如何排除锅炉中的凝结水和空气？

各种工业生产工艺流程上的设施，包括商业设施和住宅设施等，广泛地使用着煤气、自来水、蒸汽、压缩空气、油品等介质。目前，使用这些介质的装置及向这些装置输送介质的设备已成为生产、生活中不可缺少的部分。然而，在输送这些介质的管路和装置内，除了所需的介质外，还混有无用的或有害的介质，并且在整个输送过程中这些有害介质还会不断地产生和形成。例如：在生产压缩空气的空压机气缸内或管道内，就不可避免地要产生无用且有害的凝结水，在输送蒸汽的管道内也必然会产生这种凝结水。因此，为了保证装置的工作效率和安全运转，最重要的是及时排除这些无用且有害的介质，仅输送装置内需要的介质，保证装置的消耗和使用。

从液体介质里排除气体，从气体介质里排除液体，或从气体介质里排除其他无用气体，并防止主要介质逸漏。这种尽力防止有用介质逸出而排除异质、异相流体的操作称为疏水工程。利用人工也可以完成这种操作，但要达到高效工作并彻底排除异体是不可能的。因此，要求这项工作能自动高效地进行，其所需装置称为疏水装置或疏水阀。

疏水意味着设计一种装置，让有害的、不需要的介质通过，而另一种需要的介质被装置阻住。基于这样一种原理，采用疏水工程这个词，并作为技术术语开始使用。顾名思义，就是在需要蒸汽的装置上，设计一种机构阻止蒸汽逸漏，而把不需要的凝结水自动排除的装置，人们称它为蒸汽疏水阀。

在使用蒸汽的有关设备上，由于蒸汽的潜热被释放而凝结成水，即凝结水，被蒸汽疏水阀自动地与蒸汽分开，并排除到设备之外。这种疏水阀既可以说是一种自动阀门，也是一种节能装置。

蒸汽疏水阀是自动地排除蒸汽设备中凝结水的疏水器，也叫阻汽排水阀，或单纯叫疏水阀。把蒸汽疏水阀概括一下，可以得出这样的概念，它是依靠某种方法，自动操作，准确判别出蒸汽和水，同时进行闭、开动作的阀门。

蒸汽疏水阀排放凝结水最基本的原理就是利用蒸汽和水的重量差和温度差来实现疏水的目的。

（１）蒸汽疏水阀的功能 使用和利用蒸汽的设备上只需要蒸汽。在这种设备内肯定要产生凝结水，凝结水则成为有害的流体，同时还混入了空气和其他不可凝气体，成为引起设备产生故障和降低性能的原因。在这种情况下，蒸汽疏水阀最重要的功能有以下三个方面：

１）能迅速排除产生的凝结水。

２）防止蒸汽泄漏。

３）排除空气及其他不可凝气体。

（２）排除凝结水的必要性

１）防止水击。首先，从安全角度看，如果蒸汽管路中有凝结水，高速流动的蒸汽推动积结在一起的凝结水，使凝结水在管壁和阀门及蒸汽使用设备上进行强烈的撞击，而且往往带来很大冲击力。这种现象称为水击，也称水击作用或水锤作用。当水击很强时，会造成管道转弯处和阀门损伤或破坏。其次，水击现象并不仅是由于有凝结水的原因。由于锅炉安装和使用上的不当，有时是锅炉里的水进入蒸汽里，被带入输送管路。所以，若锅炉结构上有缺陷或使用不当，会造成锅炉的水位过高，因此锅炉供应的蒸汽湿度过大，凝结水形成速度加快，这也是造成水击的一个原因。

一般，锅炉供应的饱和蒸汽中，湿度应在４%以下；如果是６%，湿度就大了；如若到１０%，湿度就过大了。在湿度大或过大的情况下，就有必要修改锅炉的结构或解决安装上的问题。

无论如何，蒸汽管路中产生的凝结水（包括锅炉里混入水）就是产生水击事故的原因，所以从安全角度看，有必要排除凝结水。

２）防止降低蒸汽使用设备的效率。用蒸汽做功的蒸汽设备（特别是换热器等间接加热的装置），都是为了有效地利用蒸汽（饱和蒸汽）的潜热。在这些装置内滞留过多的凝结水与加热面进行接触，妨碍了蒸汽与加热面接触，使换热器等蒸汽使用设备的效率显著降低（图４-３３）。另外，设备上、下加热不均匀也会影响产品质量，使蒸汽使用设备的运转效率显著降低，设备性能也会降低。

图４-３３ 加热过程产生凝结水对换热效率的影响

ａ）通过蒸汽的面积减少 ｂ）凝结水充满

蒸汽使用设备内产生的凝结水是饱和蒸汽使用之后的状态。因为它只有显热，所以不再具有加热作用。为了不使加热效率降低，并持续保证加热效果，必须不断地排除设备内产生的凝结水。

综上所述，为了使用蒸汽和保证蒸汽使用设备的运转效率，必须及时排除凝结水。

３）防止腐蚀蒸汽使用设备内部。水和空气中的氧与设备接触，会发生化学反应，使铁锈蚀。因此，从防止设备腐蚀的角度来看，也必须排除凝结水。

４）防止蒸汽使用设备的损伤。由于蒸汽和凝结水的温度不同，设备内的凝结水使设备局部产生温差，往往损伤设备。因此，从设备保养上看，也必须排除凝结水。

以上说明了排除凝结水的必要性。以前，排除凝结水是依靠手工操作，反复开关旋塞或阀门，以排除不断产生的凝结水（图４-３４ａ或图４-３４ｂ）。在换热器的末端适当开孔，经常性地排除凝结水。前者是靠人工检查并反复开关阀门，而后者为当凝结水量不定时会造成凝结水滞留或大量漏汽。

因此，蒸汽使用设备无论如何也需自动地排除凝结水，并阻止蒸汽泄漏，这就是有待研究开发的蒸汽疏水阀（图４-３５）。

图４-３４ 排除凝结水原始的方法

ａ）人工开关旋塞或阀门 ｂ）在换热器的末端适当开孔

图４-３５ 原始的蒸汽疏水阀

（３）排除空气的必要性 如前所述，蒸汽疏水阀是以排除凝结水为主要目的的。然而，还必须有排除空气的能力。当空气混入蒸汽使用设备时，必须排除空气。

１）防止腐蚀蒸汽使用设备内部。设备内如果混入空气，凝结水和空气中的氧起化学反应，造成对铁的腐蚀，这是危险的和不经济的，所以必须排除。

２）防止降低蒸汽使用设备的运转效率。设备内蒸汽的潜热使被加热物加热，蒸汽则冷却，凝结成水，在管壁周围形成凝结水层（参看图４-３６）。但是，若设备内部一旦混入空气，由于空气是不可凝气体（即不能液化），所以设备内管壁上的凝结水层内侧又形成空气层（图４-３６ｂ），且空气的热导率极小，比保温材料还小（表４-５４），因而使蒸汽和被加热物之间的换热能力显著降低。(www.xing528.com)

表４-５４ 主要物质的热导率（常温） [单位：ｋＪ/（ｍ·Ｋ）]

混入空气的另一个大问题是蒸汽和空气的性质不大相同，一旦混入空气且滞留，就变成蒸汽和空气的混合物，由于温度下降，使换热能力降低。如果蒸汽是饱和蒸汽，它的温度是由压力决定的。一般，蒸汽使用设备运转时的压力是由压力表显示的。由于混入了空气，形成了蒸汽与空气的混合物，这时的温度就会比该压力相对应的温度低。

此时，温度降低的程度随空气混合率的提高而逐渐显著（表４-５５）。因此，如果蒸汽中一旦混入空气，就不能依据压力来推断温度了。假如必须推断蒸汽-空气混合物的温度，则蒸汽的分压就是压力计所显示的压力减去空气的分压所得的数值。这样，温度降低了，蒸汽作为载热体和动力源的能力也就降低了。

图４-３６ 凝结水的形成过程

ａ）水平管凝结水的形成过程 ｂ）垂直管空气层的形成

如上所述，蒸汽使用设备里混入了空气，当没有得到彻底排除时，蒸汽疏水阀本身会发生以后要讲到的空气气堵及其他故障，如：

表４-５５ 空气混合率和蒸汽温度的关系 （单位：℃）

１）空气中的氧气腐蚀设备的内部。

２）传热面形成的空气层降低了传热效率，蒸汽分压的降低引起蒸汽温度的降低，又使运转效率降低，给蒸汽使用设备带来极大的危害。因此，防止空气混进设备内部十分必要，如有空气混入，必须进行排除。

蒸汽疏水阀不仅能排除凝结水，而且还应能排除空气，即必须兼有排气功能。可是，混入装置内部的空气全部由蒸汽疏水阀排除，在结构上是不可能的。为了避免空气引起的故障，蒸汽疏水阀所具有的排气能力只不过是辅助手段，作为大量排除空气的方法，是由开口弯管或手动空气排放阀、自动空气排放阀与蒸汽疏水阀并用。

（４）对蒸汽疏水阀的要求 以上所述是蒸汽使用设备上安装疏水阀的必要性。以下概括说明对于疏水阀的功能、节能措施、运转、保养管理等各方面都有哪些具体要求。

１）排除凝结水时不泄漏蒸汽。排除凝结水时不泄漏蒸汽是疏水阀最基本的条件。因此，尽管它是排除与蒸汽分离而积存的凝结水装置，但并不称为凝结水疏水阀，而称为蒸汽疏水阀。疏水阀动作准确、灵敏是指对凝结水产生开、闭的情况而言。即排除凝结水时，疏水阀全开，迅速排放；排放结束时又能迅速关闭，防止宝贵的蒸汽泄漏。这是疏水阀的主要性能。也就是说，疏水阀只有全开和全关两种情况，若其开关动作迟缓，开关不到位，会引起节流作用，易造成疏水阀整体损坏，同时也是泄漏蒸汽最主要的原因。

如上所述，疏水阀的动作原则上是全开或全关，即开、关动作。根据种类的不同，还可能有连续排放和间歇排放两种类型。

２）可以排除蒸汽系统中任何地方的全部凝结水。疏水阀必须具备能高效、准确地排除蒸汽使用设备的配管、换热器等主要装置及蒸汽系统任何部位所产生的凝结水。

３）能同时排放空气和凝结水。混入蒸汽设备中的空气，最初是混在蒸汽里，在蒸汽凝结成水时才被分离出来。它在蒸汽使用设备的传热面上形成空气层，严重影响热传导，因此必须排除空气。

４）适用压力范围大。对于疏水阀，如果压力稍有变动其性能就受到影响，甚至停止动作是不行的，在这种情况下需要它的性能不受影响，并能适应于任何压力。同时要求疏水阀的背压允许度要大。

５）容易检修和保养。这项要求和疏水阀的结构有关。要求疏水阀结构简单，活动部件少。为了使阀的动作零部件不产生应力，应尽量选用适宜的材料，更重要的是其结构要易于加工。总之，蒸汽疏水阀在管理上应无需设专职人员经常进行保养工作，也就是说要减少维修工作量。

６）实用性高。疏水阀应体积小、重量轻、寿命高、价格低，并且不因空气或蒸汽的障碍而丧失排水能力，发生空气气堵及蒸汽汽锁等事故。

（５）主要名词术语 由于蒸汽疏水阀是一种自动阀门，在结构、工作原理和性能参数方面与通用阀门有许多不同之处，有些专用的名词术语易于混淆，为了使广大读者更清楚地了解蒸汽疏水阀，并能正确选用，以下将一些主要的名词术语予以说明。

１）有关压力的术语（表４-５６）。

表４-５６

（续）

２）有关温度的术语（表４-５７）。

表４-５７

３）有关排量的术语（表４-５８）。

表４-５８

４）有关漏汽量和负荷率的术语（表４-５９）。

表４-５９