摘要：本文詳細介紹蒸汽自動(dòng)疏水器的技術(shù)發(fā)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。

　　關(guān)鍵詞：蒸氣疏水疏水器

　　1、概述

　　在火力發(fā)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(jīng)濟運行，應當盡可能地提高蒸汽的品質(zhì)。然而實(shí)際的蒸汽系統中經(jīng)常會(huì )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(jīng)常地、及時(shí)地將蒸汽中的凝結水及空氣（包括其他不可凝氣體）排出來(lái)，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(jìn)口的機組中每臺機組約有200多只蒸汽自動(dòng)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(chǎn)同類(lèi)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(shí)間間隔去人為操作閥門(mén)啟閉。因為無(wú)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(guān)系的，以日本火電機組為例與國產(chǎn)機組比較，我們發(fā)現主要有以下兩個(gè)原因：

　　1.1與國家的能源政策和觀(guān)念有關(guān)

　　日本因為缺乏能源資源，能源的危機感促使日本在各個(gè)領(lǐng)域里都極為重視節能降耗。疏水器屬于節能產(chǎn)品，因此不僅其疏水器技術(shù)領(lǐng)先于歐美國家，疏水器在蒸汽系統上的應用也是最廣范、數量最多的（例如河北省三河發(fā)電廠(chǎng)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(lèi)節能產(chǎn)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(gè)領(lǐng)域里都極為重視節能降耗工作，其節能技術(shù)在世界上是處于領(lǐng)先地位的。

　　我國以往的觀(guān)念是“地大物博”、“物產(chǎn)豐富”，近年來(lái)雖然在扭轉這種觀(guān)念，人們對節能逐漸有了新的認識。但火電廠(chǎng)長(cháng)期以來(lái)只注意安全生產(chǎn)，忽略經(jīng)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(wú)人問(wèn)津。

　　1.2與國產(chǎn)疏水器性能不過(guò)關(guān)有關(guān)

　　國內相當一部分人認為“疏水器裝的越多泄漏點(diǎn)越多”。我們曾發(fā)現有的電廠(chǎng)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(chǎng)寧可用截止閥或球閥來(lái)代替疏水器，謔稱(chēng)自動(dòng)疏水器是“自動(dòng)漏水器”，由于國產(chǎn)疏水器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，所以國產(chǎn)機組應用自動(dòng)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(zhì)的分壓作用會(huì )使蒸汽的壓力降低，導致機組的效率變差。因此在蒸汽管線(xiàn)及設備上合理的設計、安裝具有自動(dòng)“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(xiàn)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(dòng)性疏水”和“經(jīng)常性疏水”兩部分，啟動(dòng)性疏水是在機組點(diǎn)火啟動(dòng)階段的疏水，因為“暖管”凝水量較大，同時(shí)“汽水兩相流”的沖刷也很?chē)乐�，一般采用內口大且耐沖刷的Y型截止閥。因為機組進(jìn)入穩定狀態(tài)后這些疏水閥必須關(guān)閉，所以采用遠方操作即可。經(jīng)常性疏水包括“管線(xiàn)疏水”和“過(guò)程疏水”兩種不同的工況，如圖一所示。

　　2.1管線(xiàn)疏水的原理

　　管線(xiàn)疏水是針對蒸汽傳輸過(guò)程中由于熱量的不斷損失在某些部位產(chǎn)生凝結水的疏水問(wèn)題，特別是蒸汽流動(dòng)緩慢甚至完全停止流動(dòng)的部位（管線(xiàn)盲端或處于關(guān)閉狀態(tài)的熱后備設備供汽管線(xiàn)等），管線(xiàn)凝結水積存是水錘的成因，會(huì )給管道及設備帶來(lái)危害。國外有關(guān)規程規定：任何蒸汽管線(xiàn)沿管長(cháng)平均每隔30～50米應設置疏水點(diǎn)，在設計中管線(xiàn)形成的自然谷點(diǎn)、盲端及有可能關(guān)閉的設備進(jìn)出口處也應設置疏水點(diǎn)。由此可見(jiàn)管線(xiàn)疏水的重要性。

　　常見(jiàn)的典型應用部位如：垂直管線(xiàn)下方、管線(xiàn)自然低點(diǎn)、盲端，截止閥前后，伴熱管線(xiàn)等等。

　　2.2過(guò)程疏水的原理

　　過(guò)程疏水如圖二所示，“過(guò)程疏水”與管線(xiàn)疏水有所不同，管線(xiàn)疏水是不參與蒸汽工藝過(guò)程的（并聯(lián)應用），而過(guò)程疏水是參與蒸汽工藝過(guò)程的（串聯(lián)應用），疏水器在過(guò)程疏水中它的性能指標有時(shí)會(huì )決定整個(gè)設備或系統的主要性能和指標（如熱交換器、加熱器、暖風(fēng)器等疏水系統）。如疏水不及時(shí)則造成冷凝水積存，進(jìn)而影響熱量的交換，及時(shí)將這些設備的過(guò)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(shí)也提高了經(jīng)濟效益。由此可見(jiàn)過(guò)程疏水是非常必要的。

　　3、蒸汽自動(dòng)疏水器的技術(shù)發(fā)展

　　疏水器是一種“自立式閥門(mén)”，它可以在線(xiàn)自動(dòng)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(dòng)排出冷凝水和空氣、阻斷蒸汽逸出，因此，疏水器在蒸汽管線(xiàn)及設備上應具有自動(dòng)“阻汽、排水、排空氣”的三大功能。

　　以前，發(fā)電廠(chǎng)中的應用較多的是機械式疏水器及熱動(dòng)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(shí)浮子向上浮起，打開(kāi)閥嘴排放冷凝水，反之則落下關(guān)閉閥嘴使蒸汽不能通過(guò)。最早的機械式疏水器的浮子是敞開(kāi)式的，象一個(gè)倒吊的“桶”因而被人們稱(chēng)做“倒吊桶式”疏水器（如圖三A）。由于浮子的敞開(kāi)，每次狀態(tài)的轉換都要等桶中的介質(zhì)更換以后才開(kāi)始動(dòng)作，所以這種疏水器動(dòng)作遲緩、響應慢，容易產(chǎn)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(jīng)常處于運動(dòng)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，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(shí)具有了“自動(dòng)對中”的功能提高了密封等級，并且密封面分布在整個(gè)球的表面，使密封壽命成倍增加。同時(shí)自由浮球對水錘的沖擊不會(huì )通過(guò)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(gè)運動(dòng)部件—浮球。當有冷凝水流入時(shí)浮球向上浮起打開(kāi)下面的閥嘴排放冷凝水；冷凝水排出后浮球自動(dòng)落座于閥嘴之上關(guān)閉疏水器，使蒸汽不會(huì )逸出。

　　疏水器上部有一個(gè)“膜盒式”自動(dòng)排空氣閥，膜盒中有感溫液。機組啟動(dòng)初期首先通過(guò)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(tài)而打開(kāi)排氣閥，空氣被排出而不會(huì )形成“空氣綁”（氣堵）現象。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(guò)程中，若蒸汽系統中進(jìn)入空氣，就會(huì )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(shí)，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(kāi)，將混有較多空氣成分的蒸汽排出，直至新鮮蒸汽進(jìn)入疏水器溫度恢復后排氣閥自動(dòng)關(guān)閉。

　　3.2自由浮球式疏水器的特點(diǎn)

　�、倏煽啃源蠓�度提高疏水器所出現的故障90%發(fā)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(jīng)常出現的問(wèn)題是電化學(xué)腐蝕和水錘沖擊造成的變形或損壞。鉸鏈磨損后出現曠動(dòng)或水錘沖擊后發(fā)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(zhù)提高。

　�、诿芊鈮勖�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(jīng)過(guò)3年左右的磨損開(kāi)始產(chǎn)生泄漏。自由浮球式疏水器的的密封面分布在整個(gè)浮球表面上，變集中磨損為分散磨損，一般工作十幾年不會(huì )發(fā)生泄漏，這在國內許多電廠(chǎng)的應用中都得到了證實(shí)。

　�、勖芊庑阅芨鼑烂苡捎趥鹘y疏水器的密封狀態(tài)會(huì )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(chǎn)生的曠動(dòng)，都會(huì )影響密封性能，這就是力學(xué)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(gè)完全的自由體，在其浮起（開(kāi)閥）和落下（關(guān)閥）的過(guò)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”（穩定系統）。我們曾以日本的自由浮球式疏水器做過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗：將一個(gè)吹起來(lái)的氣球套在疏水器的出口上數百小時(shí)未見(jiàn)氣球萎縮，可見(jiàn)其密封性能的完好。

　�、苄阅軆r(jià)格比更優(yōu)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(chǎn)品的體積和重量都顯著(zhù)變小、變輕。最近內蒙托克托電廠(chǎng)2臺600MW機組、河北省王灘4臺600MW機組在進(jìn)口蒸汽自動(dòng)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(jìn)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(chǎng)都選用自由浮球式（TLV）疏水器，其中河北陡河發(fā)電廠(chǎng)的2臺日立機組（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(méi)有什么維護工作量。華能上安電廠(chǎng)一次風(fēng)暖風(fēng)器改造項目中，因疏水器性能不穩定存在著(zhù)問(wèn)題（冷凝水積存造成熱風(fēng)溫度上不去），后來(lái)采用了自由浮球式疏水器進(jìn)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(wèn)題，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　5、結束語(yǔ)

　　近些年來(lái)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(jìn)國家尚存在著(zhù)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(zhì)、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(dòng)疏水器對于蒸汽系統是必不可缺的，因此，進(jìn)一步了解疏水器、正確選擇和應用疏水器，對技術(shù)人員及管理者都有非�，F實(shí)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(guān)資料對設置疏水器的經(jīng)濟性進(jìn)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(shuō)在蒸汽系統上設置疏水器實(shí)際上是一項高回報的投資行為。

　　參考資料：

　　《熱力發(fā)電廠(chǎng)》重慶大學(xué)鄭體寬

　　《工程熱力學(xué)》南京電力專(zhuān)科學(xué)校李笑樂(lè )

　　《蒸汽疏水器、空氣疏水器和冷凝液回收手冊》日本TLV公司