談倒吊桶式疏水閥在橡膠工業蒸汽硫化設備中的應用

一、前言

    蒸汽疏水閥是解決橡膠工業蒸汽加熱硫化設備的溫度控制精度與節約能源的關鍵部件 眾所周知，硫化工序占輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、力車胎、翻胎等各類橡膠加工廠中全部蒸汽消耗量的80 ，國標、部標對各種硫化機、硫化罐的溫度控制精度都作出了嚴格規定，以保證橡膠制品的硫化質量。然而，由于我國橡膠工業硫化設備蒸汽疏水閥技術與莢、美、德、日等世界先進國家在理論、設計、制造、安裝、使用等方面存在的較大差距，導致我國橡膠工業硫化設備的溫控與節能這兩個重要指標難以統一，實際上絕大多數硫化設備以浪費蒸汽為代價來保證橡膠制品不“欠硫．由于蒸汽疏水閥選配不合理或直排乏氣，造成設計蒸汽消耗量的30 的浪費．我國每年僅硫化工序所浪費的蒸汽就高達數千萬元。因此，橡膠工業硫化設備技術裝備的發展與進步是提高橡膠產品的硫化質量、節約能源的關鍵

二、溫度控制精度的關鍵問題

    在橡膠蒸汽硫化設備的機械設計完成之后，一個良好的蒸汽供熱系統設計即硫化機、硫化罐熱力系統設計就成為保證硫化設備溫控精度的主要因素。蒸汽疏水閥則是熱力系統設計中的關鍵部件，其性能的優劣直接決定溫控精度及節能效率。

    因此很有必要從動作原理、熱工特性方面論述蒸汽疏水閥蒸汽醢水閥是從貯有蒸汽的密閉容器內自動排出凝結水，同時保持不泄漏新鮮蒸汽的一種自動控制裝置。接啟閉件的驅動方式，蒸汽疏水f礙可分為三類：由凝結水液位變化驅動的機械型蒸汽疏水閥；由凝結水溫度變化驅動的熱靜力型蒸汽疏水閥；由凝結水動態特性驅動的熱動力型蒸汽疏水閥倒吊桶式疏水閥屬于開口向下浮子式機械型蒸汽疏水閥，其動作原理系由浮子內凝結水的液位變化導致啟閉件的開關動作 這里要重點研究衡量疏水闊性能的一個重要參數，即疏水闊的過冷度疏水閥過冷度的大小直接美系到硫化設備的溫控精度，也就是溫度控制的準確度 國標中關于過冷度的定義為“過冷度△T為凝結水溫度與相應壓力下飽和溫度之差的絕對值。

    “開閥過冷度△"IOP為開閥溫度與相應壓力下飽和溫度之差的絕對值 ．“關閥過冷度△ cL為關閥溫度與相應壓力下飽和溫度之差的絕對值 。換句話說，過冷度是指疏水悶在工作壓力下連續排出凝結水時，閥內凝結水的溫度與該壓力下相應飽和蒸汽溫度的差值。

    三大類的每一種琉水閥都有它自己特定的最小過冷度。根據國內外疏水閥測試赍辯的數據表明，國內外的大多數熱靜力型和熱動力型優質疏水閥，其開閥過冷度都遠遠大于8℃，而其關閥過冷度都小于8'C。如熱動力型中的圓盤式和脈沖式琉水閥其允許的最小過冷度為6~8"C；熱靜力型中的雙金屬片式硫水閥允許的最小過冷度為1 O～30"C。如果某種硫化機或硫化罐所允許的溫差不能超過6℃(小于土3℃)時，就不能在熱力系統中選擇這兩種類型的疏水閥了。如果現在有一臺平板硫化機的熱扳機械設計得很好，要求熱板的溫度誤差±2 5℃時，熱力系統設計選用哪種琉水閥呢?必須選用倒吊桶式琉水閥。原因是倒吊桶式琉水閥的特性為有水即排，可以排出飽和溫度凝結水，即它允許的最小過冷度為O'C。所以能最大限度地滿足橡膠硫化設備溫度控制的嚴格要求(土3"C)和加熱溫度較高(140~170℃)等的條件。假如熱板以工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽加熱硫化，使用倒吊桶式疏水閥，它的工況是這樣的：該壓力下，1 51．84"C的飽和蒸汽在熱板內部蛇形管道與低于其飽和溫度(1 51．84℃)的冷卻面接觸時，就在該冷卻表面上發生凝結，并向冷卻表面放出凝結潛熱，同時按一定速率連續不斷地生成飽和溫度凝結水(1 51．84℃)。當飽和溫度凝結水充滿倒吊桶式琉水閥時，吊桶因失去浮力，靠自重下沉，閥芯離開閥座，飽和溫度凝結水在蒸汽壓力作用下通過排出口排赦。這時該琉水閥的開閥溫度(蒸汽疏水閥開啟時的進口溫度)為151．84"C，與熱板工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽溫度相同，差值為O'C，即過冷度為O'C。當閥體內凝結水接近排盡時，蒸汽充人吊桶內形成蒸汽腔，將吊桶浮起，閥芯關閉閥座，疏水閥保持關閉狀態。這時疏水閥的關閥溫度(蒸汽疏水閥關閉時的進口溫度)為151．84℃ ，與熱板工作壓力0．4MPa的飽和蒸汽溫度相同，差值為0℃ ，即過冷度為O'C。從熱工特性上最大限度地保證了熱板熱力系統的溫度控制準確度。

    當凝結水回收系統為開式系統時，即倒吊桶式琉水閥的工作背壓為零時(在工作條件下．蒸汽疏水閥出口端的壓力)，該疏水閥閥后排出的凝結水溫度為100℃。為閉式系統時，假如疏水閥的工作背壓為0．021VIPa，該琉水閥閥后排出的凝結水溫度為104"C，即疏水閥工作背壓的大小決定疏水閥閥后排出凝結水溫度的高低，但不影響倒吊桶式琉水閥的過冷度。

三、節能性能

    美國阿姆斯特朗機器廠主要生產倒吊桶式琉水閥。由于該廠在倒吊桶式硫水閥的結構設計和制造工藝上進行了多年不懈的改進和完善，從而使該廠的倒吊桶式疏水閥制造技術在世界上處于領先地位。現該廠生產4個品種，11個系列，49個規格的琉水閥．英國的斯派莎克公司是世界上專業從事設計、制造蒸汽管網各種節能技術設備的綜合性廠商。我國引進英國F270密煉機主機和下輔機的三區段溫控裝置；西德貝爾斯托夫公司的600X 1800四輥壓延機溫控裝置，其蒸汽減壓閥、蒸汽疏水閥均采用斯派莎克公司的產品。斯派莎克公司生產的蒸汽琉水閥品種中．包括倒吊桶式琉水閥。1986年青島第六橡膠廠由原西德辛普爾康公司引進的ST196／2200鋼絲繩芯輸送帶生產線的主機為2380X15600mm大型乎板硫化機．主機熱力系統選用了36個美國阿姆斯特朗公司的倒吊桶式水閥。

    自1987年正式投產至1995年的8年多的三班制生產，也就是說至少經過了50000小時的運轉，疏水閥仍在可靠地工作，熱板溫控精度達到合同指標(150~土2．5℃)。1994年初，我國自制最大最寬的3250X8750mm輸送帶乎板硫化機由青島第六橡膠廠老廠區遷往新廠區安裝試產后，熱板的溫控精度始終超標(>4-5℃)，成為嚴重困擾生產的關鍵技術難題。筆者在消化吸收西德、美國先進技術的基礎上，經過精確計算，設計該機新熱力系統施工圖，選用了目前國內最先進的全密封不銹鋼倒吊桶式疏水閥。為了監視疏水閥的運行狀態，還增設了疏水閥檢測系統．1994年7月底安裝后，徹底解決了溫度失控難題。經9次測量記錄，該機的溫控精度平均值達到土2．5℃ ，完全可以與德國辛普爾康普公司的2380X15600mm乎板硫化機溫控精度的土2．5℃相媲美。

    疏水閥節能計算辦法，3250X8750mm平板硫化機按年運行7200小時(300天)，每噸原煤200元計算，每年即可節約燃料費12萬元。倒吊桶式疏水閥的排水特征是噴放式(噴排式)．在排放間隔之中是緊閉的，原則上可以連續排水，排水量不受吊桶客積的限制。由于制造廠家經過多年的考驗確定的保障疏水閱性能標準，使倒吊桶式疏水閱在機械型疏水閱中最堅固、最可靠。該閥的動作靈敏度高，漏氣量特別小，實測低于國標的3 。美國軍工標準加I一1，_18112A中，規定漏氣量為<3 。據此，該型琉水閥的節能效果屬世界先進水平。

四、倒吊桶式疏水閥的正確使用

    倒吊桶式疏水閥是橡膠蒸汽硫化設備的最佳選擇。如何正確使用倒吊桶式疏水閥有一個前提，就是在橡膠工廠設計階段的供熱設計時，應該選擇飽和蒸汽鍋爐，而不是過熱蒸汽鍋爐。筆者認為橡膠硫化設備并不需要過熱蒸汽，蒸汽在硫化設備中的放熱凝結是在定壓下進行的。使用過熱蒸汽時，由于熱蒸汽的吸熱量相等。

    由飽和蒸汽放熱凝結成飽和水，所放出的熱量等于同壓力下的汽化潛熱。假設過熱蒸汽的壓力為0 2MPa，溫度為16O℃ ，其冷卻及凝結放熱量包括兩部分，一部分為熱量83kJ／kg，一部分為汽化潛熱zzozld／kg，全部放熱量為2285ld／ 。由此可看出，蒸汽的過熱量與汽化潛熱相比是很小的，所以用蒸汽的過熱來提高所攜帶的熱量用于硫化設備加熱是不合適的。從自動控制裝置角度考慮，要使過熱蒸汽溫控精度穩定也很困難，所以硫化設備要使用飽和蒸汽。當然，從鍋爐開始就要采取措施保證飽和蒸汽的品質，使飽和蒸汽的溫度降低到最低限度。

    在飽和蒸汽的輸送途中，進入硫化設備之前，也要采取汽水分離、疏水等措施，以保證進入硫化設備飽和蒸汽的品質。這是倒吊桶式疏水閥穩定可靠她保持硫化設備溫控精度的重要熱工條件。筆者自1993年開始，以倒吊桶式疏水闖作為橡膠硫化設備蒸汽供熱管網的關鍵溫控、節能部件，對輪胎雙模定型硫化機、輪胎水壓硫化罐、大型輸送帶平板硫化機、大型膠管硫化罐、V帶平板硫化機等系列硫化設備作了大量的熱力系統設計．經安裝、調試后生產，均取得了極佳技術經濟效果。下面就輪胎雙模定型硫化機正硫化時應用倒吊桶式琉水閥作簡單介紹。

    把一臺硫化機外壓蒸汽管網看作開式系統，在人口控制上我國已有幾十年成熟的啟動薄膜調節閥自動控制系統，在出口控制上則一直沒有找到最好的疏水閥一倒吊桶式疏水閥．輪胎雙模定型硫化機接模型加熱方式分為蒸汽室式、熱板式和夾套式三種。這三種方式的正確排水方式均應設計成。單獨排凝結水，也就是每一個模具單獨裝設一個疏水閥．蒸汽室式需要每一個模其單獨裝設氣動三通切斷閥與疏水閥配套．夾套式和熱板式系連續加熱則不需裝設氣動三通切斷閥。實際生產中兩個模具的溫度謳難同步，所以兩個模具的外壓蒸汽應各裝一個測溫元件。這樣在硫化機的自動控制程序、控制柜及系統上較現在需作出較大的改進以適應新的溫控裝置．堅持“單獨排水，是設備蒸汽管網凝結水排水設計的金科玉律，設計人員必須遵循這一法則。與裝設于蒸汽室凝結水出口管處鉑熱電阻或熱電偶相連的溫度數字顯示儀、巡回報警儀安裝于硫化機控制盤上，便于硫化工人檢測外壓蒸汽溫拉精度。同時在疏水閥管道上裝設疏水閥泄漏指示裝置，它的信號連接到硫化機控削盤上，可以監控疏水閥工作是否正常及快速翔斷疏水閥故障。目前國內生產的42 、46 、55 、63．5 等輪胎雙模定型硫化機，幾十年來一直選用熱動力式(圓盤式)疏水閥。前面講過，熱動力式琉水閥存在著過冷度較大，影響溫控精度的缺點，同時這種疏水閥較倒吊桶式疏水閥漏氣嚴重、壽命短、排空氣性能不佳，因此不宣選用。日本神戶制錒所制造的輪胎雙模定型硫化機使用的是日本藤原制作所('ILV公司)生產的熱動力式琉水閥，盡管制作技術精趨而延長琉水閥的使甩壽命，卻j薛決不了過冷度影響溫控精度同題。

    B本的硫化機外壓蒸汽采取了雙模集體排凝結水的錯誤方式，結果造成不是甲模就是乙模局部積水，因產生“蒸汽團鎖使溫度控制非常困難．國內生產的55 輪胎雙模定型硫化機凝結求設備管路過長，自下模蒸汽室出口至疏水閥差不多有8米長的管道，極容易產生 蒸汽閉鎖”故障，影響凝結水的正常排放和溫控精度。即使采取了“單獨排水方式，疏水閥也不宜距離凝結水出口2米以外。總之，對于一個良好的硫化設備蒸汽管網設計來講，既要重視疏水閥的選用，又要重視管網的配套設施合理，才能取得高效節能的最佳效果。再以輪胎水壓硫化罐為例，硫化罐的主要缺點是罐溫不能嚴格控制，罐內上部和下部溫差較大．立式水壓硫化罐因從罐底排凝結水，排水條件很好，但因受罐體高度差的影響，即使罐底凝結水完全排干凈，罐體內最上部和最下部外壓蒸汽的高度壓力差為o．o44MP8(以罐的使用高度4400mm 為例)，在正硫化期同飽和蒸汽工作溫度為143℃時，將產生4℃ 的溫差，這是因設備高差形成的溫差，現場實測時，外壓蒸汽加熱的罐內上下模型溫差在10~15℃。所以輪胎硫化罐更需要使用完善的倒吊桶式疏水閥排水系統，把輪胎硫化罐的溫度差值降低到最小，以提高輪胎硫化質量。