蒸汽领域节能减排论文集-DFKJ

蒸汽领域节能减排

论

文

集

作者：王国际

2016年9月15日

目录

第一篇：浅谈疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”等问题根源

登记号：国作登字-2016-A-00329796 ………………P3

第二篇：揭秘“疏水阀”耗能问题根源

登记号：国作登字-2017-A-00345012 ………………P8

第三篇：根除蒸汽热力系统 “余压余热”的产生 提高蒸汽热能的一次利用率

-------论将高温饱和水及蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下

登记号：国作登字-2015-A-00201093 ………………P13

第一篇

浅谈疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”等问题根源

摘要：

1“自动排水、间歇排水”的设计理念，违反了凝结水的产生及变化规律，必然导致现流通使用的疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”。

2. 疏水阀“间歇排水”的设计结构就离不开活动部件，有活动部件的存在不管其数量多与少，工作在高温、二相流冲刷及固体杂质环境就存在部件损坏、功能失效隐患。

3.疏水阀采用不同驱动方式，实现“间歇排水”是导致排水时漏汽的重要原因。

关键词：使用寿命短，失效快，排水时漏汽；自动排水、间歇排水；定量凝结水；变量凝结水；定量连续排放；分流排放、排水频次增高；耗能产品

引言

疏水阀是饱和蒸汽系统不可缺少的配套使用原件。其功能是将蒸汽放热后产生的凝结水“自动排出”，排水时阻止蒸汽的泄漏。

而在疏水阀的实际使用过程中，始终存在“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”等问题。业内人士已将疏水阀定义为低值易耗品。

一、 疏水阀“自动排水、间歇排水”的设计理念违反了凝结水的产生及变化规律，导致现流通使用的疏水阀使用存在 “设计功能过剩”或 “设计功能缺失”，造成“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”。

1.1“自动排水、间歇排水” 的设计理念违反了凝结水的产生及变化规律

传统疏水阀的“设计理念”及“质量检测标准”[1][2]，不管采取何种驱动方式都要满足“自动排水”，这就导致了疏水阀是以“间歇排水”的方式进行工作。而蒸汽凝结水的产生过程及产生量是根据用汽设备加热工艺来决定。绝大多数用汽设备在正常生产过程中，凝结水的产生量是相对稳定的，即定量连续产生，为“定量凝结水”，但不排除部分特殊加热工艺凝结水的产生量会随加热工艺用汽量的变化而变化，此时段凝结水的产生量为：最低凝结水的连续产生量+高、低凝结水产生量之差，即“最低连续产生量+连续变量”，为“变量凝结水”。

针对凝结水的产生过程及变化规律，笔者认为：疏水阀排放凝结水的设计理念，首先应根据凝结水的产生及变化规律来定义。同时区分“定量凝结水”及“变量凝结水”两种不同水量的排放方式及控制手段。一味的追求疏水阀“自动排水”的设计理念，而忽视了疏水阀本应根据不同凝结水的产生过程及变化规律确立排水方式及控制手段，必然导致现流通使用的疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”等一系列问题。

1.2设计“功能过剩”

将具备“自动排水、间歇排水”功能的疏水阀安装于绝大多数定量连续产生凝结水的加热设备上，实属“功能浪费”。

传统机械型、热静力型疏水阀工作原理是将连续产生的凝结水引进阀体之内停存，通过液位变化或温度变化，根据不同驱动方式启闭阀体内设置的排水阀门间歇排水。热动力型疏水阀根据凝结水产生过程形成的汽液二相流密度之差间歇启闭排水阀门工作。而排放定量连续产生的凝结水其疏水阀的设计只需根据凝结水定量连续产生规律设计排量调控装置，满足凝结水定量连续排放即可，无需“自动排水、间歇排水”功能，不仅设计结构简单，生产制作成本低，更主要的是能从根本上解决疏水阀使用寿命短、失效快、排水时漏汽等一系列耗能问题。

但现流通使用的不同类型疏水阀均没有定量连续排放功能的产品。

1.3设计“功能缺失”

将没有分流功能排放的疏水阀，安装于产生变量凝结水的蒸汽加热设备上，造成排水频次增高，降低疏水阀的使用寿命。

传统疏水阀“自动排水、间歇排水”设计理念的优胜之处解决了变量凝结水的自动排放，但未能根据变量凝结水的产生规律将定量连续产生的凝结水与变量凝结水分流排放，而采用将定量连续产生的凝结水停存于阀体之内有限的储水空间与变量凝结水混合一起间歇排出（热动力型疏水阀除外），这就导致疏水阀单位时间内间歇排水频率增高，增加了排水阀门的启闭频次，加快了排水阀门及活动部件的损坏速度，造成了疏水阀使用寿命短、失效快，加剧了排水时漏汽问题。

现流通使用的疏水阀均不带“定、变量凝结水”分流排放功能。

二、 疏水阀“间歇排水”的设计制造结构及驱动方式导致了“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”。

2.1设计制造结构

不同驱动类型的疏水阀实现“间歇排水”，其结构就离不开活动部件，包括：驱动部件、连接部件、排水阀门等，其正常运行规律依据驱动原件的运行速度及运行频次的高低决定使用寿命。

2.1.1活动部件 有活动部件的存在工作在高温二相流冲刷及含有固体杂质等不良工作环境下就存在损坏、失效隐患，这是造成疏水阀使用寿命短的重要原因。

2.1.2排水阀门 疏水阀体内排水阀门实际使用寿命低于设计使用寿命及质量标准，是造成疏水阀使用寿命短的重要原因。

2.1.3间歇排水的工作频次决定疏水阀的使用寿命及漏汽率（1）热动力型疏水阀工作原理是靠二相流的密度差直接启闭排水阀门工作。由于环境温度大大低于汽液二相流的温度，经设备排出后迅速产生二次放热，导致汽液二相流密度变化大，增加了排水阀门启闭频次，造成使用寿命短，漏汽率高。（2）机械型、热静力型疏水阀因驱动方式的需要，在阀体内设计了驱动原件的运行空间，该空间同时作为每次启闭排水阀门所需的凝结水储存空间，储存空间的大小决定着排水频次，实际上该空间远远小于疏水阀所设计的单位时间排水量，导致排水时间短、间歇排水频次增高，是疏水阀使用寿命短，失效快的重要原因。排水频次的增高加大了蒸汽的泄漏。

2.2驱动方式决定了排水时的漏汽率

2.2.1热动力型疏水阀其工作原理靠汽液二相流密度之差直接控制排水阀门启闭，因凝结水与蒸汽处于混合状态，在凝结水的排放过程中很难控制“只排水、不排汽”。该驱动方式是导致漏汽率高的根本原因。

2.2.2机械型疏水阀其工作原理为汽液二相流进入壳体之内停存，实现汽液分离，随着凝结水量的增加，驱动阀体内设有的浮球或浮筒运动，通过连接部件启闭排水阀门工作。该驱动方式在排放凝结水过程中的蒸汽泄漏是不可避免的，在疏水阀正常工作时漏汽率可控制在允许范围内，但当排水阀门失效、失控、关闭不严时会导致蒸汽直排，造成蒸汽流失浪费无法估算。

2.2.3热静力型疏水阀其工作原理，依据热敏原件对温度变化的反应产生热涨冷缩物理变化实现启闭排水阀门，控制凝结水间歇排放。关闭排水阀门的设定温度决定疏水阀排水时的漏汽率，设定温度过低易造成设备内积水影响生产效力，反之造成排水时的蒸汽泄漏。

疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”，除上述因素外，不排除因凝结水水质不良对其使用性能造成的影响。

综述，笔者所谈疏水阀“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”等问题根源的目的，是为引起业内及相关人士对疏水阀问题原因的认识，进一步引深疏水阀不按蒸汽凝结水的产生过程及变化规律进行分类设计排水方式，是造成现流通使用疏水阀普遍存在，“使用寿命短，失效快，排水时漏汽”的问题根源。将疏水阀定义成“低值易耗品”是远远不够的，其使用寿命低不是问题的关键，疏水阀不能正常工作，其一，当不能正常排水时造成设备积水温度低，不能正常生产。设备操作人员能及时发现，更换即可，更换费用有限。其二，当疏水阀失效造成的排水阀门失控、关闭不严或不关闭导致的蒸汽直排，操作人员很难及时发现，判定及时解决，（①疏水阀本身没有漏汽提示功能。②绝大多数用能企业已将凝结水进行并网密闭回收，局部使用环节，疏水阀失效漏汽难以发现。）该情况普遍存在，所造成的蒸汽热能直接浪费数目惊人。从这个角度观察疏水器的性能及质量，将其判定是“低值易耗品”，不能直接反应其造成蒸汽热能流失浪费的本质，仅此一项问题将其判定为“耗能产品”并不为过。

据不完全统计，国内不同行业现使用疏水阀的数量在两千万支以上，这就意味着存在两千万个以上的泄漏点，每时每刻都在泄漏着蒸汽，其造成的蒸汽热能的浪费无法估算，所浪费的煤、水、电资源及对环境造成的破坏会让有责任心的世人感到惊恐。

结束语：

为完成国家制定的“十三五节能减排”目标，蒸汽领域的节能减排规划目标应首先放在解决耗能疏水阀的使用上，淘汰现流通使用的耗能疏水阀，推广高效率、长寿命疏水阀的工作迫在眉睫、刻不容缓，希望有识之士携手共进，为完成国家“十三五节能减排”目标做出贡献，造福社会，造福人类，为圆我伟大中华复兴之梦做出应有贡献。

参考文献：

1. 疏水阀 术语、标志、结构长度GB12250-2005

2. 蒸汽疏水阀 技术条件GB22654-2008

第二篇

揭秘“疏水阀”耗能问题根源

摘要：

1. 疏水阀排水控温功能的缺失，导致高温凝结水经疏水器排出后产生二次汽化，造成系统排放环节所谓余压余热的产生。

2. 疏水阀功能及质量检测标准中对凝结水的排出温度没有控制要求，现流通使用的疏水阀均不带排水控温功能。

3. 二次蒸汽的产生量来源于水中高显热，水中高显热的流失浪费直接影响蒸汽热能的一次利用率。

4. 系统排放环节“余压余热”的产生及排放是饱和蒸汽系统热能流失浪费的最大根源。

5. 疏水阀排水控温功能的缺失是造成蒸汽热能无功损耗、热能流失浪费的最大根源。

关键词：余压余热 排水控温功能的缺失 水中高显热 高温凝结水 二次蒸汽 排水控温100℃以下 热能流失浪费的最大根源

序言：

疏水阀是饱和蒸汽系统不可缺少的配套使用原件，其功能是将蒸汽放热后产生的凝结水自动排出，排水时阻止蒸汽的泄漏。

自第一代具备自动排水功能的疏水阀诞生已有100多年的历史，在这个漫长的历史过程中，虽经几代人不懈的努力研发出不同驱动类型的疏水阀，用于满足不同工况的使用，但未能从根本上发现和解决饱和蒸汽系统排放环节所谓余压余热产生的根本原因。余压余热产生及排放已成为饱和蒸汽系统热能流失浪费久治不愈的世界难题。

一、 系统排放环节余压余热产生的问题根源

1.1疏水阀“排水控温功能”的缺失是导致“余压余热”产生的最大根源

疏水阀正常工作时所排凝结水均为高温带压凝结水，其温度高于100℃，压力大于0.01Mpa，由于疏水阀没有控制排水温度功能，凝结水经疏水阀排出时水中高显热从系统内排出后进入低于凝结水压力及温度环境，即会产生二次汽化。凝结水不管采取何种输送方式，系统排放环节都会出现所谓“余压余热”。

1.2疏水阀排水时的漏汽问题

不同驱动类型的疏水阀，因均采用间歇排水的方式进行排水，其排水节门的关闭速度决定着漏汽率，（热静力型疏水阀根据关闭阀门的设定温度决定）。疏水阀正常工作时的漏汽率是系统排放环节余压余热产生的次要问题。

1.3疏水阀功能及质量检测标准[1][2]中，对疏水阀的功能检测以自动排水为前提，质量检测以排水时的漏汽率及使用寿命为检测依据，对疏水阀所排凝结水的温度没有控制要求，所以现流通使用疏水阀均不带排水控温功能，直接导致系统排放环节“余压余热”的产生。

二、“余压余热”的产生及排放，造成凝结水中高显热流失浪费的问题分析

高温带压凝结水的排放导致二次蒸汽的产生，造成平均8---15%的蒸汽浪费

疏水阀正常工作时所排凝结水的压力大于一个大气压，温度高于100℃，水中显热值大于419kj/kg,凝结水经疏水阀排放到常压环境，会立刻降压、降温，产生部分二次蒸汽。部分高温凝结水汽化后，水中高显热降至419kj/kg以下，温度降至100℃以下，显热值大于419kj/kg的部分转变成二次蒸汽热焓。二次蒸汽的产生量来源于水中高显热，水中高显热的流失直接影响蒸汽热能的一次使用效率。

二次蒸汽产生量及蒸汽热焓的利用率计算方法如下：

1、蒸汽热焓利用率=（1-水的显热/蒸汽热焓）×100% ------------ （1）

2、排放100℃蒸汽凝液时蒸汽利用率=（1-419/蒸汽总热焓）×100% ----（2）

注：419kj/kg为100℃蒸汽凝液的显热值

3、高温蒸汽凝液的二次汽化质量=[高温蒸汽凝液的显热-100℃蒸汽凝液显热（419kj/kg）]/ 100℃蒸汽的汽化潜热（2257 kj/kg） ----------------（3）

通过以上公式计算得出的不同压力蒸汽的参数见下表:

通过上表不难看出：

排放100℃的凝结水二次蒸汽的产生量为零，蒸汽热焓利用率为84.34%；

排放158.92℃凝结水的二次蒸汽产生量为0.11kj/kg,蒸汽热焓利用率为75.66%；

排放201.45℃凝结水二次蒸汽产生量为0.19kj/kg，蒸汽热焓利用率为69.26%。

如将158.92℃、201.45℃凝结水的排出温度控制在100℃以下，即可分别消除0.11kj/kg、0.19kj/kg，二次蒸汽的产生，可分别提高9.14%、15.75%蒸汽热焓的一次利用率。二次蒸汽的产生直接影响蒸汽热焓的使用效率。

如此说明，只有将高温凝结水的排出温度控制在100℃以下，将水中高显热存留于系统之内，控制高显热的流出才能从根本上解决排放环节“余压余热”的产生，杜绝蒸汽热能的流失浪费。

综述

由于世界上现流通使用的疏水阀均不带排水控温功能，直接导致了系统排放环节所谓“余压余热”的产生，“余压余热”的产生及排放是饱和蒸汽系统热能流失浪费的最大根源。

由于疏水阀没有排水控温功能，其质量检测标准对排水控温功能也没有要求，且蒸汽放热理论放热平衡计算是按“蒸汽已放汽化潜热为放热计算依据[3]，凝结水中显热不作为放热计算参数[4]”，上述问题的存在导致了疏水阀排放高温凝结水造成水中高显热流失浪费的合理化。

有关疏水阀没有排水控温功能的缘由，是因设计理念所致还是因设计水平达不到，无法实现排水控温手段或因放热理论对凝结水中高显热从根本上就不作为放热计算参数，导致疏水阀不设计“排水控温”装置，笔者无法谈清，但疏水阀没有“排水控温功能”直接导致排放高温凝结水造成系统排放环节所谓“余压余热”的产生，导致水中高显热的流失浪费是事实，无可争辩；疏水阀“排水控温”功能的缺失是造成蒸汽热能无功消耗、热能流失浪费的最大根源。

附言：

疏水阀自诞生已有百年历史，在广义上讲，疏水阀的诞生解决了靠人力控制凝结水的排放，在那个时代疏水阀是先进节能技术，无可非议，而在21世纪科学技术迅速发展的今天，仍然认为疏水阀是先进节能技术恐已过时。笔者之所以直言不讳揭秘疏水阀耗能问题根源，其目的就是唤起和提高业内及相关人士对疏水阀耗能问题的认识，认清现流通使用疏水阀“排水控温功能”的缺失是导致系统排放环节“余压余热”的产生，造成蒸汽热能流失浪费的事实，以此判定疏水阀是耗能产品。

将解决蒸汽热力系统热能流失浪费的工作重点放在系统排放环节“余压余热”的回收利用上，不能从根本上解决和提高蒸汽热能的一次利用率，“余压余热”的回收利用只是一种无奈的被动补救措施而已。

有关根除蒸汽系统热能流失浪费问题的解决方案，敬请参阅笔者2015年4月发表于百度网的论文

“根除蒸汽热力系统 “余压余热”的产生 提高蒸汽热能的一次利用率

-------论将高温饱和水及蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下”。

结束语

为完成国家制定的十三五节能减排目标，淘汰现流通使用的疏水阀，创新、研发、推广高效率、长寿命疏水阀的工作迫在眉睫，刻不容缓，希望有识之士能携手共进，为完成国家十三五节能减排目标做出贡献，造福社会，造福人类，为圆我伟大中华复兴之梦做出应有贡献。

参考文献：

1、疏水阀 术语、标志、结构长度GB12250-2005

2、蒸汽疏水阀 技术条件GB22654-2008

3、化工厂公用设施设计手册

出版社:化学工业出版社 作者:汪寿建 出版日期:2000-03-01

4、SPIRAX蒸汽和冷凝水系统手册

第三篇

根除蒸汽热力系统 “余压余热”的产生 提高蒸汽热能的一次利用率

-------论将高温饱和水及蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下

摘要：

1、蒸汽热力系统排放环节包括：锅炉的排污水、供汽管网、间接加热设备蒸汽凝液等，上述环节均存在排放高温饱和水及蒸汽凝液造成高显热的流失浪费；

2、饱和蒸汽系统传统设计中的补偿措施 —“余压余热”的回收利用，掩盖了提高蒸汽热能一次利用率的实质性问题；

3、饱和蒸汽系统热能浪费的根源在于“放热理论”的局限性，导致“高温饱和水及蒸汽凝液显热流失浪费”的合理化；排水器件-----疏水阀存在功能缺陷造成15-20%的蒸汽热能浪费；

4、解决方案：完善“放热理论”，限定饱和水及蒸汽凝液的排出温度稳定地控制在100℃以下。创新排水器件的设计理念和设计结构；改间歇性排水为连续排水方式；增加排水控温功能、排量调控功能；将排水控温功能和排量调控功能标准纳入排水器件的国家标准

关键词：高显热流失浪费； 排水控温100℃以下；排水器件；放热理论；提高蒸汽热能的一次利用率

引言

蒸汽加热广泛用于石油、化工、纺织、印染、橡胶、造纸、制药、粮油食品加工、木业加工等行业。有50%以上的工业企业需用蒸汽进行生产加工。

蒸汽的使用方式：过热蒸汽以膨胀做功为主，饱和蒸汽多用于过程加热。

蒸汽热力系统的运行包括五个环节：1.锅炉（产生蒸汽）、2.输送系统（管网）、3.使用终端（蒸汽使用设备）、4.饱和水、蒸汽凝液的排放回收系统、5.系统保温。

一、蒸汽热力系统热能流失浪费的主要问题

1.1、系统运行排放环节中热能流失浪费的现状

1.1.1锅炉排污工艺存在的问题

锅炉中经加热的水在汽化过程中，由于水中盐分不断累积，造成锅炉内部结垢、腐蚀以及影响蒸汽质量，因此需要进行排污操作。锅炉的排污水压力与锅炉运行压力相等且为饱和水，含有高显热，同时含有一定量的蒸汽，造成蒸汽浪费。虽然目前锅炉排污过程中的高温盐水进行了回收利用，但是该过程会直接影响锅炉的产汽效率。

1.1.2蒸汽管网以及间接加热设备蒸汽凝液的排放

不同的加热工艺蒸汽凝液的形成压力、温度各有不同，不同的工艺过程蒸汽凝液的产生量也不相等。供汽管网中的蒸汽凝液经管网区间设置的排水井排出；间接加热设备中的蒸汽凝液经低位排水管口排出。

蒸汽凝液的排放控制方式有三种：

（1）通过系统配置的疏水阀来实现，（设计选型--参见SPIRAX蒸汽和冷凝水系统手册第13章）。疏水阀具有自动排水阻汽功能，能将蒸汽凝液自动排出。但是在使用过程中疏水阀普遍存在着有效周期短、失效快、排水时漏汽等久治不愈的“顽疾”。

（2）人工定时排放蒸汽凝液。该方式主要用于供汽管网和用汽设备启动时段，此方法造成蒸汽凝液的囤积，增大输送阻力，降低输送效率，排放末期会造成汽水同排问题。

（3）将蒸汽凝液直接排放进行回收利用。由于没安装疏水阀，对不同时段产生蒸汽凝液的排出量无法进行有效控制，很难做到只排水、不排汽。当前汽水同排问题加大了蒸汽热能的浪费。

综上所述，蒸汽凝液排放环节造成系统“余压余热”的产生，究其根源在于：蒸汽凝液的排放不管采取上述何种方式，由于所排放的水为高温带压蒸汽凝液，排放过程没有控温手段，排出后由于系统与环境之间的压降会立刻产生二次蒸汽。然而上述现象一直被人们习惯性地认为是系统正常运行中必然要产生的“乏汽”。

笔者经过多年的实践探索，通过对蒸汽热力系统的积液装置内不同温度纯蒸汽凝液的排量进行大量检测后发现：“以100℃蒸汽凝液排量为基准，随着水温的增高，蒸汽凝液排量逐渐减少”。该现象直接反映出高于100℃的蒸汽凝液体积增大，导致蒸汽凝液质量排量减少。造成凝液体积增大除了热膨胀因素之外的另一重要原因是水中裹挟着不同比例的蒸汽（水中的含汽率）。经测算，不同形状用汽设备在形成不同温度蒸汽凝液过程中，单位体积中蒸汽凝液会裹挟1‰-8‰左右的蒸汽，会增大1%-5%的水中显热。结论是：“如不能有效控制含汽凝液的排放，则会加大水中显热的流失浪费”。

1.2蒸汽加热系统节能在传统设计上的被动补救措施 —“余压余热”的回收利用

由于世界上现有技术无法彻底解决蒸汽凝液排放环节存在的“余压余热”问题，因此，对排放环节的“余压余热”加以回收利用，成为饱和蒸汽系统的首选节能方案。

1.2.1开放式余压余热的回收利用方式

用汽系统排水端经疏水阀将带压蒸汽凝液排入集水点，经水泵送至回用点，产生的二次蒸汽对空排放，只回收利用100℃以下的蒸汽凝液。该方式可以直接看到疏水阀的失效漏汽，便于诊断和维护。

1.2.2密闭式余压余热的回收利用方式

用汽系统排水端经疏水阀将带压蒸汽凝液排入回收管网，经管网流回末端回用点进行回收利用。该方式因疏水阀出水端与回收管网并联，疏水阀发生失效漏汽难以发现，一旦设备巡查管理不到位会造成蒸汽的直接流失浪费。

1.2.3梯级式余压余热的回收利用方式

将高温饱和水（锅炉排污水）、蒸汽凝液排入扩容降压罐，使其二次汽化，水中高显热转变成二次蒸汽热焓，对其回收利用，减少直接排放造成水中高显热的流失浪费。对高温饱和水、蒸汽凝液可进行逐级降压产生不同级别的二次蒸汽进行回收利用，但末级扩容降压的最低压力仍在0.05Mpa以上，蒸汽凝液的温度高于100℃，水中显热大于419kj/kg，低于此压力的水中显热很难实现全部回收利用。

梯级回收利用需根据不同的回收工艺，设计增设不同类别的回收设备，配装相关的泵、阀及控制系统，连接不同级别的回收管路，还需占用一定的场地空间。高温蒸汽凝液及二次蒸汽在回收过程中因系统阻力及管路、设施的表面散热损失会造成回收热能的二次浪费。

回收利用不超过蒸汽热焓20%的饱和水、蒸汽凝液中的高显热及回收疏水阀正常工作时不超过3%的漏汽，所增设的相关设施及日常维护费用，其投入产出比并不理想，因此梯级利用余压余热不能从根本上解决和提高蒸汽热能的一次利用率。

二、饱和蒸汽系统热能流失浪费的根源分析

2.1、 “放热理论”的不全面性，导致水中高显热流失浪费成为合理化

目前公认的饱和蒸汽放热理论的观点主要是:

（1）“饱和蒸汽以放汽化潜热为放热计算依据”【1】，该理论的确立理由是为保证系统的放热速度和传热量；

（2）“蒸汽凝液中显热不作为放热计算参数”【5】，（参见SPIRAX蒸汽和冷凝水系统手册11.1.3-P872、14.1.3-P1127、14.6-P1187对此问题的描述。）该理论确立理由是因为蒸汽汽化潜热放出后形成的蒸汽凝液会影响换热面积及增加运行阻力，故必须将其迅速排出排尽。因此，蒸汽凝液中显热不作为放热计算参数。

但是，笔者对实际情况进行具体解析是：

在常压环境下（PG=0MPa），水的相变温度为100℃。液态水在100℃时，显热为419kj/kg，继续吸热至完全相变为100℃的蒸汽，蒸汽的热焓值为2676 kj/kg，这个过程共吸收2257 kj/kg的汽化潜热热量，其逆过程会释放出同等的热量。该蒸汽凝液排放到常压环境过程中，水中显热不会发生变化（因压差导致出现的闪蒸汽另议），不会影响该蒸汽温度下热能的使用效率。因此，使用100℃的蒸汽采用上述放热理论（即只计入汽化潜热）来计算其热能利用是合理的。

当使用高于100℃的蒸汽时，汽化潜热放出后会形成高温蒸汽凝液。高温蒸汽凝液的压力大于一个大气压、温度高于100℃、显热值大于419kj/kg。随着高温蒸汽凝液排放到常压环境时，它会立刻降压降温，产生部分二次蒸汽。部分高温蒸汽凝液汽化后，水的高显热值降至419 kj/kg以下，温度降至100℃以下，显热值大于419 kj/kg的部分转变成二次蒸汽热焓。二次蒸汽的产生及排放显然降低了一次蒸汽热焓的使用效率。

上述二次蒸汽产生量及蒸汽热焓的利用率计算方法如下：

1、蒸汽热焓利用率=（1-水的显热/蒸汽热焓）×100% ----------------（1）

2、排放100℃蒸汽凝液时蒸汽利用率=（1-419/蒸汽总热焓）×100% ----（2）

注：419kj/kg为100℃蒸汽凝液的显热值

3、高温蒸汽凝液的二次汽化质量=[高温蒸汽凝液的显热-100℃蒸汽凝液显热（419kj/kg）]/ 100℃蒸汽的汽化潜热（2257 kj/kg） ---------------------（3）

通过以上公式计算得出的不同压力蒸汽的参数见下表:

目前蒸汽热力系统蒸汽热能的一次利用率通过上表不难看出：排放100℃的蒸汽凝液一次热焓利用率为84.34%；排放201.45℃的蒸汽凝液一次热焓利用率为69.26%。由此得出，排放高于100℃的高温蒸汽凝液直接降低了蒸汽热焓的一次使用效率；若将201.45℃的蒸汽凝液排出温度控制在100℃以下时，其一次热焓利用率为85 %，可提高蒸汽热焓的使用效率15.75%。有效提高了蒸汽热能的一次利用率，真正实现系统运行的节能减排。

因此，当前实际应用的饱和蒸汽放热理论，即“蒸汽以放汽化潜热为放热计算依据，蒸汽凝液中显热不作为放热计算参数，排放高温蒸汽凝液是正常的、合理的、必须的。”存在理论上的不足。笔者认为：上述理论不适用于高于100℃的蒸汽放热的设计中。由于上述理论的不完善，导致饱和蒸汽系统排放高温蒸汽凝液中高显热的流失，造成平均8%-15%的浪费。

2.2凝液排放系统常用的排水器件-----疏水阀的结构缺陷是造成系统产生“余压余热”，导致水中高显热流失浪费的根源之一

2.2.1依据“以蒸汽凝液排出排尽为原则”的设计思想 ，导致疏水阀只有自动排水功能，而不具备温度控制功能，造成系统运行“余压余热”的产生。

由于上述蒸汽放热理论对排放高温蒸汽凝液的排出温度不做限定，导致各类疏水阀的设计仅仅“以蒸汽凝液排出排尽”为原则【2】【3】【4】，故疏水阀均不带控温功能（其中热静力型疏水阀只是依靠温度控制驱动启闭元件）。高温蒸汽凝液经疏水阀排出后立刻产生二次蒸汽，导致排放系统“余压余热”的产生，造成蒸汽凝液中高显热的平均流失浪费约达8%-15%。

2.2.2疏水阀“自动排水阻汽功能”的习惯设计理念，导致疏水阀使用寿命短、失效快、排水时漏汽等问题，进一步加大了排放系统“余压余热”的产生

疏水阀“自动排水阻汽功能”需通过启闭元件来实现，由此决定了疏水阀采用间歇排放方式。而启闭元件不管采取何种驱动方式，必需具备相应的运动部件，造成结构复杂。这些部件在结垢、氧化、充斥杂质等恶劣工况下工作，必然导致疏水阀使用寿命短、失效快、排水时漏汽。

2.2.3 疏水阀现行质量检测标准规定了漏汽率及使用寿命，但对蒸汽凝液的排出温度未做规定，使疏水阀的功能缺陷合理化。

由于我国现行的国家标准对疏水阀漏汽率明确规定了限定值。造成“疏水阀在功能上漏汽是必然”的错误认识。导致正常使用的疏水阀漏汽量只能减少、不能杜绝的现象一直延续至今。对疏水阀使用寿命的检测，由于其所安装使用的工况多变复杂，很难实现标准中所设定的使用寿命。

由于现流通使用的疏水阀没有蒸汽凝液排放温度的控制功能，导致疏水阀质量检测标准中未规定蒸汽凝液的排出温度，造成蒸汽凝液排放时的漏汽及排放高温蒸汽凝液以及蒸汽凝液中的裹汽问题，合计会造成15-20%的蒸汽热能浪费。

目前，蒸汽热力系统的浪费问题普遍存在节能潜力巨大。仅以天津市为例，根据专家保守测算，天津市间接用汽量约为6230万吨/年，按上述分析节约蒸汽热能浪费的10%~15%计算，每年可节约623万吨~934.5万吨蒸汽，按锅炉平均运行热效率70%计算、每吨蒸汽（0.6兆帕）需耗用133kg标准煤，则年节标煤82.86万吨~124.29万吨，减少二氧化碳排放207.15万吨~310.72万吨，以上仅局限于锅炉产汽计算，除锅炉外还有其他余热产汽来源，节煤数还要增加。

笔者认为：要解决饱和蒸汽系统的热能浪费，提高蒸汽热能的一次利用率，必须依据完善的“放热理论”。重新设计蒸汽凝液排放器件，废除普遍使用的耗能疏水装置。对疏水阀重新制定国家标准，大力推广应用创新的蒸汽凝液排放器件，彻底根除余压余热的产生，提高蒸汽热能的一次利用率。

三、蒸汽热力系统热能流失浪费问题的解决方案

科学合理的利用蒸汽热能，最大限度的使用蒸汽热能，提高蒸汽热能的使用效率，是完善传统蒸汽放热理论的指导思想。

3.1、完善“放热理论”

3.1.1根据常压环境（一个大气压力）汽水相变温度，限定高温饱和水、蒸汽凝液的排出温度必须控制在100℃以下。从理论上解决排放高温饱和水、蒸汽凝液导致水中高显热的流失浪费问题。

3.1.2科学合理的利用饱和蒸汽凝液的高显热

将高于100℃蒸汽凝液的显热值（大于419kj/kg的部分）作为蒸汽放热的有效值。

将蒸汽凝液排放温度控制在100℃以下，蒸汽放热按下式计算：

蒸汽焓值（kj/kg）-100℃蒸汽凝液中显热（419kj/kg）----------------（4）

3.2创新蒸汽凝液排放器件的设计思想、设计结构，增加凝液排放控温功能和凝液排量调控功能，实现蒸汽凝液的常压排放。

3.2.1蒸汽凝液排放器件的设计要在满足蒸汽凝液不产生过冷度的前提下，将其迅速排出排尽,把蒸汽凝液的排出温度有效控制在100℃以下，实现常压排放，减少蒸汽凝液中高显热流失浪费。

3.2.2蒸汽凝液排放器件的设计结构，要满足不同规格蒸汽凝液排放器件对凝液排量实现有效控制，并采用无运动部件结构，实现“静态”连续排放，取代传统疏水阀多部件“动态”间歇排放方式，提高蒸汽凝液排放器件的使用寿命。

3.2.3根据不同用汽工况、蒸汽凝液产生温度及产生量的随机变化特性，将排水控温功能、排量调控功能纳入蒸汽凝液排放装置的设计规范。

3.2.4将蒸汽凝液排放器件的排液控温功能、排量调控功能及控制精度等级列入国家质量检测标准。

综上分析得出，蒸汽凝液排放器件必须具备排量调控功能，排液控温功能并能将所排出的高温蒸汽凝液温度控制在100℃以下且为无运动部件的“静态”连续排放，才能根除疏水阀使用寿命短、失效快、排水时漏汽这个久治不愈的顽疾，才能最终实现饱和蒸汽系统的节能减排。

结束语

笔者经过多年的实践探索，得出以下结论：

1、只有将高温饱和水、蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下，才能有效控制高温饱和水、蒸汽凝液中所挟带蒸汽的流失；

2、只有将高温饱和水、蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下，才能从根本上解决高温饱和水、蒸汽凝液排放过程中二次闪蒸汽的产生及流失；

3、只有将高温饱和水、蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下，才能根除排放系统余压余热的产生；

4、只有将高温蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下，才能使蒸汽热能的利用率达到极致，真正实现提高蒸汽热能一次利用率的目的。

笔者依据上述结论中总结的理论，自2003年开始研发并推向市场的第一代专利技术“多孔径转盘式喷嘴型疏水器” 历经10余年的艰苦努力，又研发出第三代获得发明专利的“蒸汽凝结水常压排放器”、“多孔同排蒸汽凝结水的常压排放器”，均是用于定量蒸汽凝液的排放。“蒸汽凝结水常压排放系统单元”可通过温度、液位、流量等不同控制方式对变量蒸汽凝液进行自动控制排放。

上述各项专利技术的关键在于：根据不同工况蒸汽凝液的产生量进行排量调控，并将高温蒸汽凝液的排出温度控制在100℃以下实现常压排放，可彻底根除饱和蒸汽系统“余压余热”的产生，真正实现饱和蒸汽系统节能在15%以上，提高蒸汽热能的一次利用率。

参考文献：

1、化工厂公用设施设计手册

出版社:化学工业出版社 作者:汪寿建 出版日期:2000-03-01

2、疏水阀 分类GB12247-89

3、疏水阀 术语、标志、结构长度GB12250-2005

4、蒸汽疏水阀 技术条件GB22654-2008

5、SPIRAX蒸汽和冷凝水系统手册

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