汽液两相流疏水器蒸汽疏水阀泄漏的问题分析

      汽液两相流疏水器蒸汽疏水阀泄漏的问题分析，工厂的耗能种类繁多，除了冷、热、电、水还有各种工业气体。各种设备使用规律各不相同，且运行时间长，有的设备每日24小时、全年365天都运行，有的设备则需要定时运行，每个领域都有节能潜力可挖。本文着重阐述蒸汽系统的防止泄漏所产生的节能潜力。
1现状分析
      蒸汽作为热量的中间传递介质，将燃料的热量传递给热量需求点。蒸汽系统的使用情况直接决定了能耗的大小。蒸汽系统中经常可以看到汽液两相流疏水器疏水阀的“跑、冒、滴、漏”现象，大家普遍没有重视这个问题。汽液两相流疏水器疏水阀的口径虽小，但是由于蒸汽的压力相对较高，蒸汽的泄漏量是相当可观的。同时，其投资成本就是更换疏水阀的成本，相对于其它的节能改造工程，其投资较少，投资回报率较短，工程的施工难度小。
2节能分析计算
2.1理论计算
      要准确计算出一个疏水阀的蒸汽泄漏量比较困难，这涉及到蒸汽的压力、阀门的口径、使用时间等众多因素，根据国际上普遍采用的BS1042，ISO5167和ASMEMFC-3M相关标准中计算流体通过小孔的流量公式，为：其中：m：蒸汽的质量流量（kg/h）；d：小孔直径（mm）；ΔP：通过小孔的压降（mm水柱）；D：管道内径（mm）；Vg：蒸汽在给定压力下的比容（m3/kg）。
      不同口径的汽液两相流疏水器疏水阀的小孔直径d可以参考表1。图1给出了不同压力下，不同孔径的疏水阀的蒸汽泄漏量，可以快速的查处大致的蒸汽泄漏量。
表1
疏水阀口径 排水孔径
1/2"/15mm 3mm
3/4"/20mm 5mm
1"/25mm 7.5mm
11/2"/40mm 10mm
2"/50mm 12.5mm
图1
根据以上信息计算，得到的理论泄漏量需要取一定的折算系数，其原因为：
      1）汽液两相流疏水器疏水阀泄漏时不会全开；
      2）阀座的几何形状影响流动，管道杂质会造成排水孔部分堵塞；
      3）冷凝水排放时会产生闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽会产生阻力减少通过小孔的流量；
      4）设备前的控制阀产生的节流会降低蒸汽/冷凝水压力。同时，对汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏程度进行了分级，根据不同程度的泄漏，所取的折算系数不同，具体如下：
      1）当汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏程度为“大漏”时，取折算系数33%；
      2）当汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏程度为“直通”时，取折算系数40%；
      3）当汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏程度为“小漏”时，取折算系数16.5%；
      4）当汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏程度为“微漏”时，取折算系数3.3%；
      5）当热动力疏水阀的状态为“动作过频”时，上述折算过的计算结果再取50%；
      6）当泄漏的疏水阀后端为“排放大气时”，上述折算过的计算结果再取折算系数50%。以一个DN20浮球疏水阀为例，计算得出：6barg下的泄漏量为3kg/h（中漏、冷凝水回收）；月泄漏的蒸汽量2.1t/月（1天24h；一月30d）；月蒸汽泄漏损失为400元/月（蒸汽费200元/t）；年月蒸汽泄漏损失为4800元/a。
      由此可以看出，疏水阀的泄漏量是相当可观的，更换疏水阀的改造费用相对较小，投资回收期基本在6个月以内。
2.2汽液两相流疏水器实际案例
      我公司蒸汽主要应用于橡胶生产过程中硫化工艺，少部分用于生活热水和冬天的空调采暖。饱和蒸汽来源于工业园区里的热力公司，经过减压之后的压力不低于16barg。从蒸汽减压站到厂房内的蒸汽使用点的距离大约近300m。
      本工厂没有关注汽液两相流疏水器疏水阀的泄漏耗能问题，每月的蒸汽耗量约530t，后来我们和斯派莎克的工程师一起对所有的疏水阀进行调研，检测出了泄漏的疏水阀，并安装更换了斯热动力和浮球式疏水阀。此后，只要每月的蒸汽耗量高于500t，我们对疏水阀进行调研检测，每年可以节约140000元。
      在汽液两相流疏水器蒸汽系统的节能主要是更换泄漏的疏水阀、烟气余热回收和冷凝水回收。由于各项目的设备投资和工程难度不一样，投资回收期会有所不同。汽液两相流疏水器疏水阀的“跑、冒、滴、漏”现象是容易被忽视的，但是其改造难度小，投资回收期短。根据我们的实际经验，更换泄漏的疏水阀的投资回报期大约在6个月左右。