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蒸汽疏水阀问题

“滞流”是什么?

滞流的定义:

疏水阀等排水设备原本需要的工作压差变为负值,不再能正常排出冷凝水,并使之积存在换热器等设备内部。这种现象就被称为滞流。

以下情况可能是由滞流导致的:

  • 损坏换热器
  • 水锤
  • 加热温度不均匀

所以如果蒸汽系统中存在上述问题中的某一个,就很有可能存在滞流现象。

设备内的滞流

设备内的滞流

积存在设备内部的冷凝水不但会导致产品质量下降,更有可能对设备造成损害。

蒸汽疏水阀自身并不具备主动排除冷凝水的能力。疏水阀是通过入口(一次)压力和出口(二次)压力之间的压力差排出冷凝水的。只有当入口压力高于出口压力时,疏水阀才能正常运行。

蒸汽系统通常设计成通过前后压差来排放冷凝水,但有很多因素可能影响到这种原则。举一个很简单的例子,在设备前端使用温度控制阀就会导致疏水阀前后压差的颠倒,产生滞流。

通常来说,以下情况可能会产生滞流现象:

  • 设备内部出现真空
  • 始终负压状态
  • 间歇性的负压

蒸汽热风机的滞流原理

通常,换热器都会以满足最大负荷工况来设计。当换热器面积固定不变,但是负荷却会随运行情况发生变化。例如,当热风机的加热介质—空气减少后,唯一可以维持空气现有温度的方法就是降低热源—蒸汽的温度(压力)。

当温度控制阀的控制器开始关小阀门开度,换热器内的压力便会下降。其结果就是,疏水阀入口压力下降直至低于出口压力,冷凝水不再能通过阀排出设备,导致设备积水。

热风机中的滞流

“滞流”是什么?

原因:

在蒸汽热风机系统中,控制阀,温度传感器和控制器是用来控制压力,保持温度恒定的。上述动画就是描述这个系统原理的一个例子。0.3MPaG(44 psig)的蒸汽用来加热空气,使之维持在80 °C (176°F)。这种类型的工况经常会产生滞流。

  • 当风机开机时空气温度为室温。控制阀控制蒸汽,传导适合的热量使空气加热至目标温度。在这个实例中为80ºC (176°F)。
  • 当空气温度接近80ºC (176°F)时,控制阀开度逐渐变小,降低蒸汽压力和热量供应。
  • 当空气被加热后,风机内的蒸汽压力和温度开始下降。低压蒸汽加热空气后就会冷凝,换热器中的压力进一步的降低。导致疏水阀前后端出现负压差,无法排出冷凝水。
  • 当空气不能达到目标温度时,控制阀开度就会变大(增加蒸汽压力),积存的冷凝水就得以排出。
  • 这个周期会始终重复,当出现负压差时,冷凝水就会在设备内部积存。

滞流造成的后果

即使积存的冷凝水可以通过增加后的入口压力排出设备,但等待入口压力增加的这段时间内还是会产生问题。滞流会降低设备效率,影响产品数量和质量,还会产生水锤,造成换热铜管和封头垫圈的损坏。

水锤

当蒸汽接触到积存的冷凝水,冷凝水与蒸汽之间的温差会导致蒸汽发生瞬时冷凝,从而造成水锤。如下图所示的管壳式换热器,水锤对细小管道的冲击可能导致其破裂。

观看水锤动画

“滞流”是什么?

当高温蒸汽接触到积存的冷凝水时,发生温降,部分蒸汽同时冷凝,导致水锤。
观看对管束的破坏动画

“滞流”是什么?

当蒸汽瞬时冷凝导致水锤的同时,局部区域将形成真空。堆积的冷凝水水块会沿着流动方向前进,如管束壁很薄,水块的冲击力将会对管束造成严重的破坏。

关于水锤的更多信息,请参阅: 水锤教程

温度不稳定

如果在夹套锅等换热设备内发生滞流,将导致产品温度不稳定等后果。

热源处(热交换表面)温度不均匀

“滞流”是什么?

当滞流发生时,冷凝水开始积存。夹套底部的冷凝水温度下降,这种结构形式的换热器在整个换热面上的温度分布不均,对产品品质造成严重的影响。

正如先前的解释,滞流是由于疏水阀在负压差下无法完全排除冷凝水。因此,仅仅更换疏水阀无法解决滞流问题。

解决滞流问题有两个方法

  • 增加疏水阀进口(一次)压力,或者
  • 降低疏水阀出口(二次)压力。
热源处(热交换表面)温度均匀

“滞流”是什么?

如果不发生滞流,夹套内充满蒸汽,饱和蒸汽均匀加热的特性就能充分体现,即所谓的,“如果压力稳定,整个空间内所对应的温度也稳定”。

更多关于滞流,和其解决方案的介绍,请参阅第二部分: 防止滞流的方法