新型节汽疏水阀的研发与应用.pdf

作者简介:包敬杰()男山东人工程师硕士研究生研究方向为热能工程文章编号:()新型节汽疏水阀的研发与应用包敬杰(合肥燊兴机电设备有限公司安徽 合肥)摘要 目前工业领域常用的蒸汽疏水阀大多采用机械式排出凝结水元器件易损坏使用寿命短同时还造成蒸汽极大的浪费 本文介绍新型节汽疏水阀的研发与应用这种新型疏水阀具有节能效果明显、使用寿命长、维护方便等优点关键词 新型疏水阀节能计算中图分类号:文献标志码:(.):.:概述蒸汽系统在工业企业的生产中扮演着非常重要的角色 蒸汽的消耗情况也直接反应了各个工业装置在生产过程中能耗的高低降低蒸汽的使用量也成了工业企业节能降耗的重中之重 蒸汽疏水阀的作用是将蒸汽系统中的凝结水、气体尽快排出同时最大限度地防止蒸汽的泄漏 疏水阀类型及特点根据疏水阀的工作原理可分为以下三种类型:()机械型机械型疏水阀依靠蒸汽疏水阀内凝结水液位高度的变化而动作包括浮球式、敞口向上浮子式、敞口向下浮子式浮球式:浮子为封闭的空心球体敞口向上浮子式:浮子为开口向上的桶型敞口向下浮子式:浮子为开口向下的桶型()热静力型热静力型疏水阀依靠液体温度的变化而动作包括双金属片式和蒸汽压力式双金属片式:敏感元件为双金属片蒸汽压力式:敏感元件为波纹管或墨盒内部充入挥发性液体()热动力型热动力型疏水阀依靠液体的热动力学性质的变化而动作包括圆盘式和脉冲式圆盘式:在相同的压力下液体与气体的流速不同产生不同的动、静压力驱使圆盘阀片动作脉冲式:不同温度的凝结水通过两极串连节流孔板时会在两极节流孔板之间形成不同压力驱使阀瓣动作目前常用的疏水阀在结构、技术性能、产品质量和使用功能等方面存在诸多不足 大多采用机械方式排出长期在高负荷、恶劣环境下工作时器件易损坏极大影响使用寿命采用间歇排水在热负荷较大时疏水阀启停稍有操作不当就会导致疏水器无法关闭造成蒸汽的极大浪费故障率高加大了维修成本使用寿命短如何克服上述蒸汽疏水阀存在的问题结合现有的技术实现间歇式蒸汽疏水阀连续疏水同时减少间歇式疏水器的启停次数保障凝结水及时排出降低蒸汽泄漏率成为该领域研究的难点 本文介绍一种能够连续排出凝结水的新型节汽疏水阀减 年第 期阀 门少间歇式疏水阀的启停次数保障凝结水及时排出降低蒸汽泄漏率达到节能降耗的目的 基本原理新型疏水器基于一个简单的原理:液态流体(如冷凝水)的密度远大于气态流体(如蒸汽)的密度该原理在任何压力变化下都成立因此新型疏水阀可处理各种不同密度的气态或液态流体 其基本组成部分包括喷嘴、涡流腔和靶孔板如图 所示图 新型疏水阀原理图 喷嘴以蒸汽和冷凝水为例当这两种流体同时被推挤于小管径的管路中时孔道恰好形成一种排凝效应 因为密度较高的流体在相同压力下有较低的线性移动速度当冷凝水被推挤到更狭窄的喷嘴时会形成阻碍效应移动较慢的冷凝水会阻碍移动较快的蒸汽 在此状况下冷凝水将会被连续排出而蒸汽始终被阻挡于喷嘴内部 在不同压力状况下冷凝水的排放速度(排放量)也会随之改变 涡流腔根据伯努利定律和拉法尔喷嘴的原理因动态压力变化而产生的少量雾化水气提供足够的空间 靶孔板在各种不同的流体压力下都可有效而快速地排放冷凝水当冷凝水和蒸汽同时存在时只有冷凝水能通过而将蒸汽留在前端部分继续使用可以稳定地背压连续排放不同数量的冷凝水 工作流程冷凝水流过喷嘴如果不产生汽化那么压降主要落在喷嘴上因靶孔直径大于喷嘴直径较多 同时涡流腔内产生轻度涡流如果喷嘴出口产生轻度汽化汽泡在涡流腔内旋转随着汽泡量的增加旋转速度加快在蒸汽量较大时从喷嘴出来的汽水混合物流速直径变大大于靶孔直径造成靶孔周围的撞击现象产生了很大的压力损失 汽量越大从靶孔中冲出的汽水混合物的速度越快使靶孔出口产生较大的涡流损失 数值模型及计算方法在笛卡尔坐标系()中定常不可压紊流的连续方程和动量方程(方程)分别如式()、式()所示:()()()认为湍流的瞬时运动满足 方程因此对于以上方程中的所有变量均为瞬时值 由上述关系确定流动方程中的、等瞬时变量带入方程()、()可得定常、不可压的湍流时均方程:()()()方程()也称为 方程为使方程封闭需引入目前工程上广泛应用的标准 双模型方程 考虑到 涡粘性模型定常不可压湍流的连续方程和动量方程可写成如下的通用形式:()引入标准的 湍流模型:()()()()()()方程()、()、()构成了支配液体流动的封闭非线性方程组 固壁条件在固体边壁上给定无滑移条件即时均速度和脉动速度的各个分量均为 湍动能的耗散率 为一有限值 对 方程和 方程采用两层理论的壁面函数给定固壁边界条件 壁面函数是基于壁面湍流具有边界层特性的事实从分析和实验中提出来的即:()近壁区域()内湍动能的产生和耗散率保持平衡()邻近壁面而平行于壁面的流体层的速度分布服从修正的指数律()湍流脉动的特征长度(与、有关)正比于到边界的垂直距离即 是近壁计算点到壁面的距离 进口条件阀 门 年第 期进口流场根据模拟的流动条件以及计算域的几何形状来确定一般人为给定通常根据流量和进口面积求出:()进口湍动能和湍动能的耗散率值采用经验公式:.()./.()式中 进口处当量直径 出口条件出口速度取第二类边界条件用一阶外推方法确定即:为保证连续性条件每次迭代中还要按比例修正出口流量:()()/()修正后:()其中为修正前出口速度、均认为出口梯度为零无需修正 现场应用效果在中石化某石化公司对硫磺区域 /酸性水汽提塔 的重沸器、的凝液系统进行了相应的改造 为真实考察新型节汽疏水器的性能统计了疏水器更换前后酸性水汽提塔 工况相近的两个时间段的实时监控系统数据 疏水器更换前为 月 日 日疏水器更换后为 月 日 日两个时间段取数频次均为 /次 根据统计数据新型疏水器更换后吨水耗汽均值减少 个单位节汽率 统计结果如表 和图 所示表 主要运行参数均值 热进料温度/底部压力/气氨流量/(/)酸性气流量/(/)蒸汽耗量/(/)进塔水量/(/)吨水耗汽/(/)更换前:月 日 日 更换后:月 日 日 图 吨水耗汽变化情况节能效益分析:酸性水汽提塔 蒸汽耗量按 /取整计算疏水器更换后总计节约蒸汽/蒸汽价格 元/按/年计算节约金额:万元 结语()新型节能疏水器完全量身定做连续排除冷凝水背压稳定易于冷凝水回收减少蒸汽损失节能 以上 无动件、无磨损、抗腐蚀从而免更换、免维修使用寿命 年以上()当今世界环境资源锐减但人类需求不断加大对能源的合理使用将显得尤为重要 新的节能工艺、设备的利用将有效提高能源利用率 新型疏水器的使用将有效节约蒸汽降低能耗 新型节汽疏水阀在工业蒸汽凝结水回收中节能效果非常明显可以全面推广应用但也待于在实践中进一步研究和完善参 考 文 献 梁兆枢王国刚.新型疏水阀的研制.北京节能():.徐谷仓.蒸汽疏水阀的创新及其升级换代.上海染整新技术、节能环保交流研讨论文集.宋中阳陈庆奎.新型疏水阀用于纸机凝结水回收系统.中国电子学术期刊():.刘太和.新型疏水阀的研制成功.环境保护():.陈鹏飞吴峰王娟娟.自由射流喷管技术的研究进展.航空发动机():.史振东戚润东邢超等.标准孔板的经验流量公式的分析.计量技术():.蔡毅苏国兵.高压水射流喷嘴设计及有限元分析.机械设计与研究():.韩占忠王敬兰小平.流体工程仿真计算实例与应用.北京:北京理工大学出版社.冯飞张蕾.新能源技术与应用概论.北京:化学工业出版社.(收稿日期:)年第 期阀 门