钢铁蒸汽系统减压阀节能改造

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之前介绍组合式减压阀在国华惠州热电应用，现在介绍钢铁蒸汽系统减压阀节能改造蒸汽在工业生产中有着重要的作用。以钢铁企业为例,蒸汽是企业生产所使用的主要能源介质之一,同时也是生产的副产品,其主要作用是供热及提供动力。蒸汽系统一般由发生装置(如锅炉等)、蒸汽输送系统(包括管网及阀门)、蒸汽使用系统(包括换热器及汽轮机等)组成。阀门作为蒸汽系统中调控装置,在整个蒸汽系统中有非常重要的作用。
蒸汽系统节能潜力巨大,节能的途径也很多,本文主要从先导式减压阀应用的角度谈起。在蒸汽系统中,先导式减压阀是采用控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量,将介质的压力降低,同时借助阀后压力的作用调节启闭件的开度,使阀后压力保持在一定范围内,在进口压力不断变化的情况下,保持出口压力在设定的范围内,保护其后的生活生产器具的一种装置。
本文通过某钢铁企业厚板厂蒸汽系统先导式减压阀并联阀站的具体应用案例,从节能和设备安全的角度出发,进行了系统设计。实际效果表明,达到了预期的目的。

减压阀是通过调节，将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，造成不同的压力损失，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节系统的调节，使阀后压力的波动与弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。



钢铁蒸汽系统减压阀节能改造减压阀的基本性能
一、减压阀压力特性：它是指流量g为定值时，因输入压力波动而引起输出压力波动的特性。输出压力波动越小，减压阀的特性越好。输出压力必须低于输入压力—定值才基本上不随输入压力变化而变化。
二、减压阀调压范围：它是指减压阀输出压力P2的可调范围，在此范围内要求达到规定的精度。调压范围主要与调压弹簧的刚度有关。
三、减压阀流量特性：它是指输入压力—定时，输出压力随输出流量g的变化而变化的持性。当流量g发生变化时，输出压力的变化越小越好。一般输出压力越低，它随输出流量的变化波动就越小。



1 先导式减压阀的工作原理
先导式减压阀结构示意图见图1,通过阀门下游管线的反馈管反馈压力的变化情况,反馈管的压力变化直接作用于先导阀的膜片下。



图2 先导式减压阀并联阀站示意图以某钢铁企业厚板厂蒸汽系统为例:蒸汽用户主要有浴室、磨辊间、检化验室等,蒸汽由公辅总管DN150供给,减压前蒸汽压力为1.0-1.6MPa,减压后蒸汽压力为0.37-0.45MPa,蒸汽用量变化为1t/h-39t/h。原有活塞式减压阀在蒸汽用量较小得时间段内(非洗浴期间),开度过小,气蚀严重,损坏频繁。同时由于活塞式减压阀密封性不好,当蒸汽用户不再使用时,无法实现静态减压,导致阀后压力持续上升,安全阀频繁放散,造成能源浪费,据粗略估算,年蒸汽放散约9000t。

上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(组合式减压阀,可调式减压阀,自力式减压阀为解决这一问题,经设计选型采用华申·马克丹尼公司的先导式减压阀并联阀站代替原有的活塞式减压阀。改造后蒸汽系统压力,流量稳定,消除了蒸汽的放散,保证蒸汽的正常供给及使用。
根据蒸汽使用过程中负荷变化大的情况,分两路进行减压。先导式减压阀并联阀站由主减压阀、辅减压阀、安全阀、疏水阀、过滤器、截止阀、压力表及管道组成。
当减压阀后压力低于主减压阀设定值时0.37MPa时,主、辅减压阀同时工作;当减压阀后压力低于辅减压阀设定值0.45MPa而高于主减压阀设定值时0.37MPa,仅辅减压阀进行工作;当减压阀后压力高于辅减压阀设定值0.45MPa,主、辅减压阀都不工作,维持阀后压力在辅减压阀设定值。
实际生产中,当非洗浴期间,蒸汽用量小,通过辅减压阀进行减压供汽。当洗浴期间,蒸汽用量增大,辅减压阀供汽量不足,压力降至主减压阀设定值以下时,主、辅减压阀同时工作进行供汽。
由于先导式减压阀调节精度高,可达到0.01MPa,使得主、辅减压阀并联工作成为可能。同时在不同蒸汽用量时采用不同减压阀进行减压的工作方式,稳定了减压后蒸汽的流量与压力,避免了原有状态下,活塞式减压阀开度过小而造成的汽蚀及损坏。



减压阀选用原则
1.在介质工作温度比较高的场合，一般选用先导式活塞式减压阀或先导式波纹管减压阀。 
2.介质为空气或水（液体）的场合，一般宜选用直接作用薄膜式减压阀或先导式薄膜式减压阀。 
3.介质为蒸汽的场合，宜选用先导活塞式减压阀或先导波纹管减压阀。
4.减压阀进口压力的波动应控制在进口压力给定值的80％～105％，如超过该范围，减压阀的性能会受影响。
5.通常减压阀的阀后压力Pc 应小于阀前压力的0.5 倍，即Pc<0.5P1。 减压阀的每一档弹簧只在一定的出口压力范围内适用，超出范围应更换弹簧。

减压阀应根据使用要求来选定减压阀的类型和调压精度，再根据所需大输出流量选择其通径。决定阀的气源压力时，应使其大于高输出压力0．1MPa。减压阀一般安装在分水滤气器之后，油雾器或定值器之前，并注意不要将其进、出口接反；阀不用时应把旋钮放松，以免膜片经常受压变形而影响其性能。为了操作、调整和维修的方便，减压阀一般应安装在水平管道上。



对于此节能改造项目,原有活塞式减压阀使用过程中,因不能适应用气负荷的变化,一年内3次更新减压阀,2次在线修理均无效果,安全阀频繁动作,造成能源浪费,环境噪音大大超标。
实施改造后至今已1年有余,先导式减压阀并联阀站使用状态良好,供气压力稳定,无放散现象发生。年节约蒸汽折合标煤950t,*。实践表明,该节能措施有效。应用实践证明,先导式减压阀并联阀站在蒸汽负荷波动较大的场合有很好的适应性。为蒸汽负荷波动较大场合下的蒸汽减压设计提供了新的思路。设备运行稳定,安全可靠,颇有推广使用价值。




[1]梁小元.蒸汽系统节能潜力思考.维纶通讯,2010(3):42-43.
[2]张金虎.PTA装置蒸汽系统节能改造及探索,2009(6):183-184.
[3]斯派莎克工程(中国有限公司).蒸汽系统节约能源的.节能与环保,2009(9):56.
[4]郭崇.先导压力阀结构及特点.阀门,2004(5):20-21.
[5]王建森张静王峥嵘张玮冀宏.一种减压式先导阀结构参数分析.液压与气动,2010(9):59-61.与本产品相关论文：200X先导隔膜式水用减压阀安装要求