减温减压装置

减温减压装置（精选7篇）

减温减压装置 篇1

1 引言

在工业生产过程中,要按现场要求将蒸汽温度控制在某一允许范围之内,通常采用安装减温减压装置来调节蒸汽温度。然而,由于温度变化而引起的应力集中和材料不合理等原因常常造成减温减压装置内部产生裂纹。本文采用ANSYS软件对新型水喷射式减温减压装置的易坏部位-支承环进行了分析设计,能够有效降低设计成本,缩短设计时间,可深入地了解材料应变的部位及变化规律,尤其对于应力接近超出材料屈服极限情况下做出准确判断,能够对受热和受压时材料的应力变化进行非常直观的分析,做到设计合理,达到现场应用各项技术指标要求。

2 易坏部位支承环ANSYS有限元分析

新型减温减压装置是针对某石化公司现场实际需求进行改进设计的,从现场运行情况可知支承环是其中的易损部件,本文采用ANSYS对其进行结构分析设计。

2.1 建立几何模型

采用Pro/E软件建立支承环的三维模型,将其保存为iges形式,读入到ANSYS环境。由于该支承环为轴对称件,而轴对称是比较经济和方便计算的,因此我们采用该件的1/4进行实体建模,如图1所示。

2.2 定义单元属性

对照GB1501998钢制压力容器及标准释义,根据新型水喷射式减温减压装置的材料属性选用了弹性模量EX=193GPa,泊松比PRXY=0.3。

2.3 选择单元类型及划分网格

ANSYS提供了120多种单元类型,不同的单元类型适用于不同的分析对象。选择合适的单元类型是进行各类有限元分析的基础,在满足计算精度的同时可以有效的简化单元划分的难度。实体单元类型也比较多,实体单元也是实际工程中使用最多的单元类型。常用的实体单元类型有solid45、solid92、solid185、solid187等几种。

新型水喷射式减温减压装置在现场工作需要较高的精度,因此选择带中间节点的四面划分,而每个单元有10个节点,总节点数比较多编号大的往往意味着在某些方面有优化或者增强,所以选择solid187,如图2所示。

利用网格划分器划分几何模型单元,将智能网格划分器(Smart Sizing)设定为“on”,将滑动码设置为“8”,如图3所示。

2.4 添加约束

由于此壳体的实际工作状况是特制框架固定的,在纵向上没有位移,所以根据实际情况,对入口与出口施加位移约束,又因为壳体为轴对称构件,所以在建模对称面上施加对称约束,如图4和图5所示。

2.5 施加载荷

壳体在工作中,里面充满最大值约为10.03MPa气体压力,为保证机构的正常工作,在模型支承环表面上输入的压力值为10.03MPa,如图6所示。

2.6 求解

在求解计算时将新型水喷射式减温减压装置壳体固定,求解控制面板中设置分析类型为静态,大变形效应,并且不考虑非线性影响。把上下表面作为约束面,X、Y、Z三方向自由度为0。

本文中采用迭代的方法进行求解,收敛效果较好,保证所得数据的可靠性和有效性。

2.7 结果分析

求解完成后,采用ANSYS软件对生成的结果进行后处理。静力分析中通过pos1后处理器处理和显示结果和数据。

(1)绘等效应力图

通过图7可以看出受力最大处位于压力容器内缘出口处,最大压力为221.784MPa。

(2)绘位移图

从图8中可以看到在受压力作用下X、Y、Z方向受力变形量,进出口处变形量最大,X方向最大位移为0.122×10-7mm,Y方向最大位移为0.194×10-4mm,Z方向最大位移为0.251×10-4mm。

通过以上计算,支承环承受的最大应力为221.784MPa,而所用材料为SA182GR.F304H没有超出该材料的许用应力为300MPa,又因为此壳体在X、Y、方向受力变形量数量级(10-5)非常小,满足实验工作情况,表示此壳体设计方案满足产品的设计要求。

3 结语

通过采用ANSYS有限元软件进行设计分析,该压力容器最大应力为221.784MPa,没有超出材料的许用应力(300MPa),表明设计没有使产品产生缺陷变形,符合现场要求。通过ANSYS软件对材料进行结构静力学分析,可以清楚直观地看到,在减温减压过程中,减温减压装置壳体所承受最大压力的位置,最大变形出现的位置,为设计工作提供了可靠依据。在最大应力集中的区域,都没有超过材料的许用应力,设计合理,表明新型水喷射式减温减压装置的结构设计符合现场技术指标要求。

参考文献

[1]叶先磊,史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例[M].北京:清华大学出版社,2003.

[2]王莹.喷水减温器动态试验和仿真研究及汽水喷射器结构优化计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2001.

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[4]张胜民.基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析[M].北京:清华大学出版社,2003.

减温减压装置 篇2

在运行通汽前，检查蒸汽用户准备工作情况，并通知上游供汽部门，做好运行准备。对减温减压装置及通向用户的管道部件暖管。暖管前，先将减压阀稍微开启（约开启总行程的2%），然后将切断阀（减压阀前面）慢慢打开，利用入口蒸汽预热减压阀、蒸汽管道、及通向用户的管道和附件，暖管时间不能少于30分钟。暖管正常后，逐渐打开减压阀前面的切断阀，以每分钟0.1~0.15Mpa压力进行升压，在升压的同时，控制柜仪表手动操纵减压阀，以保证蒸汽压力在规定范围内。当蒸汽温度高于用户所需温度时，打开水泵进出口处的阀门及至减温调节阀的节流阀，开启水泵，控制柜仪表手动操纵减温调节阀，以保证蒸汽温度在规定范围内。压力、温度接近正常后，即可将控制柜仪表投入到自动控制状态运行。用户停止用汽时，减温减压装置停止工作，预先通告上游供汽部门。先逐渐关闭入口处切断阀，然后控制柜仪表操纵关闭减压阀和减温调节阀使蒸汽压力和温度渐渐降低，水泵停止运行，关断水泵出口处至减温调节阀的两只截止阀。确认断汽，断减温水。再次运行通汽仍需按以上步骤操作。

应急处理

1、当设计流量很大，而实际使用流量低于设计流量的10 %时，应由自动控制状态切换到手动控制状态，用手操控制减压阀和减温调节阀，同时，关小入口切断阀来控制流量，防止装置的异常升压。

2、当用户用汽量迅速减少时，会造成装置的异常升压，影响安全。此时，不能通过关小减温减压装置出口处的切断阀来控制流量，而应通过逐步关小减温减压装置入口处的切断阀来控制流量。应将自动控制状态切换到手动控制状态，用手操控制减压阀和减温调节阀来控制流量。在装置出口处装设对空排汽阀的，也可通过打开对空排汽阀排汽，防止装置的异常升压。

3、当减压阀和减温调节阀出现故障，影响设备安全运行时，应及时关闭减温减压装置入口处切断阀，排除故障后才能投入运行。

4、当自动控制系统出现故障，应立即切换到手操状态，排除故障后才能投入自动运行状态。

减温减压装置 篇3

2010年7月, 莱斯利控制设备有限公司 (www.lesliecontrols.com.cn) 获得普莱克斯中国有限公司高压蒸汽减温减压器订单, 所提供的减温减压装置被安装在普莱克斯公司在安徽无为的项目。此项目空分单体设备容量为78 000m3/h, 是迄今为止中国最大的单体空分设备, 产出的氧、氮等气体将供给安徽华谊甲醇一期工程。

莱斯利公司作为高压蒸汽整体解决方案的提供者, 不仅提供此项目所需的减温减压器, 还给整个减温减压装置提供配套的安全阀、关断阀、测温测压元件以及管道、疏水设备等。

创立于1884年的莱斯利公司工厂位于美国佛罗里达州的坦帕市, 自成立之日起一直致力于为蒸汽行业提供完整、优质的解决方案, 自1960年以来成为美国海军和西屋电力的指定供应商。莱斯利公司于2003年进入中国市场, 现已成功建立以深圳、北京、上海以及重庆为支点的销售和技术服务网络。

减温减压装置 篇4

热电企业承担着发电供热的双重任务,虽然供热主要是靠汽轮机抽汽来获得(抽汽供热方式)的[1,2,3],但为了满足热用户的需求以及提高热网系统的可靠性和运行调节方式的灵活性,热电企业常常配以减温减压器作为备用和补充汽源,这时锅炉生产出的高温高压蒸汽直接送入减温减压器,经过降温降压后供给热用户,即直供热方式。2种供热形式经济性差别很大,汽轮机抽汽供热属于热电联产运行模式,其对资源利用最为合理、最为经济;而减温减压器直供热属于热电分产运行模式,它是以牺牲蒸汽有用能为代价的,存在较大的资源浪费[4,5]。而目前热电厂并没有将这部分可用能损失计入供热煤耗中。因此,当2种供热模式并存时,供热煤耗明显偏低。文中对减温减压器可用能损失进行了分析和计算,并在此基础上对供热煤热提出了一个新的数学模型,为热电厂技术经济分析提供了一种更为实用的计算方法。

1 供热煤耗计算研究现状

目前现行的有关热电厂供热煤耗率统计、计算主要是以行业标准《火力发电厂经济指标计算方法》(DL/T904—2004)以及2001年1月1 1日国家计委、国家经贸委和建设部联合发布的“热电联产项目可行性研究技术规定”[2000]1268号文的相关标准为依据的,下面就以这2个现行标准介绍供热煤耗的计算方法。

1.1 供热煤耗计算方法

在《火力发电厂经济指标计算方法》(以下简称《指标计算方法》)中规定供热煤耗率按式(1)进行计算:

式中:br为供热标煤耗率;Br为供热耗标煤量;Qr为对外总供热量。

Br、Qr计算公式为:

式中:Qh为锅炉总产汽热量,其中一部分热量通过汽轮机或减温减压器对外供热,另一部分热量通过汽轮发电机发电;αr为供热比,表示对外供热占总锅炉产汽热量百分比;Bb为热电厂总耗标煤量。

但在式(1)中br仅考虑了总耗煤量的一次分摊,而厂供热用电量所需燃料费(二次分摊量)没有考虑进去。“热电联产项目可行性研究技术规定”(以下简称“技术规定”)考虑了二次分摊,推荐供热标煤耗br采用式(2)进行计算:

式中:ηgl为锅炉效率;ηgd为热网管道效率;εr为供热厂用电率;bdp为发电标准煤耗率。

无论是《指标计算方法》还是“技术规定”,对供热煤耗的计算都是以热量法为理论基础,区别在于前者为正平衡法,后者为反平衡法,所得结果基本一致。目前,在实际运行的热电厂中仍多采用《指标计算方法》中的式(1),它的主要优点在于供热、发电用标煤量依据供热比进行分摊,物理意义直观,计算简便,且操作性强;计算数据易采集,便于进行日常能耗指标的跟踪分析。因此,热电厂之间目前也常以此计算结果来进行经济分析比较。

1.2 现行计算方法应用局限性

在1.1节中介绍的计算方法主要适用于抽汽供热的热电联产机组的供热煤耗计算,煤耗大小主要取决于外供热量的大小,而没有考虑获得热量的途径或代价。因此,对于含锅炉直供的热电分产而言,由于热量是通过减温减压器来获得的,该过程中的热能损失未量化分摊到煤耗中。因此,该计算方法对于直供热方式存在一定的局限性,也就是说它无法比较汽轮机抽汽供热和减温减压器供热实际能耗水平。本文提出一种考虑减温减压器可用能损失后的供热煤耗率计算模型。

2 供热煤耗率计算模型

考虑可用能损失的供热煤耗率计算模型是在式(2)的基础上,对分母上的供热系统效率项,除了考虑锅炉效率、管道效率外,还人为增加一个减温器可用能利用效率,这样既符合该公式的物理意义,又能在供热煤耗中反映可用能损失的大小。具体计算式公式为:

式中:ηjwy为减温减压器可用能利用效率(%)。

由式(3)可知,考虑减温减压器可用能损失后的供热煤耗率计算并不复杂,只有可用能利用效率是计算量,锅炉效率、管道效率仍然是选定值。

3 实际案例分析

3.1 热电厂供热情况介绍

某热电厂共有4台俄产E420-13.7-560KT型超高压锅炉,2台俄产ΠT-140/165-130/15-2型供热式机组,主蒸汽系统为集中母管制,供热主要以石化工业用汽为主。该厂用汽特点:一是供热量大,平均热负荷达到700 t/h左右;二是供热压力等级多,共有3种不同供热压力等级,分别为5.0 MPa、2.5 MP和1.6 MPa;三是既有抽供又有直供,其中1.6 MPa为机组抽汽供热,5.0 MPa和2.5 MPa 2个压力等级为新蒸汽经减温减压器直接供热;四是直供热比重较大,并且为连续稳定的大负荷。5.0 MPa和2.5 MPa 2个压力等级的直供热总量比例达到25%左右,该电厂直供热所占比例高、负荷大,是新蒸汽经减温减压器供热的典型案例。

3.2 减温减压器可用能损失分析与计算

高温高压的新蒸汽进入减温减压器后,与减温水混合并经节流降压形成了二次蒸汽,即供给热用户的直供热。如果根据热力学第一定律来分析,工质除了装置本身的散热损失外,进出装置的总热量并无减少,能量是守恒的;但如果对照热力学第二定律,就能看出这个时候存在着能量“品位”的降低。热能的“品位”高低直接取决于热介质的压力和温度,且蒸汽压力、温度越高,“品位”越高,其可用能越大,做功能力越强;反之,低参数的蒸汽“品位’越低,可用能越小,做功能力也越差。在直供热方式中,锅炉产生的“高品位”的新蒸汽,全部通过减温减压方式人为地将其“品位”降低,使蒸汽的可用能减少,这是能源利用过程中的极大浪费。

结合该电厂直供热工艺流程及相关运行参数,对减温减压器可用能损失进行具体分析计算。减温减压器进出口工质运行参数如图1所示。

3.2.1 5.0 MPa等级减温减压器可用能损失及可用能利用效率计算

(1)新蒸汽流量及减温水量的计算。图1中所标注的工质参数均来自实时监测数据,该过程是绝热节流减压过程,减温水喷入过程属于2种不同状态参数工质相混合而不引起化学变化的过程,忽略减温减压过程散热损失,能量平衡方程为:

式中:D1为新蒸汽质量流量;h1为新蒸汽比焓,3 476 kJ/kg[4];D2为减温水质量流量;h2为减温水比焓,635 kJ/kg[4];D3为二次蒸汽质量流量,140 t/h;h3为二次蒸汽比焓,3 329 kJ/kg[4]。质量平衡方程为:

将已知数据代入式(4)、式(5),联立后可求得:

(2)新蒸汽和二次蒸汽的可用能计算。将减温减压过程的蒸汽流动简化为稳定流动,新蒸汽和二次蒸汽的可用能计算公式为:

式中:E1为单位质量新蒸汽可用能;E3为单位质量二次蒸汽的可用能;S1为新蒸汽比熵,6.599 kJ/kg·K[4];S3为二次蒸汽比熵,6.935 kJ/kg·K[4];S0为环境状态下蒸汽比熵,7.323 kJ/kg·K[4];h0为环境状态下蒸汽比焓,2 618 kJ/kg[4];T0为环境温度,取298 K。

将所有已知数据分别带入式(6)、式(7),求得:

E1=1 073.752 kJ/kg,E3=826.624 kJ/kg

(3)单位时间可用能损失。单位时间新蒸汽的可用能降△E为:

新蒸汽可用能损失率η为:

新蒸汽可用能利用效率ηjwy为:

3.2.2 2.5 MPa等级减温减压器可用能损失及可用能利用效率计算

2.5 MPa等级可用能损失计算方法与5.0 MPa等级可用能损失计算方法相同,当直供热(二次蒸汽)流量D3为34 t/h,同理可求得(计算过程省略):

(1)减温减压器前主汽流D1=30 t/h;减温水流量D2=4 t/h。

(2)减温减压器后单位质量蒸汽的可用能E3=622.672 kJ/kg。

(3)单位时间主蒸汽的可用能降△E=1 1 041 MJ/h。

(4)新蒸汽的可用能损失率η=0.34。

(5)新蒸汽可用能利用率ηjwy=0.66。

3.3 考虑可用能损失的供热煤耗率计算

锅炉效率ηgl取平均运行效率0.93,热网管道效率ηgd取设计值0.99,供热厂用电率ε取月平均值12 kWh/GJ,发电煤耗率bdp取月度平均值0.284 kg/kWh,计算过程如下。

(1)按直供热流量加权计算2级减温减压器总可能利用率,ηjwy=(140×0.82+34×0.66)/(140+34)=0.79。

(2)未含直供热可用能损失的供热煤耗率,br=34.12/(ηglηgd)+εrbdp=34.12/(0.93×0.99)+12×0.284=40.5 kg/GJ。

(3)含直供热可用能损失的供热煤耗率,br=34.12/(ηgηgdηjwy)+εrbdp=34.1 2/(0.93×0.99×0.79)+12×0.284=50.3 kg/GJ。

计算结果表明,直供热可用能损失使供热煤耗率升高约10 kg/GJ,这说明直供热方式明显比抽供热成本高。如果2级直供蒸汽可用能损失被合理回收利用,利用蒸汽余压发电,可增加发电量约8 000 kWh,进一步表明减温减压器所造成的新蒸汽可用能损失是非常大的,应该纳入到日常技术经济分析中。同时,在应用条件成熟时,应采取更加经济高效的替代方案,从根本上实现节能增效。

4 结语

通过对减温减压器可用能损失的分析计算,说明实际运行的热电厂新蒸汽可用能损失是可以被量化的,而且也可计入到供热煤耗中,虽然不是精确计算,但可作为分析供热经济性的辅助指标。比较直供与抽供2种供热方式在能耗水平的差别,对热电厂的技术经济分析工作具有积极的指导意义。

参考文献

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[2]电力节能技术丛书编委会.火力发电厂节能技术[M].北京:中国电力出版社,2008.

[3]严家录,余晓福.水和水蒸汽热力性质图表[M].北京:高等教育出版社,1995.

[4]DL/T904-2004火力发电厂经济技术指标计算方法[S].北京:中国电力出版社,2005.

减温减压装置 篇5

1 工作原理

高压过热蒸汽通过减温减压阀的节流套筒和带孔阀芯时发生小孔节流现象,蒸汽压力降低。在阀芯内部降压后的过热蒸汽与来自给水调节阀的适量冷凝水汇合,在过热蒸汽中冷凝水经过吸热、升温、汽化与蒸汽混合等过程来吸收过热蒸汽的显热,从而降低过热蒸汽的温度。若过热蒸汽的压力降很大,减温减压阀的降压无法满足要求时,需在二次蒸汽的管道内加节流孔板,孔板的数目可以根据工程计算来确定。

2 节流套筒节流特性分析

2.1 节流降压级数N的确定

节流降压各级压强按几何级数下降,计算公式如下:

式(1)中:P1——节流套筒前的过热蒸汽压力,MPa;P2——二次蒸汽最终的压力,MPa;n——节流级数;q——压降比,9≤1。

根据文献[2]可知,确定各节流降压的压降比值ε以及节流级数N,计算公式如下:

式(2)中:Pm——小孔喷注前的排气压力,MPa;P1——阀前压力,MPa。

对于过热蒸汽一般取ε=0.546。

2.2 节流套筒节流面积的确定[3]

式(3)中:K——过热蒸汽,K=13.4;μ——流量系数,μ=1.15～1.2;G——蒸汽流量,t/h;V1——节流前高压过热蒸汽比容,m3/kg;P1——节流前的过热蒸汽压力,MPa。

2.3 节流套筒上节流孔数的计算与选定

节流套筒上的节流孔数目由所需流通面积S和所开节流孔的直径d决定。对于节流装置,孔径选取范围一般在10～20 mm,但实际应用中,以不超过10 mm为宜。根据制造加工需要,节流套筒上实际开孔数会略有增加,但不影响工程的实际效果。

2.4 节流孔孔距的选取及排布方式

在选定适当的孔径比φ(节流孔直径d与节流套筒内径D的比值)和孔径d之后,孔心距t由t=φd求得。在实际应用中,孔心距取孔径5～10倍或更大,以避免蒸汽扩散后再汇合形成大的喷注而产生混合喷注噪声。节流套筒以及阀芯上的小孔排布均遵循正三角形错列原则,如图1所示。

每个小孔与相邻一层最近的2个孔形成三角形的关系。其优点是每个小孔处的应力相同,不会因为应力集中而降低结构的强度,延长了使用寿命;保证执行器运行的过程中流量在不断变化,充分体现调节阀的线性流量特性。

3 噪声的危害

减温减压阀处理的是高压过热蒸汽,会在减温减压阀处产生很强的振动与噪声,由此产生的危害主要表现在以下几方面:①对减温减压阀阀芯冲蚀严重,降低生产效率,缩短减温减压阀的使用寿命。若高压过热蒸汽产生的噪声频率与减温减压阀的固有频率相近或相等,则会发生共振,对阀体造成破坏性损伤。②长期在强噪声环境下工作,工作人员内耳听觉组织会受到损伤,造成耳聋[4]。③在强噪声环境下工作效率下降,工作人员工作差错率明显提高。因此,对系统进行振动与噪声的特性研究具有重要意义。

4 节流套筒降噪量数值计算

节流套筒与带孔阀芯的组合相当于节流降压消声器,在距离减温减压阀喷口垂直方向1m处的排气噪声级LA及其空管排空时距喷气管口垂直方向1 m处的排气噪声级LAD计算如下[5]:

式(4)中:S1——节流套筒的流通面积,mm2;P1——节流套筒前过热蒸汽的绝对压力,MPa;Pm——流进带孔阀芯时过热蒸汽的压力,MPa;△LA——小孔的消声量,dB(A)。

式(5)中:D——二次蒸汽流通管径,mm;M0——空气分子量,M0=28.8;M——排出气体分子量,过热蒸汽M=18;G——过热蒸汽的流量,t/h。

5 总结

节流套筒是减温减压阀的重要元件,对节流套筒结构尺寸进行合理的设计,使其既满足节流降压的要求,又达到消声降噪的目的,对于工厂员工的工作环境健康以及企业的发展前景都有深远的意义。

参考文献

[1]高峰.蒸汽节能:应用技术及实施方案[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]王莹莹,张新宇.锅炉排气放空消声器试验研究[J].钢铁技术, 2000(7):43-45.

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[4]李耀中.噪声控制技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

减温减压装置 篇6

1 减温减压器简介

1.1 减温减压器原料

(1)高压蒸汽。此蒸汽为外送原料,温度为390℃、压力为3.5 Mpa。

(2)中压蒸汽。中压蒸汽部分为外送蒸汽,用于减温减压为低压蒸汽、供应装置及冬季采暖,另一部分为高压蒸汽减温减压获得,满足用户需求。温度为220~300℃、压力为0.68~0.35 Mpa,属于减温减压器产品,流量为60 t/h。

(3)低压蒸汽。低压蒸汽由中压蒸汽减温减压获得,温度为145~250℃、压力为0.15~0.35 Mpa。属于减温减压器产品,流量为41 t/h。

(4)冷凝水。供应减温减压过程,温度为40~90℃。

1.2 减温减压器蒸汽减压节能原理

随着蒸汽压力的降低,蒸汽的蒸发潜热升高。所以蒸汽输送的原则是高压过热输送,低压饱和使用,因此蒸汽入户必须设减压站。

2 减温减压器现状分析

2.1 减压过程及原理

减温减压器所用的减压设备为杆式减压阀,用来调节压力。并与电动执行机构配合使用。减温减压器原理是减压依靠节流阀的节流降压的作用,如图1所示。

2.2 存在问题

中压减低压减温减压器,因用气量不稳定等因素影响,在运行中操作较困难。在冬季采暖和伴热期运行时,经常出现因蒸汽管网的压力波动较大,使减温减压器出口压力突升和突降,运行期间还时常出现压力表冻堵等问题,对减温减压器的安全运行造成很大的影响。目前使用的杆式减压阀存在操作困难,造成一定的能量浪费。

2.3 造成操作困难的主要原因

(1)各蒸汽用户的用气量不稳定,多间断使用或气量调节较频繁,使蒸汽管网的压力波动较大。

(2)减温减压器的蒸汽自动调节阀精度较低,漏气量较大,在出现气量波动时,自动调节不能有效的稳定蒸汽管网的压力。

(3)现场压力表因位置离蒸汽管线较高,在气温较低的时候,常会出现冻表的问题。

(4)自产的低压蒸汽送至整个厂区低压蒸汽管网,因其外送量时有变化,减低减温减压器运行中,将不断的调节以维持低压管网压力稳定。

(5)减温减压器的安全阀位于巡检路线上,运行期间如果发生起跳,将会对操作人员造成伤害。

3减温减压器存在问题的采取措施

3.1 安全问题

为保证减温减压器的运行中,避免安全阀起跳时,对周围的操作人员造成伤害,在减温减压器周围设置防护栏,以隔离操作人员接近减温减压器安全阀,以保证操作人员的安全。

3.2 压力表冻坏问题

针对压力表冻坏问题,联系仪表人员对减温减压器的压力调节系统,进行了细致的检查,并对操作现场损坏的仪表箱进行了部分更换,保证减温减压器仪表的完好备用。对减温减压器的各伴热管线、阀门进行检查和维修,以保证伴热系统的完好。对减温减压器现场的一次压力表,进行改造。降低压力表与蒸汽管线的位置,并与本体一起保温处理,消除气温低冻表的问题。

3.3 调节阀问题

针对用户用气量不稳定,减温减压器压力调节阀漏气量大的问题,应对中压减低压减温减压器的操作进行优化。

根据近几年的运行操作经验,在初冬季节,由于采暖温度较低,并且在白天气温较高时,还会出现降低采暖温度和停止浮头换热器进汽加热的情况。这一阶段厂区伴热管线刚投用,出现问题检修的机会较多,用气量波动较大。一般中压减低压减温减压器的供蒸汽量在2~7t/h。而中压减低压减温减压器的额定供气量为36 t/h,此时减温减压器的调节较为困难。在深冬采暖温度较稳定,并且伴热用气量也相对稳定,此时的减温减压器供气量在10~20 t/h左右,减温减压器的运行相对较稳定。

3.4 建议

针对问题,目前采取的只是维持减温减压器的安全稳定运行暂时性措施。为了能够更好的保证安稳运行及节能降耗,建议将杆式减压阀改为自立式调节阀。自立式调节阀(蒸汽减压阀)无需外加能源,利用被调介质自身能量为动力源引入执行机构控制阀芯位置,改变两端的压差和流量,使阀前(或阀后)压力稳定。具有动作灵敏、密封性好、压力设定点波动小的优先,而且能在无电无气的场所工作,既方便又节约了能源。

4 结论

一体式与分体式减温减压器的比较 篇7

1 减温减压器简介

减温减压器的动态工作过程是比较复杂的, 其工作原理大致可分为两个过程, 即减温和减压, 如图1~2所示。单纯的减温过程:向高温蒸汽中通入减温水, 减温水蒸发吸收热量, 实现高温蒸汽降温, 减温过程的核心为减温水的蒸发以及与高温蒸汽的混合。通常的减温器主要有固定喷嘴式减温器、文丘里式减温器、蒸汽雾化式减温器等[2], 如图3~5所示。固定喷嘴式减温器为最简单的一种减温器, 工作原理为减温水经喷嘴雾化再与高温蒸汽混合;文丘里式减温器是通过局部缩径, 高速流动的蒸汽产生负压[3]从而将减温水吸入到高温蒸汽中, 达到混合降温的目的;雾化式减温器是将高压高温蒸汽提前引入减温水喷嘴, 通过蒸汽使减温水高速喷射, 水滴呈微粒状, 大大强化了雾化效果, 水迅速蒸发, 使蒸汽降温。其中, 雾化式和固定喷嘴式减温器, 要求减温水压力要高于蒸汽压力, 对于雾化式减温器, 一般比蒸汽压力高0.4~0.6MPa[2], 而固定喷嘴式减温器要求更高。对于文丘里式减温器, 由于产生局部真空, 减温水能被直接吸入, 因此其压力可以比蒸汽压力低。

单纯的减压过程:宏观来说, 减压阀是控制阀的开度来调节蒸汽的流量, 降低压力。从流体力学角度, 高压蒸汽通过节流元件时局部流通面积减小, 流速增加, 导致局部阻力损失很大。根据柏努利原理, 缩径区域局部压力大大降低, 经过下游的扩展区后, 速度下降, 压力再增加, 但因为内部紊流和能量损失, 下游压力不会恢复到与上游压力完全相同, 从而实现降压目的。减压过程的核心为节流元件, 节流元件按节流方式分为节流孔、环形通道和文丘里等[4]。不同的节流元件原理基本相同, 均为增加局部阻力, 使蒸汽能量损失。

减温器与减压器组合后即成为减温减压器, 不同型式的减温器与不同型式的减压器组合构成了现在多种多样的减温减压器。根据减温和减压是否在同一个阀内进行可分为一体式减温减压器和分体式减温减压器。

1—减温水阀;2—混合段

1—减压阀;2—扩径段;3—混合段

3 一体式和分体式减温减压器

一体式减温减压器指的是减温和减压在同一个减温减压阀内进行, 如图6所示, 高温高压蒸汽减压的同时, 加入减温水, 实现减压和减温在同一个阀内进行, 阀后一般设有一段直管混合段。分体式减温减压器指的是减温和减压不在同一个阀内进行, 如图7所示, 高压蒸汽先经减压阀减至需求压力后再喷入减温水, 减温水喷入点在减压阀之后, 减压阀与减温水喷入点之间有一段直管段, 减温水喷入点之后还有直管混合段。

1—减温减压阀;2—减温水阀;3—扩径管;4—混合段

1—减压阀;2—减温水阀;3—扩径管;4—混合段

严格来说, 一体式减温减压器又分为两种, 第一种为减温水在阀内节流元件前加入, 即减温水在减压前加入, 如图8。第二种为减温水在阀内节流元件后加入 (包括在节流元件侧面加入的[5]) , 即在减压后加入减温水, 如图9。分体式减温减压器与第二种一体式减温减压器从总体型式上来说基本一样, 减温水均是在节流减压元件之后加入的, 所不同的是分体式减温减压器减温水入口与减压元件之间有一段直管段, 这段直管段的长度与减温水的加入方式有关。当采用环喷式喷嘴时, 喷嘴不受节流后的高速蒸汽冲蚀, 喷嘴与节流元件的距离可以很短, 从而能在一个阀内实现;当采用固定式插入管线中心的喷嘴时, 为避免高速蒸汽的冲蚀[6], 喷嘴与减压元件之间须有一定的距离, 为避免阀门单体尺寸过大, 将减温器与减压器分开, 此即为俗称的分体式减温减压器。因此, 分体式减温减压器与第二种一体式减温减压器在整体特征上非常相近。

4 特点比较

调节阀起减压作用的为减压元件, 根据压降比的大小选择减压级数, 由于压差过大, 单级减压会出现汽蚀问题[5], 因此对于压差大的情况, 宜设置多级减压。为降低减压噪音, 阀内减压元件一般设置为降噪笼结构[7], 降噪笼又可分为节流孔型[7]和迷宫型[8]等。对于第一种一体式减温减压器, 减温水通过阀杆小孔进入阀杆内, 顺着阀杆流向喷嘴, 通过漩流器等雾化器将减温水雾化, 喷出后与经过一道减压的次高压蒸汽在降噪笼内混合, 再经降噪笼减压至目标压力[9]。降噪笼既起到了减压的作用, 同时也起到了混合的作用, 相当于是分体式减温减压器的直管混合段, 因此此种结构减温减压器, 阀后直管混合段一般无要求或仅要求有一小段, 如亚威蒸汽减温减压阀阀后直管段仅要求10倍[9]管径即可。对于第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 高温高压蒸汽降噪笼减压之后喷入雾化减温水减温, 由于减压后的高温蒸汽与喷入的减温水直接在管道内混合, 喷出的减温水为细小的温度相对较低的粒状液滴, 实为液相, 需要吸收热量蒸发为气相。为使减温水有足够的时间蒸发且避免高速带液蒸汽对管道弯头的冲蚀, 需在减温水喷入点后留有足够长的直管混合段, 长度与减温水的雾化效果有关。通常固定喷嘴式直管混合段要求为8~12m, 文丘里式减温器直管混合段要求为7~9m, 雾化式减温器直管混合段为5~7m。因此, 第一种一体式减温减压器对阀后直管混合段的要求一般比第二种一体式减温减压器和常规分体式减温减压器对直管混合段的要求短。

从减温减压器的结构来看, 第一种一体式减温减压器减温水进入阀杆, 提前经过一段预热, 再经内喷嘴雾化喷出与高温蒸汽混合。在阀杆内, 减温水提前被高温蒸汽预热, 喷出后雾化水与高温蒸汽的温差减少, 有利于消除或降低喷嘴周围金属热应力疲劳。但是由于喷嘴主体在阀内, 喷嘴内减温水流速很高, 且喷出瞬间夹带液滴, 对喷嘴以及降噪笼都会造成极大的冲蚀, 影响阀门的寿命。第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 减温水直接喷出与经过降压的蒸汽混合, 虽然高温高压蒸汽经过绝热节流膨胀, 但蒸汽温度下降并不明显, 与减温水的温差相对更大, 对喷嘴周围金属的耐热应力要求相对更高。但由于喷嘴主体结构在阀体外部, 且一般考虑环喷或者中心喷, 对阀体本身的冲蚀相对较小, 阀门的寿命相对较长。

从以上分析, 阀门内部冷热介质接触易造成金属热应力疲劳的部位不同, 特别是对于高温差工况, 如高压蒸汽 (9.8MPa) 温度在500℃以上, 与减温除氧水温度相差300℃以上, 应力疲劳将成为阀门寿命的致命影响因素。对于第一种一体式减温减压器, 虽然减温水经过一段预热, 但温差并没有消除, 低温水与高温蒸汽交汇主要在阀杆和降噪笼处, 而降噪笼后二次蒸汽基本不带液, 且温度均匀, 管子不易开裂, 因此此类减温减压器易出问题的部位即为阀杆和降噪笼。第二种一体式减温减压器主要冷热介质接触发生在喷嘴周围及下游混合段, 特别是在低负荷下, 由于减温水入口喷嘴压降减小, 液态水雾化效果变差, 使得蒸汽中容易夹带液滴, 并在管子下部沉积, 造成混合段积液导致管子上部与管子下部温差大, 引起混合段裂纹及变形[10]。同时由于减温水喷嘴离降噪笼距离短, 降噪笼也易受到冷热介质的冲击, 造成热应力疲劳, 因此此类减温减压器易出问题的部位为下游直管混合段和降噪笼。传统的分体式减温减压器, 由于减温水在距减压阀后一段加入, 因此前面的减压阀在一个较稳定的温度下工作, 不会产生冷热应力疲劳, 对于阀门的制造要求相对低。但对于减温水喷嘴周围及下游的直管混合段, 冷热介质交汇, 易引起管道的冷热应力疲劳, 造成金属壁裂纹, 因此此类减温减压器易出问题的部位为下游直管混合段。

由于金属冷热应力疲劳方面的限制, 造成了这两类减温减压器的负荷调节比不同。调节比为通过减温减压器的最大蒸汽流量与最小流量之比[2]。第一种一体式减温减压器在低流量下, 由于在阀杆内有一段预热段, 且喷出的减温水在阀内降噪笼内[11], 降噪笼外部有蒸汽包围, 更易于未蒸发的小水滴蒸发, 从而不会使低温液滴在管道内蓄积, 造成管道热应力损伤, 如当时亚威一体式减温减压阀, 蒸汽最低负荷可低至设计负荷的2%, 相当于调节比为50:1[9]。而对于第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器, 由于减温水只能通过喷嘴雾化一道作用, 且喷嘴的雾化效果受流量影响明显, 当减温水流量低时, 喷嘴的雾化效果变差, 喷出的液滴粒径变大, 蒸发时间变长, 导致减温水还未蒸发就已经接触到高温管壁, 导致管壁冷热不均, 造成应力损伤。因此, 第二种一体式减温减压器和分体式减温减压器受减温水喷嘴雾化效果的限制, 负荷调节比普遍都不大, 比如固定式喷嘴减温器和文丘里式减温器的调节比仅为2:1~3:1, 而雾化式减温器的调节比也只能到6:1[2]。

5 案例

某公司采用一体式减温减压器, 使用1个多月便出现了套筒开裂 (图10) 等问题[12]。后通过改造, 取消原来减温减压阀的减温部分, 在减压阀后设置笛型减温水管, 即改造为分体式结构, 改造后运行良好。当然, 一体式减温减压器的寿命不仅仅只有1个月, 不同的厂家质量相差很大, 从国内使用的情况来看, 特别是一次气为高压场合, 进口的设备表现更优。某氧化铝企业采用分体式减温减压器, 使用过程中出现出口阀门法兰泄漏, 小流量下温度不易调整, 筒体后出口段出现“翘尾巴”现象, 筒体变形, 频繁出现裂缝等安全隐患[10]。通过增大阀门安装距离, 加装小管径旁路阀, 增加热膨胀补偿节和加装热电偶测点、疏水等措施保证了减温减压器的稳定运行。从实际运行情况对比, 在选用分体式减温减压器时, 可通过合理的设计提高其使用寿命, 控制风险。而选用一体式减温减压器时, 其使用寿命直接与阀体材质有关, 很难通过其他设计解决阀体内部的冷热应力疲劳问题。

6 结论

综上所述, 减温减压器从结构上分, 可分为一体式减温减器和分体式减温减压器两类, 一体式减温减压器又分为减压前加入减温水的和减压后加入减温水的两种。一体式减温减压器和分体式减温减压器在直管混合段长度要求、阀体的寿命、易出问题部位以及负荷调节比上都有区别。从安装空间考虑, 一体式减温减压器直管混合段要求相对短, 适用于空间受限的场合;从调节负荷考虑, 一体式减温减压器的负荷调节比更大, 适用于负荷波动大的场合;但是一体式减温减压器阀内金属部件易出现冷热应力疲劳, 分体式减温减压器易在阀后直管混合段出现冷热应力疲劳, 可以说, 一体式减温减压器阀门易出现问题, 分体式减温减压器混合段管线易出现问题。总体来说, 分体式减温减压器的安全风险更易控制, 在安装空间允许的前提下, 宜优先选用分体式减温减压器。如安装空间受限, 不得不选择一体式减温减压器时, 应选择使用业绩多, 口碑良好的厂家。

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