型時(shí)應(yīng)綜合考慮疏水閥的性能特點(diǎn)、適用工況及價(jià)格成本，施工過程能夠予以正確安裝，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮配套設(shè)備設(shè)置，以便疏水閥檢修，并確保能夠發(fā)揮疏水閥正常功能。

4)國內(nèi)在役疏水閥800多萬臺(tái)，并且還在逐年增加，工業(yè)系統(tǒng)上的疏水閥合格率偏低、漏汽嚴(yán)重，疏水閥使用企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對全廠疏水閥日常管理和節(jié)能監(jiān)測，及時(shí)保養(yǎng)和維修，以降低設(shè)備故障發(fā)生率，提高蒸汽品質(zhì)，減少蒸汽浪費(fèi)。