化工項(xiàng)目蒸汽減溫減壓器選型的探討

(中國(guó)天辰工程有限公司，天津 300400)

化工項(xiàng)目中普遍存在高、中、低壓等多個(gè)壓力等級(jí)的蒸汽系統(tǒng)，尤其是現(xiàn)代大型煤化工、天然氣化工等項(xiàng)目，蒸汽系統(tǒng)的配置更為復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行中，各等級(jí)蒸汽的負(fù)荷分配往往不能做到產(chǎn)汽量與用汽量的完全匹配。因此，需要利用減溫減壓器來(lái)將高等級(jí)蒸汽輸送至低等級(jí)蒸汽管網(wǎng)，在不同等級(jí)的蒸汽之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到全廠的蒸汽平衡，確?；て髽I(yè)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，化工廠在開車試運(yùn)行時(shí)往往沒(méi)有穩(wěn)定的工藝裝置副產(chǎn)蒸汽，也需要利用減溫減壓器來(lái)供給不同等級(jí)蒸汽，因此，減溫減壓器對(duì)于化工項(xiàng)目的開車試運(yùn)行也是必不可少的設(shè)備。本文通過(guò)介紹不同類型的減溫減壓器并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，以實(shí)際案例探討了減溫減壓器的選型依據(jù)，為工程設(shè)計(jì)人員在今后其他項(xiàng)目中選擇減溫減壓器提供了一定的借鑒。

1 常見(jiàn)減溫減壓器型式

目前，化工項(xiàng)目中常見(jiàn)的減溫減壓器主要有兩種類型：一體式減溫減壓器和分體式減溫減壓器。

1.1 一體式減溫減壓器

一體式減溫減壓器通常是將蒸汽減壓結(jié)構(gòu)與減溫結(jié)構(gòu)安裝在同一個(gè)閥體內(nèi)，從而可以通過(guò)一個(gè)閥體同時(shí)完成蒸汽的減壓和減溫功能。常見(jiàn)的一體式減溫減壓器類型見(jiàn)圖1。

圖1 一體式減溫減壓器結(jié)構(gòu)示意

圖1中所示的一體式減溫減壓器為角型鍛造閥體，鍛造閥體壁厚小于鑄造閥體，因此高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力對(duì)其影響較小，其可承受較高的溫度、壓力。

這種類型的減溫減壓器結(jié)構(gòu)緊湊，蒸汽減壓結(jié)構(gòu)與減溫水噴嘴緊密結(jié)合，其一次蒸汽經(jīng)多級(jí)孔減壓達(dá)到指定壓力后，一部分蒸汽進(jìn)入減溫水噴嘴腔體內(nèi)，輔助加熱并霧化減溫水，減溫水的噴入位置位于減壓閥芯之后。其優(yōu)點(diǎn)在于減溫水霧化效果好，要求閥后直管較短，能夠適應(yīng)高溫、高壓差的工況，常用于汽輪機(jī)旁路等工況較為苛刻的場(chǎng)合；缺點(diǎn)是配管要求空間大、造價(jià)高、維護(hù)成本高。

一體式減溫減壓器還有另外一種型式，其結(jié)構(gòu)可見(jiàn)圖2。這種型式的減溫減壓器的減溫水直接噴入減壓閥芯，其主要優(yōu)點(diǎn)是減溫水在閥芯噴入，可以較早地與高溫蒸汽混合，同時(shí)閥芯內(nèi)蒸汽減壓膨脹，流速高，紊流效果好，有利于強(qiáng)化減溫水與蒸汽換熱，從而加速減溫水的蒸發(fā)，有利于縮短閥后直管段的長(zhǎng)度，其直通式閥體可以明顯地節(jié)省配管空間。

圖2 一體式減溫減壓器結(jié)構(gòu)

但這種一體式減溫減壓器也具有明顯的缺點(diǎn)：由于減溫水溫度往往較蒸汽溫度低很多，其閥芯內(nèi)件需要承受一次蒸汽及減溫水的高溫差產(chǎn)生的熱沖擊及熱形變，閥門壽命大大縮短[1]，因此，根據(jù)廠家推薦，這種類型的減溫減壓器往往用于蒸汽與減溫水溫差不超過(guò)50℃的工況。

1.2 分體式減溫減壓器

分體式減溫減壓器分別通過(guò)減壓閥對(duì)蒸汽進(jìn)行減壓，再通過(guò)減溫器對(duì)蒸汽進(jìn)行減溫，使蒸汽達(dá)到用戶需要的溫壓值。常見(jiàn)的分體式減溫減壓器配置見(jiàn)圖3。

圖3 分體式減溫減壓器配置

由于分體式減溫減壓器蒸汽的減壓和減溫過(guò)程相對(duì)獨(dú)立，相互無(wú)制約，減壓閥和減溫器的配置可以根據(jù)用戶的需要和工況要求來(lái)分別配置，因此具有更好的多樣性和靈活性。同時(shí)，減壓閥和減溫器可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間條件自由布置。

2 常見(jiàn)減溫器型式

分體式減溫減壓器中減溫裝置為核心設(shè)備，其主要型式有以下幾種。

2.1 固定截面式多噴嘴減溫器

固定截面式多噴嘴減溫器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

這種減溫器的噴嘴截面積不可調(diào)節(jié)，減溫水的流量調(diào)節(jié)完全取決于上游調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用。由于噴嘴的數(shù)量及截面積設(shè)計(jì)往往取決于需要減溫的最大流量，因此在變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，減溫水流量往往要小于設(shè)計(jì)流量，當(dāng)減溫水流量減少到一定程度時(shí)，其噴嘴的霧化效果將會(huì)大大降低，一般其推薦的流量調(diào)節(jié)比為3∶1。

圖4 固定截面式多噴嘴減溫器

2.2 彈簧可調(diào)霧化噴嘴減溫器

2.2.1 彈簧可調(diào)單噴嘴減溫器

彈簧可調(diào)單噴嘴減溫器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 彈簧可調(diào)單噴嘴減溫器

其核心部件為內(nèi)置彈簧及閥芯的噴嘴，錐形閥芯通過(guò)閥桿被彈簧緊緊壓縮在噴頭上，當(dāng)上游減溫水壓力與蒸汽壓力之差超過(guò)彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥芯離開噴頭，形成間隙，減溫水從間隙中噴出。

這種噴嘴的流量取決于閥芯行程，閥芯的行程越大，噴嘴的間隙越大，可流過(guò)的減溫水量也就越大。通過(guò)噴嘴上游的減溫水調(diào)節(jié)閥來(lái)控制減溫水壓力，從而獲得不同的減溫水與蒸汽壓力之差，也就可以得到不同的減溫水流量，其流量調(diào)節(jié)比可達(dá)到10∶1，彈簧的預(yù)設(shè)值通常為0.3MPa(g)，最大調(diào)節(jié)比時(shí)要求壓力之差可達(dá)3MPa(g)。

這種減溫器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性能能夠滿足大多數(shù)工況的要求，是市面上較為常見(jiàn)的減溫器型式。但減溫器的性能很大程度上取決于彈簧的性能，因此對(duì)彈簧的制造要求較高。不太適用于減溫水壓力與蒸汽壓力壓差較小的場(chǎng)合，例如調(diào)節(jié)比要求大于5∶1，或壓力之差要求大于1.5MPa(g)時(shí)。

2.2.2 彈簧可調(diào)環(huán)形噴嘴減溫器

由于單個(gè)噴嘴的噴水量有限，因此市面上也有配置多個(gè)噴嘴的環(huán)形可調(diào)噴嘴減溫器，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 彈簧可調(diào)環(huán)形噴嘴減溫器

對(duì)于環(huán)形可調(diào)噴嘴減溫器，其噴水量大，分布均勻，能夠迅速降溫，但由于其減溫水流向垂直于管道軸線，未完全霧化的減溫水必然會(huì)直接沖擊管道，對(duì)管道造成較大的應(yīng)力沖擊，容易導(dǎo)致管道的損壞。通常其要求的蒸汽流最低速為不低于20m/s，適用于緊急泄放場(chǎng)合，如汽輪機(jī)旁路，對(duì)于需要經(jīng)常使用的減溫減壓器不推薦使用。

2.3 可變截面式多噴嘴減溫器

為了克服固定截面式多噴嘴減溫器流量調(diào)節(jié)比小的缺點(diǎn)，不同廠家開發(fā)了不同的可變截面型多噴嘴減溫器。

2.3.1 移動(dòng)型可變截面式多噴嘴減溫器

移動(dòng)型可變截面式多噴嘴減溫器見(jiàn)圖7，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)減溫器閥芯的高度，可以控制噴嘴打開的數(shù)量，從而控制減溫水的總流量。其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)針對(duì)不同負(fù)荷來(lái)控制噴嘴打開的數(shù)量，即：大流量時(shí)噴嘴全開，小流量時(shí)僅打開少部分噴嘴，從而保證每個(gè)噴嘴始終在設(shè)定流量下工作，既滿足不同負(fù)荷下較高的流量調(diào)節(jié)比，又保證了噴嘴的霧化效果。因此，其流量調(diào)節(jié)比最高可以達(dá)到20：1。

圖7 移動(dòng)型可變截面式多噴嘴減溫器

缺點(diǎn)主要為閥桿需要承受較高的減溫水壓力，對(duì)上下移動(dòng)的閥芯密封性能要求較高，有減溫水泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 旋轉(zhuǎn)型可變截面式多噴嘴減溫器

圖8 旋轉(zhuǎn)型可變截面式多噴嘴減溫器

圖8為旋轉(zhuǎn)型可變截面式多噴嘴減溫器。該型減溫器原理上與移動(dòng)型可變截面式多噴嘴減溫器相同，都是控制噴嘴開啟的數(shù)量，但其結(jié)構(gòu)更為巧妙：其在閥桿的不同位置上開設(shè)了與噴嘴數(shù)量相同的小孔，減溫水先進(jìn)入中空的閥桿內(nèi)部，再通過(guò)閥桿的小孔流出并進(jìn)入噴嘴，通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥桿的位置使得閥桿上的開孔與噴嘴進(jìn)行重合，不同位置，重合的數(shù)量不同，從而控制了噴嘴打開的數(shù)量，以此控制減溫水的總流量。此種結(jié)構(gòu)為專利設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)比高、霧化效果好，旋轉(zhuǎn)型的設(shè)計(jì)避免了執(zhí)行機(jī)構(gòu)承受過(guò)大的壓力，同時(shí)其在閥桿上設(shè)計(jì)有進(jìn)水球閥，密封嚴(yán)密，不會(huì)導(dǎo)致高壓減溫水的泄露。缺點(diǎn)為造價(jià)較高。

旋轉(zhuǎn)型可變截面式多噴嘴減溫器的實(shí)際噴水效果見(jiàn)圖9。

圖9 旋轉(zhuǎn)型可變截面式多噴嘴減溫器噴水效果

3 某天然氣制甲醇項(xiàng)目減溫減壓器選型

3.1 減溫減壓器參數(shù)

以某公司天然氣制甲醇項(xiàng)目為例，探討減溫減壓器的選型依據(jù)。本項(xiàng)目全廠共有HHPS、HPS、MPS、LPS等4個(gè)壓力等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)，為保證開工用汽及正常運(yùn)行時(shí)的蒸汽平衡，各網(wǎng)管之間均設(shè)計(jì)有多組減溫減壓裝置，其參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 減溫減壓器參數(shù)

3.2 選型分析

對(duì)于本項(xiàng)目減溫減壓器的選型需要考慮的因素有工藝使用要求、設(shè)備性能、管道布置空間、采購(gòu)費(fèi)用等。選型的原則為在滿足工藝使用要求的前提下，盡量減少設(shè)備占地，便于管道配管，節(jié)省投資。

前文對(duì)不同類型的減溫減壓器及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，各種類型減溫減壓器的適用場(chǎng)合見(jiàn)表2。

表2 不同類型減溫減壓器適用場(chǎng)合

項(xiàng)目蒸汽減溫減壓器最大壓差為5.4MPa(g)，調(diào)節(jié)比要求為10∶1，采用分體式可滿足工藝使用要求；最終通過(guò)綜合比較調(diào)節(jié)性能、蒸汽霧化效果、蒸汽直管段要求及費(fèi)用等因素后，選擇移動(dòng)型可變截面式減溫器。

4 結(jié)語(yǔ)

減溫減壓器作為化工廠的重要設(shè)備，在化工項(xiàng)目中占有重要地位，減溫減壓器的選型正確與否決定了全廠蒸汽的穩(wěn)定、連續(xù)供應(yīng)。了解并掌握不同類型的減溫減壓器性能對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員正確選擇、采購(gòu)減溫減壓器至關(guān)重要。

對(duì)于分體式可滿足工藝要求的情況下，可優(yōu)先選用分體式減溫減壓器，因?yàn)槠渑渲渺`活、節(jié)省投資。對(duì)于流量調(diào)節(jié)要求不超過(guò)3∶1的場(chǎng)合，可以采用固定截面式多噴嘴減溫器。對(duì)于調(diào)節(jié)比較高，同時(shí)蒸汽與減溫水溫差較大、要求霧化效果良好的工況，推薦采用可變截面式多噴嘴減溫器。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧凡，鄒積明.超高壓減溫減壓器典型問(wèn)題的分析處理[J].石油化工自動(dòng)化，2002(3)：78-80.