新型減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及研究

雍麗英 孫福才 張永標(biāo)

摘 要：減溫減壓裝置是對(duì)高溫高壓蒸汽進(jìn)行參數(shù)調(diào)整的轉(zhuǎn)換裝置。文中針對(duì)舊型減溫減壓裝置存在的缺點(diǎn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，提出了新型減溫減壓裝置各部分結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、材質(zhì)的選用及所能達(dá)到的性能指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：減溫減壓裝置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；蒸汽；噴嘴；材質(zhì)

1 概述

同高壓輸電原理相似，蒸汽在高壓過(guò)熱狀態(tài)下輸送能量損耗最小，所以工業(yè)生產(chǎn)中都是將鍋爐生產(chǎn)的高溫高壓蒸汽經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后，再根據(jù)用戶的需求進(jìn)行減溫減壓處理，得到溫度和壓力均滿足要求的二次蒸汽。減溫減壓裝置廣泛地應(yīng)用在工業(yè)鍋爐、火力發(fā)電廠、石油化工等重要場(chǎng)合，是典型的高效節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)是否合理對(duì)于二次蒸汽的性能指標(biāo)有著重大的影響。

舊型減溫減壓裝置中，減溫器由固定噴嘴、給水分配閥、節(jié)流裝置等組成。固定噴嘴用來(lái)給一次蒸汽噴減溫水進(jìn)行減溫，由于其噴嘴面積固定不可調(diào)，所以只能通過(guò)給水分配閥來(lái)調(diào)整噴水量，但給水分配閥存在較大的漏流量，當(dāng)工作狀況為小流量大壓差時(shí)，其最低可調(diào)溫度會(huì)偏高，會(huì)使得二次蒸汽的最低可調(diào)溫度達(dá)到飽和溫度加15℃以上，減溫效果變差甚至?xí)瑴?，所以其只適合在50%Q～100%Q工況下使用。

2 新型減溫減壓系統(tǒng)組成

針對(duì)舊型減溫減壓裝置存在的缺點(diǎn)，在其結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了科學(xué)有效的改進(jìn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了新型減溫減壓裝置，尤其是改為彈簧可調(diào)霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)，使得二次汽最低溫度可調(diào)到飽和蒸汽溫度加5℃，在實(shí)際應(yīng)用中取得了顯著的效果。

新型減溫減壓系統(tǒng)按照其功能不同主要由四部分組成，分別為減壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、安全保護(hù)裝置及自動(dòng)控制裝置，如圖1所示。

其中，減壓系統(tǒng)的作用是降低進(jìn)口一次蒸汽的壓力，使出口二次蒸汽的壓力滿足用戶的需求，包括減壓閥和節(jié)流孔板等元件。減溫系統(tǒng)的作用是降低進(jìn)口一次蒸汽的溫度，使出口二次蒸汽的溫度滿足用用戶的需求。安全保護(hù)裝置是當(dāng)二次蒸汽壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，打開安全閥進(jìn)行泄壓，從而使二次蒸汽壓力保持在允許值內(nèi)，可采用彈簧安全閥或沖量安全裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)控制裝置通過(guò)壓力傳感器和溫度傳感器采集二次蒸汽的信號(hào)，并對(duì)系統(tǒng)的閥門進(jìn)行控制使二次蒸汽的壓力和溫度保持在需要的設(shè)定值內(nèi)。

3 新型減溫減壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型減溫減壓裝置為組合式結(jié)構(gòu)，占用空間小。減壓由一個(gè)單獨(dú)的蒸汽減壓閥和節(jié)流孔板完成。減溫由彈簧旋流霧化噴嘴減溫器完成，減溫器直接與蒸汽主管道法蘭連接，不需另配給水分配閥等分立閥門。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

3.1 采用籠式多級(jí)節(jié)流結(jié)構(gòu)的蒸汽減壓閥

蒸汽減壓閥采用籠式多級(jí)節(jié)流結(jié)構(gòu)，通過(guò)多級(jí)降壓消除了汽體對(duì)管道的沖擊和振動(dòng)，降低了噪音，同時(shí)也可避免對(duì)閥口的沖蝕。閥塞采用了平衡式結(jié)構(gòu)，減小了介質(zhì)不平衡力，從而可減小執(zhí)行器力矩。閥座采用了鑲裝分體式，杜絕了因熱應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。

3.2 研發(fā)高精度旋流霧化噴嘴的減溫器

新型減溫器不同于舊型減溫器采用的固定噴嘴和給水分配閥結(jié)構(gòu)，而是變固定噴嘴為可調(diào)噴嘴，將流量控制與霧化噴嘴于一體?？烧{(diào)噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入了彈簧，當(dāng)減溫水的流量或壓力發(fā)生變化時(shí)，利用彈簧力來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)噴嘴的開度改變噴嘴的通流截面積，從而控制了減溫水的流量，以使減溫水霧化得更細(xì)更穩(wěn)定。彈簧式壓力噴嘴具有較大的可調(diào)比，可在全行程范圍內(nèi)精確控制蒸汽溫度。同時(shí)，彈簧式壓力噴嘴可在水壓低于管道氣壓時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，起到止回閥的作用，避免發(fā)生蒸汽倒流。

3.3 設(shè)計(jì)適應(yīng)性強(qiáng)的鑲裝式噴嘴

將不同規(guī)格的噴嘴安裝在同一減溫器中，在相同壓差下由于彈簧剛度不同，則閥桿的行程與通流量也會(huì)不同，從而保證了不同流量都能得到精確的控制，即確保二次蒸汽在10%Q～100%Q幾近全行程范圍內(nèi)對(duì)溫度的精確控制。

3.4 主要零部件的材質(zhì)

減溫減壓裝置工作在高溫高壓環(huán)境下，工況惡劣，主要零部件的材質(zhì)要耐溫耐壓耐交變應(yīng)力，減溫減減壓裝置中主要零部件選材如表1所示。

4 新型減溫減壓裝置的性能指標(biāo)

新型減溫減壓裝置解決了內(nèi)漏嚴(yán)重、調(diào)節(jié)性能差、二次蒸汽溫度壓力控制精度低、振動(dòng)噪音大等缺陷，有效提高了減溫減壓器整體的性能指標(biāo)。減溫減壓裝置的性能指標(biāo)反映在進(jìn)口蒸汽、出口蒸汽、噪音水平等三個(gè)方面，如表2。

另外，由于減溫器優(yōu)良的霧化性能及流量控制，二次蒸汽出口溫度T2可控制在僅比出口蒸汽壓力P2所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度高5℃的范圍內(nèi)。即出口溫度T2最低為：

T2=TS+5℃

其中，TS為二次蒸汽壓力P2對(duì)應(yīng)的汽體飽和溫度。

5 結(jié)束語(yǔ)

減溫減壓裝置在加工中具有品種多、批量小、加工制造難度大且精度要求高的特點(diǎn)。對(duì)于新型減溫減壓裝置中所有零件都進(jìn)行了精細(xì)的加工，尤其是閥桿在磨削加工后又進(jìn)行了超精拋光，有效減少了閥桿與填充石墨之間的摩擦力，也加強(qiáng)了閥桿的耐腐蝕性能。新型減溫減壓裝置從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到材質(zhì)選取和制造工藝等方面的諸多特點(diǎn)，使其具有優(yōu)異的使用性能，并在實(shí)踐中得到了證實(shí)。

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作者簡(jiǎn)介：雍麗英（1969-），女，教授，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)及節(jié)能技術(shù)。

孫福才（1981-），男，講師，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)及節(jié)能技術(shù)。