如何正确计算蒸汽疏水阀排量的安全系数

4-6疏水阀选型：安全系数和产品运行周期成本在上一个章节中我们介绍了疏水阀选型时的物理因素，在这个章节中，我们会关注疏水阀的安全系数和产品运行周期成本（LCC）。

什么是安全系数？安全系数是选择疏水阀排量要求的一个参数。

当冷凝水量超过计算和预计值时能提供一个缓冲。

在计算疏水阀排量要求时将计算的冷凝水量乘以这个安全系数。

有两个因素会影响疏水阀的安全系数：冷凝水负载峰值和疏水阀类型的响应时间。

冷凝水负载峰值冷凝水负载峰值（或称最大排量）会比平均值要大，主要有几个原因。

设备的冷机启动，会使冷凝水量大大超过正常运行时的水量。

批量处理产品时，开始阶段或产品质量较大也会造成冷凝水量超过均值。

在蒸汽输送管线中，当某个疏水点（CDL）产生堵塞也会造成下一个疏水点的冷凝水量达到原来的两倍。

安全系数值制造商提供的安全系数范围在1.5到5.0之间。

这个安全系数取决于疏水阀的设计，额定流量，阀嘴的磨损，工艺的重要性等等。

在计算负荷时，会考虑冷凝水是连续排放的，但实际很多疏水阀运行是间歇的（开/关），如圆盘和倒吊桶式，所以安全系数会定的比较大，减少冷凝水在疏水阀运行间歇时的积存。

有一些制造商推荐较高的安全系数，仅仅是为了提供较大的阀嘴，防止产生堵塞。

相对而言，连续排水的疏水阀，例如浮球式的，通常的安全系数只有1.5。

安全系数也对突然减小的压差有补偿作用，防止因背压升高而造成冷凝水积存。

选择疏水阀时，计算正常冷凝水量后需要乘以厂家推荐的安全系数，使疏水阀提供一个合理的排水量。

产品运行周期成本疏水阀是蒸汽系统的重要且必要的组成部分，因此需要使用长远的眼光来为系统选择最低产品运行周期成本（LCC）的产品。

这就意味着采购成本只是选择疏水阀考虑的因素之一。

其他如维护，安装，更换，甚至疏水阀损坏和自耗引起的蒸气泄漏也应该考虑在内。

阀座等内部件的快速磨损会造成蒸汽泄漏与日俱增，使用户不得不过早的更换疏水阀。

更换的时机取决于更换成本和蒸汽泄漏和疏水阀损坏引起的其它故障的比较。

疏水阀选型步骤1．凝结水负荷，如果没有负荷，可以参照凝结水计算公式，蒸汽凝结速率和正确的选型程序。

2．安全系数或经验系数的选取用户会发现，在蒸汽疏水阀的选型过程中，必须考虑安全系数。

比如，一组盘管一小时的凝结水量是250kg，但是在选择疏水阀的时候，考虑整个系统的安全运行，要求选用处理量为每小时750kg的疏水阀。

这个3:1的安全系数，考虑到了凝结速率的变化，偶尔出现的压降和系统设计的各种因素。

安全系数可以从1.5到10。

安全系数是以用户多年的使用经验为基础的。

结构影响安全系数比一般的负荷和压力变化更重要的是，蒸汽加热单元本身的设计。

蒸汽疏水阀的经济运行与阀孔的选择为了取得最佳运行效果，需要一个适当的安全系数，如果安全系数选得太大也会引起问题。

除了会增加疏水阀成本和安装费用以外，尺寸过大的疏水阀磨损会更快。

而且在疏水阀发生故障时，过大的疏水阀会损失更多的蒸汽，从而会引起水击和凝结水回水系统背压过高等问题。

3．压差即疏水阀前后压力之差，如：锅炉和蒸汽主管压力或减压阀下游压力与回水管线之间的压力差。

疏水阀必须能在这种压差下打开。

注：由于回水管线里有闪蒸凝结水，所以在升高该凝结水时，不要假定由于有了静压头，压差会减少工作压差：当用汽设备满负荷工作时，疏水阀进口的蒸汽压力可能会比蒸汽主管里的压力要低。

而凝结水回水总管的压力可能会比大气压力高（背压高如果工作压差不少于最大压差的80%，那么，在选择疏水阀时使用最大压差则是安全的。

所供蒸汽的调控，会引起压差的大幅度变化。

用汽设备的压力可能会降到大气压力，甚至更低（到真空）。

如果按照本手册的要求进行设计的话，这种情况不会妨碍凝结水的排放4．最大允许压力疏水阀必须能够承受系统最大压力或设计压力。

它不一定要在这个压差下工作，但必须能够承受这个压力。

例如，最大进口压力是2.5MPa，回水管线压力是1MPa。

但是疏水阀必须能承受住2.5MPa的最大允许压力。

因此而确定选择疏水阀体的材质影响压差的各种因素除了发生压力调节阀故障，压差一般只会比正常值或设计值略低一点。

蒸汽输配系统凝结水怎样排放蒸汽输配系统连接着锅炉和使用蒸汽的各个设备，它把蒸汽送到工厂里任何需要热能的地方。

整个蒸汽输配系统由三个主要部分组成，它们分别是锅炉分汽缸、蒸汽主管和支管。

其中每一个组成部分，都用于满足系统的一个要求，并与蒸汽汽水分离器、蒸汽疏水阀一起组成了一个完整、有效的蒸汽输配系统。

集水管在所有蒸汽供应系统主管线上，一般每隔一段间隔都需要一个集水管（参见图CG-27）。

这些集水管被用来：1．让凝结水利用自身重力，从快速通过的蒸汽中分离出来。

2．把瞬时大量的凝结水集存起来，直到其压差能够使它通过疏水阀排放出去。

图CG-27. 蒸汽管与集水管集水管直径尺寸选择合适的话才可以捕集住凝结水。

如果太小，就有可能产生“短笛”效应，即凝结水会被蒸汽高速流动产生的压降从疏水阀中抽回主管。

参见CG-19 页表CG-13。

分汽缸直径在100mm 以下时，集水管直径和分汽缸直径一样。

100 mm 以上时，集水管直径是分汽缸直径的1/2，但不得小于100 mm。

*在过热蒸汽场合不使用浮球型疏水阀，而使用带内置止回阀的抛光阀瓣及阀座的倒置桶型疏水阀。

*压力波动应带内置止回阀。

**超过浮球型疏水阀压力/温度限制时使用倒置桶型IBLV 疏水阀。

注：在过热蒸汽场合应使用带内置止回阀的抛光阀瓣及阀座的倒置桶型疏水阀。

锅炉分汽缸分汽缸是一种特殊的蒸汽主管，它能接受一台或一台以上锅炉送来的蒸汽。

它常常是一根平放的管子，从管子上部接受蒸汽，然后送到蒸汽主管中去。

蒸汽送入供汽系统之前，用疏水阀把分汽缸内的任何夹带物（锅炉水和固体杂物）排掉是很重要的。

安装在分汽缸上的疏水阀，必须具有被夹带的大块污物一出现就能排除的能力。

在选择这种疏水阀时，还应考虑它的抗水击能力。

分汽缸用疏水阀的选型和安全系数（仅对饱和蒸汽而言）所有安装在分汽缸上的疏水阀的安全系数，我们认为应该选用1.5。

疏水阀的排量可用下列公式计算出来：疏水阀排量=安全系数×与各锅炉连接的负荷×预计夹带量（一般取10%）举例：在连接负荷为25,000kg/h，预计夹带量为10% 的情况下，应该选用多大尺寸的疏水阀？使用公式：所用疏水阀排量=1.5×25,000×0.10=3,750 kg/h对凝结水污物及时排放、极好的抗水击性能、在非常低负荷下的高效运行等特点，使得倒置桶型蒸汽疏水阀成为最适合这种场合使用的首选疏水阀。

安全阀额定排量计算
一、介质为液体（参照GB12241-89标准）
式中Wt--安全阀的理论排量，Kg/h A--流道面积，mm2 ρ--介质密度，Kg/ mm3（如水ρ=1000 Kg/ mm3）△P--阀门前后压差，△P=Pp·Pb，Mpa Pp--排放压力，Mpa（绝对压力）Pb--阀门出口侧压力，Mpa(对空排放时Pb为0)
二、介质为蒸汽（参照《蒸汽锅炉安全监察规程》
式中K--排放系统，对微启式安全阀C=0.2。

全启式安全阀C=0.7 M--气体分子量（如空气M=29，甲烷M=16）Z--气体在操作温度下的压缩系数，（如空气在常温，压力为1.6Mpa下Z=0.99，压力为10Mpa下Z=0.95）T--气体的温度，K（T=273+摄氏度）
三、介质为气体（参照GB12241-89标准）
Wt=CA（10.2P+1）
式中C--排放系统，对微启式安全阀C=0.085。

全启式安全阀C=0.235 P--安全阀入口处压力，Mpa K--蒸汽比容修正系数，一般取K=1 A--流道面积，mm2
密封性要求（依据GB12243-89）
安全阀类型流道直径
(mm)
最大允许泄漏率，气泡数/min(试验介质：空气或其它气体) 公称压力PN,Mpa
< 10 ≥ 10
一般安全阀
< 20 40 60
≥ 2020 30
背压平衡安全阀
< 20 50 75
≥ 2030 45
注：
1. 进行蒸汽安全阀密封试验时，用目视或听音的方法检查阀的出口端，如未发现泄漏现象，则认为密封性合格。

2. 进行水或其它液体用安全阀密封试验时，在规定的试验持续时间2分钟内，其密封面处不应有流淌的水
珠。

蒸汽疏水阀设计时排量的影响因素
我们知道，蒸汽疏水阀在设计时，疏水阀的排量设计时基于流通截面积和蒸汽疏水阀压差的流量关系而计算的。

出厂检测如果不采蒸汽作为测试流体，疏水阀特别是机械型蒸汽疏水阀的密闭性和排放功能的检测而往往是冷态自来水。

相对于蒸汽疏水阀实际工作中的饱和态冷凝水，采用20℃冷水还是有很大的不同的。

蒸汽疏水阀的口径选型要依据冷凝水的压力、疏水阀前后压差、冷凝水排量等参数进行。

其中蒸汽疏水阀的排量是最重要的影响参数。

在实际测试中同一型号的疏水阀，当蒸汽疏水阀压差在2barg时的最大排放量，20℃冷水大约是2600kg/h，而按照饱和态132℃凝结水的最大排量大约是800kg/h,仅是冷水的1/3弱。

可见虽然处于同一工作压力下，“冷水”和 “凝结水”在排放量上却出现了差距。

相对而言，相比于20℃冷水，一方面蒸汽疏水阀进口压力饱和温度的饱和水即蒸汽凝结水密度要稍大；更重要的是它在通过蒸汽疏水阀内时，由于节流引起的流速增加会导致冷凝水压力降低，当冷凝水压力低于其对应沸点温度时，冷凝水会由于再蒸发而产生闪蒸蒸汽。

闪蒸蒸汽的体积较同等质量的冷凝水，体积膨胀100倍，闪蒸蒸汽不能及时排放而产生局部背压，大幅度减少疏水阀前后压差，从而妨碍且减少疏水阀内的通过量。

可是，即使同样是凝结水，由于温度显著降低，在常温时就不再是饱和水了，不会引起二次蒸发现象，所以在通过疏水阀内时，不会受到任何干扰而畅通无阻地流动。

因此，对蒸汽疏水阀来说，冷水与饱和水相比，冷水的排放量就多得多了。

即使是条件相同的蒸汽疏水阀，凝结水温度越接近于饱和温度，其排放容量就越小；反之，凝结水温度越低，容量也就越大。

标准T/ES220037-2005蒸汽疏水阀的设置修改标记简要说明修改页码编制校核审核审定日期2005-04-15 发布2005-05-01 实施中国石化集团宁波工程有限公司目次1 总则目的范围编制本标准的依据编制本标准的参考资料2 疏水阀的设置3 疏水阀的种类及主要技术性能疏水阀的种类疏水阀的主要技术性能4 疏水阀的选择疏水阀的选型疏水阀的规格参数确定5 疏水阀系统的设计要求疏水阀的使用要求疏水阀的入口管疏水阀的出口管疏水阀阀组典型示图6 疏水阀计算选型表和汇总一览表疏水阀计算选型表疏水阀计算选型表填写举例疏水阀汇总一览表采购数据汇总表7 符号说明1 总则目的蒸汽疏水阀是用于及时自动排除各种压力等级的过热或饱和蒸汽管道中因散热损失冷凝的凝结水及空气等不凝气体，避免管道产生水击和震动的现象，且不使蒸汽漏出。

范围本规定适用于蒸汽疏水阀(以下简称疏水阀)在石化和化工工程设计中的计算及选用。

编制本标准的依据：化学工程学会《工艺系统工程设计技术规定》HG/第21篇蒸汽疏水阀的设置。

编制本标准的参考资料：中国石化出版社2002年《石油化工工艺管道设计与安装》；中国石化出版社1997年《石油化工装置工艺管道安装设计手册》。

2 疏水阀的设置下列各处均应设置疏水阀：饱和蒸汽管(包括用来伴热的蒸汽管)的末端或最低点。

长距离输送的蒸汽管的中途；对于饱和蒸汽的蒸汽管的每个补偿弯前或最低点；立管的下部。

蒸汽管上的减压阀和控制阀的阀前。

蒸汽管不经常流动的死端且又是最低点处，如公用物料站的蒸汽管的阀门前。

蒸汽分水器、蒸汽分配罐或管、蒸汽减压增湿器的低点以及闪蒸罐的水位控制处。

蒸汽加热设备；夹套、盘管的凝结水出口。

经常处于热备用状态的设备和机泵；间断操作的设备和机泵以及现场备用的设备和机泵的进汽管的最低点。

其它需要疏水的场合。

3 疏水阀的种类及主要技术性能疏水阀的种类疏水阀的种类见表。

表疏水阀分类表种类动作原理热动力型孔板式、圆盘式蒸汽和凝结水的热力学和流体力学特性热静力型双金属式、波纹管式蒸汽和凝结水的温度差机械型浮子式、吊桶式蒸汽和凝结水的密度差3.2.1 热动力型疏水阀体积小重量轻，便于安装和维修，价格低廉，抗水击能力强，不易冻结；不适用于大排水量；阀的允许背压度不低于50%，其中脉冲式不低于25%。

排放汽源为饱和蒸汽时，安全阀的通流量为：
G nF p v
=000228810
.μ
G——安全阀的通流量，t/h；
p0——蒸汽在安全阀前的滞止绝对压力，MPa；
v0——蒸汽在安全阀前的滞止比容，m3/kg；
n——并联装设的安全阀数量，个；
μ1，——安全阀流量系数，应由试验确定或按制造厂资料取值。

可取μ1=0.9，B——考虑蒸汽可压缩性的修正系数，与绝热指数k，压力比p2/p0，阻力等因数有关。

对于水，取B=1；对于蒸汽，可按表C.8.1查取；
p2——蒸汽在安全阀后的绝对压力MPa；确定p2时，应考虑阀后管道及附件的阻力；
F——每个安全阀通流截面的最小断面积，其值应按制造厂资料确定，
对于全启式安全阀：F d
=
π
4
2
；
对于微启式安全阀；F=πdh；其中d——安全阀最小通流截面直径mm；
h——安全阀阀杆升程mm。

疏水阀的选型与计算疏水阀是从贮有蒸汽的密闭容器内自动排出凝结水，同时保持不泄漏新鲜蒸汽的一种自动控制装置，在必要时也允许蒸汽按预定的流量通过。

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，都需要通过蒸汽疏水阀排除干净，而不允许蒸汽泄漏掉。

按启闭件的驱动方式，蒸汽疏水阀可分为三类：由凝结水液位变化驱动的机械型蒸汽疏水阀；由凝结水温度变化驱动的热静力型蒸汽疏水阀；由凝结水动态特性驱动的热动力型蒸汽疏水阀。

蒸汽疏水阀是蒸汽使用系统的重要附件，其性能的优劣，对于系统的正常运行。

设备热效率的提高及能源的合理利用等方面具有重要作用。

⑪机械型蒸汽疏水阀这类疏水阀主要有密闭浮子式、敞口向上浮子式、敞口向下浮子式等。

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。

又由于颠簸摇摆的环境对其阻汽排水性能有相当的影响，因此，不能适应火车、轮船及有较大震动的装置上使用。

⑫热静力型蒸汽疏水阀这类疏水阀主要有蒸汽压力式蒸汽疏水阀、双金属片式或热弹性元件式蒸汽疏水阀、液体或固体膨胀式蒸汽疏水阀。

这类疏水阀几乎与机械型疏水阀同时出现，最初是金属膨胀式蒸汽疏水阀，利用阀杆材料冷缩热胀的物理性能和凝结水温度的变化而实现阻汽排水作用。

但是这种型式的蒸汽疏水阀不能适应蒸汽压力变化较大和凝结水量不稳的场合，后来研制出利用液体膨胀的压力平衡波纹管式蒸汽疏水阀。

以上的问题得到了初步解决。

随着材料科学技术的发展，双金属片得到了广泛应用，研制出了双金属片式蒸汽疏水阀，它是利用双金属片受到温度变化而产生的变形实现阻汽排水作用的。

这种疏水阀体积小、重量轻，能排除大量空气，但是成本高。

⑬热动力型蒸汽疏水阀这类疏水阀有盘式蒸汽疏水阀、脉冲式蒸汽疏水阀、迷空式蒸汽疏水阀、孔板式蒸汽疏水阀。