蒸汽減壓閥出口壓力頻繁超范圍波動，甚至，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能喪失，一直是供熱工程中極為普遍的問題。經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn)，其中很主要的一個(gè)原因，并非是閥門本身，而是系統(tǒng)中冷凝水侵入所致。通過對減壓結(jié)構(gòu)及其相關(guān)作用的研究，由于閥門自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，閥內(nèi)冷凝水積滯是必然的。對減壓閥工作原理的每個(gè)細(xì)節(jié)的分析發(fā)現(xiàn)冷凝水對閥門的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能具有破壞性。系統(tǒng)冷凝水的分離和排除，即最大程度上保證正常干度的蒸汽的供給，是減壓裝置、穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。由此提出了減壓裝置設(shè)計(jì)的基本要求及相關(guān)措施。同時(shí)，更要認(rèn)識到，減壓裝置z工作的直接對象大都是受壓容器。“超壓”對設(shè)備的工藝溫度、產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備的自身安全構(gòu)成直接威脅，須引起高度重視。

    當(dāng)我們經(jīng)常能從運(yùn)行人員那里聽到這樣一種反映：現(xiàn)在國產(chǎn)的減壓閥，質(zhì)量不行，后級壓力經(jīng)常穩(wěn)不住，壽命太短，使用不久，就不起作用了。由于減壓閥的失控，導(dǎo)致安全閥泄壓，刺耳的嘯叫，驚鄰四座，不僅僅是浪費(fèi)能源，而且直接影響了設(shè)備的安全運(yùn)行。問題是，有些單位更換了進(jìn)口閥，使用不久，上述問題照樣出現(xiàn)。

    通過對大量失控裝置的調(diào)查（當(dāng)然，不排除有閥門本身存在的問題）一個(gè)共同的發(fā)現(xiàn)：閥內(nèi)普遍存有大量積水，其中不乏是才用不久的新閥，而且系統(tǒng)設(shè)計(jì)上均未采取冷凝水有效排除的措施。試驗(yàn)證明：將這些冷凝水排除之后，大部分閥門均可投入正常運(yùn)行、從中得到啟示：冷凝水是否就是造成減壓裝置失控的主要原因？通過思考，明確了研究方向，第一，要了解減壓閥自身構(gòu)造上是否有沉積冷凝水的可能？什么部位？第二，要解決冷凝水對穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能是否具有破壞性的作用？

    1  減壓閥的結(jié)構(gòu)與冷凝水積滯的可能性

    應(yīng)該講，減壓閥是一種較為復(fù)雜的閥門，結(jié)構(gòu)繁雜，閥內(nèi)套閥（一只閥中有二只功能截然不同的導(dǎo)閥和主閥）必須詳細(xì)地來了解一下他們的結(jié)構(gòu)和相關(guān)作用。以目前最常用的國產(chǎn)Y43H系列活塞式減壓閥和進(jìn)口的導(dǎo)閥型減壓閥為例，進(jìn)行對比介紹。（見圖1及2）。

    1.1  主要結(jié)構(gòu)及相關(guān)區(qū)別

    從圖中可以看出，無論國產(chǎn)還是進(jìn)口，結(jié)構(gòu)雖然有所不同，但都是由調(diào)節(jié)彈簧組件、導(dǎo)閥組件、主閥組件及調(diào)節(jié)通道四大部分組成的。

    1.1.1  調(diào)節(jié)彈簧組件和導(dǎo)閥組件：除了導(dǎo)閥的閥芯形狀的區(qū)別外（一個(gè)是錐臺，一個(gè)是球體）相差無幾。

    1.1.2  主閥組件：結(jié)構(gòu)上完全相反

    國產(chǎn)主閥的閥芯布置在閥座的下面，進(jìn)氣方向?yàn)榈瓦M(jìn)高出，呈橫S形；

    進(jìn)口主閥的閥芯布置在閥座的上面，進(jìn)氣方向?yàn)楦哌M(jìn)低出，呈反橫S形。

    1.1.3  壓力調(diào)節(jié)通道（圖1中的α、β、γ，圖2中的a、b、c）布置形式不同

    國產(chǎn)閥壓力調(diào)節(jié)通道都預(yù)置在閥體內(nèi)部（內(nèi)置式），進(jìn)口閥壓力調(diào)節(jié)通道都是用銅管連接在閥體外面（外置式）。

    1.1.4  β通道和b通道的功能區(qū)別

    國產(chǎn)β通道是從導(dǎo)閥的環(huán)形汽腔直接通向下面的活塞氣缸上腔，只有連接的功能。

    進(jìn)口b通道是從主供汽通道分流連接到下游出口的閥體上（一個(gè)很細(xì)的孔），這個(gè)通道作用很特殊，它不僅僅與主隔膜下腔形成壓差，有助于主閥膜片的運(yùn)動，同時(shí)也能排走一部分余壓蒸汽及冷凝水到下游出口管段，更有利于主閥的迅速關(guān)閉。

v 國產(chǎn)閥，只要當(dāng)導(dǎo)閥被開啟后，冷凝水就會很快從α通道進(jìn)入導(dǎo)閥上部的環(huán)形汽腔，β通道及活塞汽缸上腔，隨著活塞的下行，冷凝水越積越多，直至活塞行程到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)至，在此過程中汽缸變成了“水缸”了。國產(chǎn)閥，由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盛水容積相對較小，所以只要小量的凝水就能充盈這些部位。

    進(jìn)口閥，當(dāng)導(dǎo)閥開啟后，冷凝水一般都沉積在汽缸、活塞汽缸上腔及主隔膜片下腔這些主閥運(yùn)動的原動機(jī)構(gòu)，及β、a、b通道這些壓力傳輸系統(tǒng)。由此可見由于減壓閥自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，閥內(nèi)冷凝水的積滯是必然的，而且都是閥門工作核心部位。

    2  從減壓閥的工作原理來分析冷凝水對穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能的破壞性

    要深入探討冷凝水對減壓閥穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能的影響，首先，必須了解減壓閥的工作原理及相互關(guān)系。

    2.1  國產(chǎn)減壓閥的工作原理

    導(dǎo)閥的開啟都是利用頂部的調(diào)節(jié)螺栓順時(shí)針方向擰動，使彈簧縮產(chǎn)生的彈力，使導(dǎo)閥膜片向下凹陷，作用在導(dǎo)閥連桿上的力，使之向下位移打開導(dǎo)閥。當(dāng)導(dǎo)閥開啟后，上游進(jìn)汽管段A腔的蒸汽通過α通道（供汽調(diào)節(jié)通道），經(jīng)過導(dǎo)閥進(jìn)入導(dǎo)閥環(huán)形汽腔，由β通道直接送到下面的活塞汽缸上腔。在A腔蒸汽不斷的供給下，壓力持續(xù)升高，推動活塞下行打開主閥，這時(shí)蒸汽源源不斷從A腔流至B腔。當(dāng)下游出口管段B腔負(fù)荷滿足的情況下，余多的蒸汽又使B腔內(nèi)的壓力不斷升高。不斷升高的壓力通過γ通道（壓力感應(yīng)通道）反饋到導(dǎo)閥膜片下腔，使導(dǎo)閥膜片向上突起，克服了上部調(diào)節(jié)彈簧的壓力，導(dǎo)閥被關(guān)小或關(guān)閉。從而，關(guān)小或關(guān)閉來自上游α通道的蒸汽源。當(dāng)活塞汽缸上腔壓力下降時(shí)，在下面復(fù)位彈簧的作用下，主閥被關(guān)小或關(guān)閉，這時(shí)B腔內(nèi)的壓力開始下降，這樣周而復(fù)始達(dá)到調(diào)壓的目的。

    2.2  進(jìn)口減壓閥的工作原理

    當(dāng)導(dǎo)閥打開以后，從圖2中可以看出，上游管段A腔的蒸汽迅速進(jìn)入內(nèi)部過濾罩，通過導(dǎo)閥到達(dá)a通道（供汽調(diào)節(jié)通道），當(dāng)a通道充滿蒸汽后直接被送至主閥膜片下腔，同時(shí)一部分蒸汽通過b通道（壓力控制通道）被分流進(jìn)入B腔。主閥膜片下腔在a通道蒸汽不斷地供給下，主伐膜片受壓后向上突起，所產(chǎn)生的推力推動主閥桿向上運(yùn)動，打開主閥，同樣蒸汽源源不斷地從A腔流向B腔。當(dāng)下游出口管段負(fù)荷滿足的情況下，余多的蒸汽同樣也使B腔內(nèi)的壓力不斷升高，不斷升高的壓力通過c通道（壓力感應(yīng)通道）傳輸?shù)綄?dǎo)閥膜片下汽腔，此時(shí)導(dǎo)閥膜片向上突起，克服上部調(diào)節(jié)彈簧的壓力，導(dǎo)閥被關(guān)小或關(guān)閉，減小和切斷來自A腔的蒸汽。當(dāng)主閥膜片下腔壓力逐步減小后，上部主閥彈簧發(fā)生作用，使主伐閥芯下行回座，主閥被關(guān)小或關(guān)閉（多余的蒸汽同時(shí)通過b通道釋放進(jìn)入B腔，主閥被迅速關(guān)閉），使得B腔的壓力不斷下降，這樣來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的。（導(dǎo)閥打開的原理，進(jìn)口閥和國產(chǎn)閥相同，略）

    2.3  冷凝水破壞穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能機(jī)理的分析

    當(dāng)下游壓力升高（B腔內(nèi)）需要壓力下調(diào)時(shí)。正常情況下B腔超高的壓力，通過壓力感應(yīng)通道（γ）傳至導(dǎo)閥，使導(dǎo)閥關(guān)小或關(guān)閉，從而關(guān)小和切斷來自A腔的汽源。當(dāng)冷凝水侵入到汽缸、環(huán)形汽腔時(shí)，由于水不可壓縮的特性，此時(shí)，主閥復(fù)位彈簧完全失去了作用，活塞不能上行，主閥無法關(guān)閉，入口（A腔）的蒸汽仍源源不斷，通過常開狀態(tài)的主閥流入B腔。使之壓力超高而失控。

同例，看進(jìn)口閥（見圖2）當(dāng)系統(tǒng)冷凝水充滿a、b通道及主隔膜下腔時(shí)。來自A腔蒸汽的推力下，主閥膜片處于向上鼓起狀態(tài)。同樣，是水不可壓縮特性，使上部復(fù)位彈簧無法下行回座，主閥也同樣處于常開狀態(tài)，穩(wěn)調(diào)節(jié)功能遭到破壞。

    這里，要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是，雖然，減壓閥屬于比例調(diào)節(jié)閥，但是，當(dāng)冷凝水充滿了閥內(nèi)這些核心工作部位時(shí)，比例調(diào)節(jié)性質(zhì)完全改變了，其關(guān)鍵的問題，在于運(yùn)動部件的摩擦阻力的作用及動作順序先后的時(shí)間差，決定了主閥運(yùn)動具有滯后性。（導(dǎo)閥動作在先，主閥尾隨在后）當(dāng)接受來自γ及c通道超壓訊息后，首先，關(guān)小或關(guān)閉導(dǎo)閥。這樣，切斷了閥內(nèi)冷凝水的退路，顯然，活塞和主閥膜片就無法運(yùn)動。

    綜合上述的分析和探討，很明確，系統(tǒng)冷凝水對供熱工程百害而無一利。由此結(jié)論，系統(tǒng)冷凝水是破壞蒸汽減壓閥穩(wěn)壓調(diào)節(jié)功能的最基本的原因。

    3  系統(tǒng)冷凝水是唯一的來源

    在寫這篇文章過程中有同行提出，減壓閥在其自身工作過程的熱交是否會產(chǎn)生冷凝水？這個(gè)問題的提出，使我們要考慮減壓閥內(nèi)部是否也會析出冷凝水的問題？所以有必要來了解一下減壓閥工作過程的熱工狀態(tài)。為了更形象直觀地說明問題，擬借LgP-I圖來分析一下，看看在壓力降低的情況下，它們各相關(guān)狀態(tài)參數(shù)的變化情況，會有一個(gè)答案。

    假設(shè)上游進(jìn)口壓力為（閥前）P1，下游出口壓力為P2，P1與干飽和蒸汽線相交于O1沿等焓線下行。下游出口壓力P2與等焓線相交于O2，當(dāng)壓力從P1下降到P2 時(shí)，其它相關(guān)參數(shù)也發(fā)生相應(yīng)的變化。

    從圖3中可以看出，壓力從P1降至P2沿等焓線進(jìn)行，所以焓沒有改變，但是熵從S1增加到S2，比容也從V1增加到V2，但溫度從t1下降到t2。

    由此看來，蒸汽經(jīng)過減壓閥的流動過程，應(yīng)該認(rèn)為是絕熱節(jié)流過程。這種絕熱節(jié)流過程是不可逆的絕熱膨脹等焓流動過程。蒸汽節(jié)流后焓值不變，比容和熵都有所增加，溫度略有下降。蒸汽經(jīng)過減壓閥后，非但不會產(chǎn)生冷凝水，而且蒸汽干度也得到了提高，可以說冷凝水的產(chǎn)生來自系統(tǒng)，而且是唯一的。這樣，對于防止和減少冷凝水進(jìn)入減壓閥的措施方法也變得簡單了。

    4  措施和方法

    4.1  管道中冷凝水排除一種好的做法

    蒸汽熱源到各用汽終端，沿程少則幾十米，多則幾百米或更長，加上有的設(shè)備用汽的間斷性，蒸汽管路不斷與環(huán)境進(jìn)行熱交換，這部分冷凝水的排除通常的做法采用分段疏水來解決的。那么效果如何？從圖4中我們可以看出，由于我們選用的疏水管口徑都比較細(xì)，可以想象，當(dāng)管內(nèi)蒸汽流速在十幾到幾十米/秒·時(shí)，實(shí)際情況是冷凝水在沒排掉多少時(shí)，它已經(jīng)被沖過疏水管口了。這種傳統(tǒng)做法排水效率低，效果不理想。

    在輸汽總管與疏水管之間加裝了一段凝水匯集短管，管徑粗，集水能力強(qiáng)，疏水管從凝水短管的腰部引出，形成水封蒸汽不易逃逸。凝水短管的口徑與蒸汽輸送管的比，推薦為1/2~2/3。如Dn100口徑的供汽管，凝水匯集短管的口徑可選擇50~80的口徑。這種方法排量大，效果好，目前國外普遍采用的辦法，值得借鑒。

    4.2  減壓裝置汽水分離器的設(shè)置至關(guān)重要加設(shè)汽水分離器能最大程度保證干燥蒸汽的供給，對減壓裝置的穩(wěn)定工作，使用壽命是一個(gè)重要的保障措施。筆者根據(jù)重力分離與阻疑相結(jié)合原理設(shè)計(jì)出的一種汽水分離器，實(shí)際使用效果不差，僅供參考。

    綜觀國外汽水分離器產(chǎn)品，從原理上分有重力式、阻凝式、離心式。從形式上看有臥式、立式，品種多樣，規(guī)格齊全。但目前國內(nèi)市場卻無產(chǎn)品可選?，F(xiàn)在大多使用的是國外產(chǎn)品。（價(jià)格昂貴，望而卻步）

    凝水滯留對一個(gè)蒸汽供熱系統(tǒng)來講是有百害而無一利的。因此，汽水分離器的研制開發(fā)有很多事情可做，望同行們共同關(guān)注。

    4.3  減壓裝置設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題：

    （1）在汽水分離器凝水排放口下端必須設(shè)置一個(gè)獨(dú)立排放口，用于設(shè)備啟動時(shí)排水。

    （2）旁通的設(shè)置，最好在減壓閥的上方，或者平行設(shè)置。

    （3）蒸汽過濾器緊貼減壓閥安裝。

    （4）選用減壓閥流量要合適，設(shè)備的耗汽量要準(zhǔn)確計(jì)算。筆者的體會，減壓閥的流量應(yīng)該比設(shè)備耗汽量大10~20%為宜，千萬不要出現(xiàn)“大馬拉小車的情況”，否則，對減壓工況的穩(wěn)定也有影響。

    5  結(jié)束語

    5.1  蒸汽減壓供熱規(guī)范的完善

    減壓閥具有“怕水性”的特點(diǎn)，減壓裝置的設(shè)計(jì)和安裝，必須重視系統(tǒng)冷凝水的分離和排除，同時(shí)希望在規(guī)范修訂時(shí)充分考慮這些保障措施的補(bǔ)充。

    5.2  國產(chǎn)蒸汽汽水分離器的研制開發(fā)

    早日使產(chǎn)品多樣化，規(guī)格系列化，為減壓裝置穩(wěn)定工作創(chuàng)造一個(gè)基本條件

    5.3  從根本上來認(rèn)識減壓裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，其安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要意義

    實(shí)際上需要減壓供熱的對象，如物料反應(yīng)鍋、換熱器等往往都是壓力容器，每年發(fā)生爆炸事故不少，分析主要原因，安全閥、防爆片等安全附件失控原因很多。一個(gè)事實(shí)告訴我們：安全附件由于種種原因不可能做到百分之百的可靠。一般的理念往往認(rèn)為，減壓裝置超壓沒有關(guān)系，反正后面的安全附件會自動泄壓，減壓裝置依賴于安全附件的靈敏性，反之安全附件的失控，“超壓”，會直接導(dǎo)致事故的發(fā)生，且為事故發(fā)生的元兇。應(yīng)該講，只要減壓裝置穩(wěn)定可靠，才能保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

   很清楚，減壓裝置的安全運(yùn)行是第一位的（預(yù)防的概念）安全附件的作用是第二位的（治理的概念），只有“以防為主、防治結(jié)合”，才能從源頭上杜絕事故的發(fā)生。減壓裝置的科學(xué)設(shè)計(jì)無論從安全性和經(jīng)濟(jì)性都具有很重要的意義。