各种蒸汽疏水阀工作原理及现状概述

当蒸汽冷凝时，它会释放出汽化的能量（潜热能）而形成冷凝水。冷凝水只含有饱和温度下水所含有的能量（显热能）。但是为了确保蒸汽系统中维持最大的热传导效率，此冷凝水必须排出系统之外，另外从锅炉中产生的一些不凝性气体和空气以及蒸汽系统起动时管道内的空气也必须排出蒸汽系统，但同时必须保留有用的蒸汽，这些功能就是由一种自动装置 - 蒸汽疏水阀来完成。

蒸汽疏水阀有各种不同的疏水方式，有些是感应密度的变化（如机械式）而动作，有些是感应温度的变化而动作排放，而有些是受通过它们的热态冷凝水本身的静压及动压之变化而感应开关的。目前疏水阀在世界范围内，按工作原理划分，主要有三大类

1、机械型蒸汽疏水阀：利用冷凝水与蒸汽之间的密度差来操作的。

    机械类疏水阀的第一大类是浮球式疏水阀，目前国际上主导的产品为杠杆式浮球疏水阀，其工作原理如图1所示。疏水阀除了排水阻汽功能外，要求具有良好的排空气性能，所有的浮球式蒸汽疏水阀均带有热静力排空气装置。有些疏水阀除了排空气装置以外，还带有蒸汽汽锁释放装置，主要应用于发生蒸汽堵塞冷凝水无法到达疏水阀的场合即所谓的蒸汽汽锁情况，如使用虹吸管排除冷凝水（旋转滚筒设备）或疏水阀前有一段长管道时。

   浮球式蒸汽疏水阀在冷凝水产生后立刻排出冷凝水，能够根据压力和负载的变化迅速排出大量的冷凝水，当对于其它类型的同口径疏水阀排量大，因此它最适合于换热要求高、设备不允许积水的各种换热设备，以及带自动温度控制的设备的最佳选择。同时该类型的疏水阀出口总是浸没在冷凝水中，具有真正意义上排水阻汽的功能。

1. 在起机阶段，热静力排空装置可排出空气，否则空气积聚在疏水阀内会引起气锁。

2. 当冷凝水到达疏水阀，浮球升起，阀门打开，热的冷凝水使排气阀关闭。冷凝水以饱和温度排出。

2. 当所有的冷凝水被排出后，蒸汽进入疏水阀。此时浮球下降，阀门关闭。阀芯总是低于水位的，以防直接蒸汽泄漏。

图1 浮球式蒸汽疏水阀的工作过程

 机械式疏水阀的另外一种主要形式为倒置桶疏水阀，其工作过程如图2所示。

1. 开车时，桶在阀内的底部，阀门处于全开，凝结水进入疏水阀后流到桶底，充满阀体，全部浸没桶体，然后，凝结水通过全开阀门排到回水管或地沟。

2. 当蒸汽从桶体底部进入疏水阀内，占据桶体内的顶部，产生浮力，桶慢慢升起，逐渐向阀座方向移动杠杆，直到阀瓣落入阀座完全关闭阀门，为了避免此时形成气阻，而此时的空气等不凝性气体会通过桶体上的排气小孔，排到疏水阀内腔的顶部。同时从小排气孔排出的蒸汽，会因疏水阀的散热被凝结成水，。

3. 当进来的凝结水开始充满桶体时，桶体开始对杠杆产生一个拉力，随着凝结水为不断升高，产生的力不断加大，直到能克服蒸汽在桶内向上的压差，桶由于重力向下掉，打开阀门。

4.阀门再次全开，积聚在疏水阀顶部的不凝性气体先排出，然后凝结水排出，水流从桶体内带动污物在压力作用下一起排出疏水阀，凝结水排放的同时，蒸汽重新开始进入疏水阀，新的一轮又循环开始。

图2 倒吊桶式蒸汽疏水阀的工作过程

倒置桶疏水阀可以应用于各种场合。在耐磨损、耐腐蚀、耐水击、防污物堵塞方面性能卓越，使用寿命长经久耐用，运行性能可靠，不易卡涩，减少维修量。同时蒸汽损失最小，真正能起到节能效果。倒置桶疏水阀在凝结水回收管上需要配置一个止回阀以防止在压力突然变化或过热时失去水封（闪蒸现象）。水封是保证倒置桶疏水阀避免泄漏蒸汽的关键之一。倒置桶疏水阀同样在蒸汽的饱和温度下排放冷凝水。

所有的机械式蒸汽疏水阀在疏水阀关闭以后，阀体内存有一定的冷凝水，因此这种疏水阀可能会受到冷冻的危害，如果安装在低温的室外环境中，阀体可以加装低温排水阀或需要保温。

2、热静力式蒸汽疏水阀

    热静力式蒸汽疏水阀根据蒸汽和过冷态冷凝水或空气/蒸汽混合物之间的温度差来工作。它可用于允许过冷台冷凝水存在的设备，可利用冷凝水中的显热能。

   波纹管式热静力蒸汽疏水阀有一个填充液体的不锈钢密封囊，其填充液体的蒸发温度低于饱和蒸汽温度。选择不同的填充液体，冷凝水的排放温度不同，一般低于蒸汽饱和温度5-10度。波纹式疏水阀可根据温度变化进行自动调节，其排水温度保持与饱和温度曲线一起变化。同时该疏水阀在冷态时是常开的，此时的排空气性能好。

1.   开机时，密封囊是冷的，热静力波纹管元件完全收缩，阀门完全打开，冷的空气和冷凝水由疏水阀排出，直到蒸汽通过疏水阀。

2.   当冷凝水温度与蒸汽的温度提高，充满液体的波纹管元件被迅速加热蒸发产生的膨胀作用于波纹管上，克服波纹管元件拉力，在蒸汽进入疏水阀前推动阀芯靠近阀座，关闭阀门。

3.   当冷凝水冷却至低于或接近于蒸汽饱和温度的设定温度，不平衡压力使波纹管收缩，阀再次打开，排放出冷凝水。

图3 热静力波纹式蒸汽疏水阀工作过程

    双金属蒸汽疏水阀的工作原理是众所周知的双金属片的感温特性来工作。其工作过程如图4所示。双金属的工作曲线近于蒸汽饱和曲线，双金属疏水阀一般低于蒸汽饱和温度25-30度时排放冷凝水以充分利用冷凝水中的显热。双金属蒸汽疏水阀容易受背压大小的影响，背压增大将降低排放温度，增加了设备的积水量。

1. 起机阶段阀门是打开的，冷凝水和空气迅速排放。

2. 热的冷凝水通过疏水阀，双金属片组被加热后膨胀，推动阀芯靠近 阀座。当冷凝水排放温度接近蒸汽温度时，阀门关闭。

3. 冷凝水冷却，双金属片组 收缩，阀门再次打开，又排放冷凝水。工作不断循环。 

图4 热静力蒸汽疏水阀-双金属式疏水阀的工作过程

    热静力蒸汽疏水阀的优点在于：体积小，重量轻，同时有较大的冷凝水排量，冷态时完全打开，排空气性能好，安装于室外不会受到冰冻损坏，耐水锤、腐蚀。是伴热以及非关键蒸汽设备的理想选择。

    热静力蒸汽疏水阀的缺点在于：低于蒸汽饱和温度排放冷凝水，因此不能用于要求立即排放冷凝水的加热设备，为了避免换热设备的积水，热静力疏水阀前必须安装1-2米的冷却管。双金属式疏水阀对温度变化的反应相对较慢。

3、热动力蒸汽疏水阀（圆盘式蒸汽疏水阀）

    热动力蒸汽疏水阀（在国内又称为圆盘式蒸汽疏水阀）由于其结构紧凑、原理简单、工作可靠等特点在国内外被广泛使用，甚至达到被“滥用"的程度。热动力蒸汽疏水阀的工作原理如下图所示。它是根据低速冷凝水与高速闪蒸蒸汽之间的“动力"压差来工作，整个工作过程只有一个活动部件 – 不锈钢碟片，

图5 热动力蒸汽疏水阀的工作过程

    1.起机时，进口压力作用于碟片下部，顶起碟片，空气和较冷的冷凝水立即排出。

    2.当仅低于蒸汽温度的热冷凝水流经疏水阀时，压力降低产生闪蒸蒸汽。高速的闪蒸蒸汽在碟片下方产生一个低压区，使碟片靠近阀座。

    3.同时，集聚在碟片上方的闪蒸蒸汽也使碟片压紧阀座内环及外环。  

    4.由于顶盖的散热，碟片上方的闪蒸蒸汽冷凝，压力下降，碟片再次升起，排出冷凝水。工作循环不断重复。
 

    由于热动力蒸汽疏水阀的工作原理要求进入疏水阀的压力不低于一定的值，同时疏水阀的背压一般不能高于进口压力的50%，否则疏水阀将不能正常工作。另外，热动力疏水阀为间歇式排放。因此，热动力疏水阀一般不能使用于对加热效率高同时带有温度控制设备的换热器的应用。热动力疏水阀一般应用于定压系统的冷凝水排放，如蒸汽主管道、拌热管线、压烫机等的应用。

热动力蒸汽疏水阀在关闭过程中，阀芯和阀座之间有强烈的冲击，如果阀芯和阀座的材质选择不当、加工处理不合理，很容易造成阀芯和阀座的磨损，大大降低疏水阀的使用寿命。总的来说，热动力蒸汽疏水阀具有体积小、重量轻，自动运行于其工作压力范围，无须调节，可用于高压和过热系统中。