摘 要： 蒸汽是热源与动力的源泉。在现代社会中，蒸汽广泛地应用 于工农业生产和生活设施中，无论在蒸汽的输送管道系统，还是利用蒸汽来进行加热、干燥、保温、消毒、蒸煮、浓缩、换热、采暖、空调等工艺过程中所产生的凝结水，它是造成管道水锤的源头，需要通过蒸汽疏水阀组及时排除干净，而不允许蒸汽泄漏掉，从而保证施工和使用中蒸汽管道系统的安全。
关键词：
蒸汽；水锤；疏水阀组
0. 引言
近年来随着城市集中供热事业的迅速发展，以及社会对节能、环保，城市美化要求的不断提高，蒸汽作为一种高效优质的热能介质，正越来越广泛地应用于电子、医药、化工、食品等行业的生产工艺和动力设备的运行中。
新建产业园区现在都集中供应市政蒸汽，取代每个工厂自行建锅炉房，自己制造蒸汽，减少能源浪费，集中管理。通过市政蒸汽管网，连接到各工厂，为工厂提供动力与温度，确保整个线路的安全使用，保证工厂正常运转，这个是我们当下应当考虑的事情。
1. 蒸汽系统
1.1 饱和蒸汽
在一个大气压下，温度为100℃的蒸汽，温度不能再升高。
理想的饱和蒸汽状态，指的是温度、压力及蒸汽密度三者存在一一对应的关系，知道其中一个，其他二个值就是定数。存在这种关系的蒸汽就是饱和蒸汽。
1.2 过热蒸汽
过热蒸汽指已超过系统温度下的饱和蒸汽压，应当凝结而未凝结的蒸汽。
过热蒸汽一般用在管道输送上，这样的话基本上没有冷凝水，减少热损失，还有一个最重要的应用就是发电，推动汽轮机。
1.3 饱和蒸汽的输送
因为过热蒸汽需要增加额外的处理，蒸汽管网输送的一般都是饱和蒸汽，在管路中，会产生很多的冷凝水。
饱和蒸汽在输送过程中由于散热，变成凝结水+蒸汽，气液两相易引起管道振动，所以在管道的低处增加疏水器，把管道中多余的水排放出来。
1.4 工业蒸汽输送管道
1.4.1蒸汽输配系统
蒸汽输配系统由三个主要部分组成，它们分别是蒸汽发生器、蒸汽主支管和蒸汽凝水排水管。工业厂房的蒸汽，一般是从室外市政管网中接入的，使用无缝钢管从市政预留处引入到工业厂房的分汽缸，再通过分汽缸分配到各使用点。
2. 蒸汽管道安装
2.1 蒸汽管道布置要求
1）管道的布置力求短直，主干线应通过用户密集区，并靠近负荷大的用户。
2）应因地制宜地确定厂区管道的敷设方法。基础架空和直埋作为蒸汽管道的两种主要敷设方式。但是工业厂房蒸汽管道一般宜架空敷设，不宜管沟敷设，更不应埋地敷设。
3）管道的走向宜平行于厂区或建筑区的干道或建筑物。
4）架空管道管底至人行道路面垂直距离一般为2.5m；管底至厂区道路路面垂直距离一般不小于5.0m。
5）支管应自蒸汽主管的顶部接出，一般情况下都应设置截断阀门，以便当建筑物内部管道系统发生故障时，可以进行截断检修，不影响全厂供热、供气。；
6）泛汽管道应引至非主要操作区或操作人员不多的地方。
2.2管道水锤
无论是输送过热蒸汽还是饱和蒸汽的管道，在系统启动或运行时，都是有可能由于暖管及散热的原因产生冷凝水。在一定外界因素的影响下，例如流动突然停止、水中气泡冷凝等原因作用下，使得冷凝水的流速急剧变化。由于流体的惯性，管道内液体压力显著、反复、迅速变化，产生水流冲击波，冲击管壁使其产生振动，并伴有似铁锤敲击的声音，这种现象称为水击（水锤）。
在蒸汽管道启动过程中，蒸汽加热管道会产生冷凝水；同样在运行过程中，由于管道向外散热的原因，也可能会产生冷凝水。特别是饱和蒸汽管道的冷凝水，冷凝水一经产生，就会不断聚集。通常由于密度的原因，冷凝水一般先从管道的底部开始积聚。如果不及时排出，冷凝水会不断积聚，液位逐渐升高。
由于蒸汽的流速最高可达30~50m/s，在液位上方高速流动，造成紊流，很容易掀起波浪。一旦波浪充满管道或拥有足够的迎风面积，就会被蒸汽推动形成水弹，以蒸汽的流速向前流动。
水弹一旦撞击到管道拐弯处或阀门位置时，流动瞬间停止，释放出动能，造成压力变化，形成冲击波，冲击管道和阀门，造成直接水击。
水击所产生的冲击力可以用公式估算。
水锤产生的冲击波是丛波，在反射波没有到来之前，上式一直成立。利用此格式可以计算一般摩阻不大的管道中最大水锤压力。很显然，当水流速度降为零时，速度能全部转化为压力能，此时V=0，
△V=-V0 水锤的最大压力可以通过公司（2）计算出来：
△P=ρg△H=ρaV0 (2)
假设水弹被蒸汽推动以30m/s 的速度前进，突然停止，发生水击。取a=1000 m/s带入上式，计算得到：
△P=1000×1000×30=3×107 Pa=30 MPa
通常由于水中含有汽包，或者水流不连续等原因，实际压力可能会小于计算值。但即便如此也完全有可能让管道或阀门发生损伤或破裂。因此，在管路设计和安装时要遵循蒸汽系统的良好工程设计及安装规范。同时，在操作蒸汽系统时，需要避免蒸汽管道阀门开启过快，否则快速产生的冷凝水来不及排放，会造成系统发生严重的直接水锤。
2.3 疏水阀组
蒸汽冷凝水排水管上的输水阀组的作用是阻气排水，使蒸汽系统保持单一气相、无凝结水，避免管道产生气阻、水锤、振动，从而保证系统正常运行。但不同设计院对蒸汽疏水阀组的设计形式各不相同，疏水阀组的组配是否合适对疏水阀的正常工作和设备的工作效率都有直接影响。只有正确地组配安装才能保证疏水阀组和设备的最佳工作效率。蒸汽管路上的疏水阀组如果组配不当，则会影响疏水阀的使用寿命，同时会引起疏水补偿、水击等，轻微时管道会发生振动，严重时会导致管道破裂。
（1）总的布置原则：——避免水锤
1）蒸汽管道一般宜架空敷设，不宜管沟敷设，更不应埋地敷设；
2）高效疏水；
（2）蒸汽管道口径大小的选型：
1）选型过大：
a:费用增加； b:热损失增加； C：形成的冷凝水增加。
2）选型过小：
a:蒸汽使用点压力下降； b：没有足够的蒸汽量； C：容易产生水锤和冲蚀。
（3）蒸汽管道系统设计：
1）正确选择管道口径；
2）疏水：在蒸汽管道的每一低点；每隔30—50米之间；在主管和分支管道的末端，在可能关闭的阀门以前；
3）沿流动方向，管道应该有一定的坡度；
4）排水点的集水罐应正确设计；
5）使用偏心缩小管，不要安装同心缩小管；
6）蒸汽支管应该从主管的上方取蒸汽；
7）过滤器应侧向安装；
8）汽水分离器应该在锅炉房、蒸汽设备的进口、减压阀和其他控制阀以及流量计的前面安装。
（4）疏水阀的种类
疏水阀有效排除冷凝水、排除空气及不凝性气体、避免泄露蒸汽，使系统高热效运行，增加可靠性。
1）机械式疏水阀（浮球和倒吊桶）：
感应蒸汽和冷凝水的密度差，冷凝水一产生就排放。这类型式的蒸汽疏水阀的工作原理运用了古老的阿基米德原理，性能可靠，能排除饱和水；但是体积比较大，较笨重。
2）热静力疏水阀 （双金属和压力平衡）
感应冷凝水和蒸汽的温度差，冷凝水在排放以前必须冷却到饱和温度以下。双金属片式蒸汽疏水阀，这种疏水阀体积小、重量轻，能排除大量空气，但是成本高。
3）热动力疏水阀
利用冷凝水通过疏水阀产生二次蒸汽，二次蒸汽高速运动，降低静压关闭阀门。这种蒸汽疏水阀体积小、重量轻、结构简单，但排空气性能较差。
在诸多型式的疏水阀中， 必须正确地选择适合某一系统中的疏水阀，因为这对系统的正常运行影响很大，选择恰当可提高热效率和节省燃料。
（5）疏水阀的选型
每个厂家的疏水阀，每个型号都有相对应的冷凝水的排量表，这个是和产品的设计有关，没有标准，每家都不一样。就拿换热器来说，计算出换热器的蒸汽使用量，蒸汽使用量等于冷凝水生成量，然后根据样板上的流量表来满足流量的疏水阀。
冷凝水发生量都是由公式计算出来的，疏水阀的选型，不管是主管还是设备，都要以满足使用条件为主，如果不同类型的几款都能满足，那根据具体情况再选择，如主管上，热动圆盘式肯定没有双金属式节能，但价格便宜很多。
在疏水阀选型时，最重要的参数就是流量，也称冷凝水排量。根据设计要求的流量再乘以设计要求的安全系数，得到安全流量，再根据疏水阀的流量图来选择在该工作压差下满足安全流量的型号。
安全系统通常为3倍，如果没有设计规定，最低不能低于1.5倍。安全系数的存在可以保证在开机预热设备或者管道时，冷凝水能及时排出。
（6）疏水阀组的型式：
1）形式一：跨接副线性
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图1 跨接副线型示意图 图示（1）
该疏水阀组设置了跨接副线，可以在不停止冷凝水排放的前提下更换疏水阀，垂直方向的截止阀可起到定期吹扫、排污的功能。但从长期使用的角度来说，疏水阀组不宜设置跨线，因为一旦跨接副线产生内漏，则蒸汽系统和凝结水系统会直接相通，导致凝结水系统被压过高，扰乱系统的正常运行。同时由于温差可能导致冷凝水二次汽化，从而产生噪声、蒸汽水锤等不利影响。更换疏水阀时，造成短时间疏水间段，在工艺上是允许的。如工艺要求设置跨接副线时，应采用双阀设置，避免内漏。
2）形式二：快速泄压型：
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图2 快速泄压型疏水阀组示意图 图示（2）
该疏水阀组在疏水阀前后设置两个与大气连通的放凝阀，在更换疏水阀时，将前后两道阀门切断，通过前后两道放凝阀放压，以便于疏水阀的换装与维修。
（d）阀同时还兼有检查阀的作用，用以检查疏水阀是否正常疏水。采用该组配方式对疏水阀前管路进行在线吹扫，从阀（a）排空时会见管路中的杂物直接扫入疏水阀，造成疏水阀阻塞失效。
3）形式三：排污防阻型
在疏水装置的正常运行期间，疏水阀较常见的一种故障是：疏水阀前的过滤器阻塞或是疏水阀体被污物堵塞，使疏水阀丧失疏水功能。在此情况下，就需要停工或者更换疏水阀，降低了疏水阀的工作效率。
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图3 排污防阻型疏水阀组示意图 图示（3）
该组配形式的特点是：排空阀（a）和正常使用的疏水阀之间采用了平行布设。这种平行布设的组配形式在正常工作时，阀（a）关闭，介质经f1和f2管端通过疏水阀进行工作；当需要管路冲洗排污时，关断阀（b）打开阀（a）排污排气。因上游管路与阀（a）在一条接管路上，杂质污物通过带压气流直接从阀（a）排至系统外。而工作管路与上游管路垂直，杂质进不到疏水阀前的管段中，从而避免了疏水阀被管段杂质阻塞，提高了疏水阀的工作效率和使用寿命。该形式如果介质流由上向下立装，布置效果更好。
3）形式四：标准型
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标准型疏水阀组示意图 图示（4）
该种组配形式考虑较为齐全，较先前的疏水阀组形式，除设置放空排污阀、疏水阀、检修阀等配件外，该疏水阀组还增加的配件包括：过滤器、视镜、止回阀。过滤器能够有效过滤官网中的杂质，保护疏水阀正常运行，也可选择带有过滤器设备的疏水阀装置，比如TD热动力疏水阀等，在维护方便的情况下，还可以缩短整个阀组的尺寸；视镜用于需要随时可观测疏水情况的凝结水回收系统，疏水阀可选择直接配备视镜，维修时只需要直接更换机芯；止回阀的作用是防止排水系统倒流串汽，当疏水阀位置低于凝结水集合管时，疏水阀不可省略，而疏水阀位置高于凝结水集合管且凝结水集合管内无压力时，止回阀可省略，在凝结水不回收的系统中，止回阀也可省略。
3 总结
选好疏水阀组，是一项重要的节能措施。据我国有关部门统计。目前全国蒸汽疏水阀组拥有量约500万套。大约有80%的产品达不到现行国家标准漏汽量小于3%的要求。每年将损失1500万吨标煤。因此，要在不同工况条件选择合适的疏水阀组。
疏水阀组对整个蒸汽系统的正常运行和节能影响很大，其工作原理虽然简单，但在实际运行中有许多因素会影响蒸汽疏水阀的工作效果，如选型、安装、品牌等。一个选型和安装都正确的疏水阀才能维持一个可靠的、高效率的工作状态，保证整个蒸汽系统的良好运行。
参考文献
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