谈倒吊桶式疏水阀在橡胶工业蒸汽硫化设备中的应用

一、前言

蒸汽疏水阀是解决橡胶工业蒸汽加热硫化设备的温度控制精度与节约能源的关键部件 *，硫化工序占轮胎、胶管、胶带、胶鞋、力车胎、翻胎等各类橡胶加工厂中全部蒸汽消耗量的80 ，国标、部标对各种硫化机、硫化罐的温度控制精度都作出了严格规定，以保证橡胶制品的硫化质量。然而，由于我国橡胶工业硫化设备蒸汽疏水阀技术与荚、美、德、日等*国家在理论、设计、制造、安装、使用等方面存在的较大差距，导致我国橡胶工业硫化设备的温控与节能这两个重要指标难以统一，实际上绝大多数硫化设备以浪费蒸汽为代价来保证橡胶制品不“欠硫．由于蒸汽疏水阀选配不合理或直排乏气，造成设计蒸汽消耗量的30 的浪费．我国每年仅硫化工序所浪费的蒸汽就高达数千万元。因此，橡胶工业硫化设备技术装备的发展与进步是提高橡胶产品的硫化质量、节约能源的关键

二、温度控制精度的关键问题

在橡胶蒸汽硫化设备的机械设计完成之后，一个良好的蒸汽供热系统设计即硫化机、硫化罐热力系统设计就成为保证硫化设备温控精度的主要因素。蒸汽疏水阀则是热力系统设计中的关键部件，其性能的优劣直接决定温控精度及节能效率。因此很有必要从动作原理、热工特性方面论述蒸汽疏水阀蒸汽醢水阀是从贮有蒸汽的密闭容器内自动排出凝结水，同时保持不泄漏新鲜蒸汽的一种自动控制装置。接启闭件的驱动方式，蒸汽疏水f碍可分为三类：由凝结水液位变化驱动的机械型蒸汽疏水阀；由凝结水温度变化驱动的热静力型蒸汽疏水阀；由凝结水动态特性驱动的热动力型蒸汽疏水阀倒吊桶式疏水阀属于开口向下浮子式机械型蒸汽疏水阀，其动作原理系由浮子内凝结水的液位变化导致启闭件的开关动作 这里要重点研究衡量疏水阔性能的一个重要参数，即疏水阔的过冷度疏水阀过冷度的大小直接美系到硫化设备的温控精度，也就是温度控制的准确度 国标中关于过冷度的定义为“过冷度△T为凝结水温度与相应压力下饱和温度之差的值。“开阀过冷度△"IOP为开阀温度与相应压力下饱和温度之差的值 ．“关阀过冷度△ cL为关阀温度与相应压力下饱和温度之差的值 。换句话说，过冷度是指疏水闷在工作压力下连续排出凝结水时，阀内凝结水的温度与该压力下相应饱和蒸汽温度的差值。三大类的每一种琉水阀都有它自己特定的zui小过冷度。根据国内外疏水阀测试赍辩的数据表明，国内外的大多数热静力型和热动力型疏水阀，其开阀过冷度都远远大于8℃，而其关阀过冷度都小于8"C。如热动力型中的圆盘式和脉冲式琉水阀其允许的zui小过冷度为6~8"C；热静力型中的双金属片式硫水阀允许的zui小过冷度为1 O～30"C。如果某种硫化机或硫化罐所允许的温差不能超过6℃(小于土3℃)时，就不能在热力系统中选择这两种类型的疏水阀了。如果现在有一台平板硫化机的热扳机械设计得很好，要求热板的温度误差±2 5℃时，热力系统设计选用哪种琉水阀呢?必须选用倒吊桶式琉水阀。原因是倒吊桶式琉水阀的特性为有水即排，可以排出饱和温度凝结水，即它允许的zui小过冷度为O"C。所以能zui大限度地满足橡胶硫化设备温度控制的严格要求(土3"C)和加热温度较高(140~170℃)等的条件。假如热板以工作压力0．4MPa的饱和蒸汽加热硫化，使用倒吊桶式疏水阀，它的工况是这样的：该压力下，1 51．84"C的饱和蒸汽在热板内部蛇形管道与低于其饱和温度(1 51．84℃)的冷却面接触时，就在该冷却表面上发生凝结，并向冷却表面放出凝结潜热，同时按一定速率连续不断地生成饱和温度凝结水(1 51．84℃)。当饱和温度凝结水充满倒吊桶式琉水阀时，吊桶因失去浮力，靠自重下沉，阀芯离开阀座，饱和温度凝结水在蒸汽压力作用下通过排出口排赦。这时该琉水阀的开阀温度(蒸汽疏水阀开启时的进口温度)为151．84"C，与热板工作压力0．4MPa的饱和蒸汽温度相同，差值为O"C，即过冷度为O"C。当阀体内凝结水接近排尽时，蒸汽充人吊桶内形成蒸汽腔，将吊桶浮起，阀芯关闭阀座，疏水阀保持关闭状态。这时疏水阀的关阀温度(蒸汽疏水阀关闭时的进口温度)为151．84℃ ，与热板工作压力0．4MPa的饱和蒸汽温度相同，差值为0℃ ，即过冷度为O"C。从热工特性上zui大限度地保证了热板热力系统的温度控制准确度。当凝结水回收系统为开式系统时，即倒吊桶式琉水阀的工作背压为零时(在工作条件下．蒸汽疏水阀出口端的压力)，该疏水阀阀后排出的凝结水温度为100℃。为闭式系统时，假如疏水阀的工作背压为0．021VIPa，该琉水阀阀后排出的凝结水温度为104"C，即疏水阀工作背压的大小决定疏水阀阀后排出凝结水温度的高低，但不影响倒吊桶式琉水阀的过冷度。

三、节能性能

美国阿姆斯特朗机器厂主要生产倒吊桶式琉水阀。由于该厂在倒吊桶式硫水阀的结构设计和制造工艺上进行了多年不懈的改进和完善，从而使该厂的倒吊桶式疏水阀制造技术在世界上处于地位。现该厂生产4个品种，11个系列，49个规格的琉水阀．英国的斯派莎克公司是世界上专业从事设计、制造蒸汽管网各种节能技术设备的综合性厂商。我国引进英国F270密炼机主机和下辅机的三区段温控装置；西德贝尔斯托夫公司的600X 1800四辊压延机温控装置，其蒸汽减压阀、蒸汽疏水阀均采用斯派莎克公司的产品。斯派莎克公司生产的蒸汽琉水阀品种中．包括倒吊桶式琉水阀。1986年青岛第六橡胶厂由原西德辛普尔康公司引进的ST196／2200钢丝绳芯输送带生产线的主机为2380X15600mm大型乎板硫化机．主机热力系统选用了36个美国阿姆斯特朗公司的倒吊桶式水阀。自1987年正式投产至1995年的8年多的三班制生产，也就是说至少经过了50000小时的运转，疏水阀仍在可靠地工作，热板温控精度达到合同指标(150~土2．5℃)。1994年初，我国自制zui大zui宽的3250X8750mm输送带乎板硫化机由青岛第六橡胶厂老厂区迁往新厂区安装试产后，热板的温控精度始终超标(>4-5℃)，成为严重困扰生产的关键技术难题。笔者在消化吸收西德、美国*技术的基础上，经过计算，设计该机新热力系统施工图，选用了目前国内的全密封不锈钢倒吊桶式疏水阀。为了监视疏水阀的运行状态，还增设了疏水阀检测系统．1994年7月底安装后，*解决了温度失控难题。经9次测量记录，该机的温控精度平均值达到土2．5℃ ，*可以与德国辛普尔康普公司的2380X15600mm乎板硫化机温控精度的土2．5℃相媲美。

疏水阀节能计算办法，3250X8750mm平板硫化机按年运行7200小时(300天)，每吨原煤200元计算，每年即可节约燃料费12万元。倒吊桶式疏水阀的排水特征是喷放式(喷排式)．在排放间隔之中是紧闭的，原则上可以连续排水，排水量不受吊桶客积的限制。由于制造厂家经过多年的考验确定的保障疏水阅性能标准，使倒吊桶式疏水阅在机械型疏水阅中zui坚固、zui可靠。该阀的动作灵敏度高，漏气量特别小，实测低于国标的3 。美国*标准加I一1，_18112A中，规定漏气量为<3 。据此，该型琉水阀的节能效果属*水平。

四、倒吊桶式疏水阀的正确使用

倒吊桶式疏水阀是橡胶蒸汽硫化设备的*选择。如何正确使用倒吊桶式疏水阀有一个前提，就是在橡胶工厂设计阶段的供热设计时，应该选择饱和蒸汽锅炉，而不是过热蒸汽锅炉。笔者认为橡胶硫化设备并不需要过热蒸汽，蒸汽在硫化设备中的放热凝结是在定压下进行的。使用过热蒸汽时，由于热蒸汽的吸热量相等。由饱和蒸汽放热凝结成饱和水，所放出的热量等于同压力下的汽化潜热。假设过热蒸汽的压力为0 2MPa，温度为16O℃ ，其冷却及凝结放热量包括两部分，一部分为热量83kJ／kg，一部分为汽化潜热zzozld／kg，全部放热量为2285ld／ 。由此可看出，蒸汽的过热量与汽化潜热相比是很小的，所以用蒸汽的过热来提高所携带的热量用于硫化设备加热是不合适的。从自动控制装置角度考虑，要使过热蒸汽温控精度稳定也很困难，所以硫化设备要使用饱和蒸汽。当然，从锅炉开始就要采取措施保证饱和蒸汽的品质，使饱和蒸汽的温度降低到zui低限度。在饱和蒸汽的输送途中，进入硫化设备之前，也要采取汽水分离、疏水等措施，以保证进入硫化设备饱和蒸汽的品质。这是倒吊桶式疏水阀稳定可靠她保持硫化设备温控精度的重要热工条件。笔者自1993年开始，以倒吊桶式疏水闯作为橡胶硫化设备蒸汽供热管网的关键温控、节能部件，对轮胎双模定型硫化机、轮胎水压硫化罐、大型输送带平板硫化机、大型胶管硫化罐、V带平板硫化机等系列硫化设备作了大量的热力系统设计．经安装、调试后生产，均取得了技术经济效果。下面就轮胎双模定型硫化机正硫化时应用倒吊桶式琉水阀作简单介绍。把一台硫化机外压蒸汽管网看作开式系统，在人口控制上我国已有几十年成熟的启动薄膜调节阀自动控制系统，在出口控制上则一直没有找到的疏水阀一倒吊桶式疏水阀．轮胎双模定型硫化机接模型加热方式分为蒸汽室式、热板式和夹套式三种。这三种方式的正确排水方式均应设计成。单独排凝结水，也就是每一个模具单独装设一个疏水阀．蒸汽室式需要每一个模其单独装设气动三通切断阀与疏水阀配套．夹套式和热板式系连续加热则不需装设气动三通切断阀。实际生产中两个模具的温度讴难同步，所以两个模具的外压蒸汽应各装一个测温元件。这样在硫化机的自动控制程序、控制柜及系统上较现在需作出较大的改进以适应新的温控装置．坚持“单独排水，是设备蒸汽管网凝结水排水设计的金科玉律，设计人员必须遵循这一法则。与装设于蒸汽室凝结水出口管处铂热电阻或热电偶相连的温度数字显示仪、巡回报警仪安装于硫化机控制盘上，便于硫化工人检测外压蒸汽温拉精度。同时在疏水阀管道上装设疏水阀泄漏指示装置，它的信号连接到硫化机控削盘上，可以监控疏水阀工作是否正常及快速翔断疏水阀故障。目前国内生产的42 、46 、55 、63．5 等轮胎双模定型硫化机，几十年来一直选用热动力式(圆盘式)疏水阀。前面讲过，热动力式琉水阀存在着过冷度较大，影响温控精度的缺点，同时这种疏水阀较倒吊桶式疏水阀漏气严重、寿命短、排空气性能不佳，因此不宣选用。日本神户制锕所制造的轮胎双模定型硫化机使用的是日本藤原制作所("ILV公司)生产的热动力式琉水阀，尽管制作技术精趋而延长琉水阀的使甩寿命，却j薛决不了过冷度影响温控精度同题。B本的硫化机外压蒸汽采取了双模集体排凝结水的错误方式，结果造成不是甲模就是乙模局部积水，因产生“蒸汽团锁使温度控制非常困难．国内生产的55 轮胎双模定型硫化机凝结求设备管路过长，自下模蒸汽室出口至疏水阀差不多有8米长的管道，极容易产生 蒸汽闭锁”故障，影响凝结水的正常排放和温控精度。即使采取了“单独排水方式，疏水阀也不宜距离凝结水出口2米以外。总之，对于一个良好的硫化设备蒸汽管网设计来讲，既要重视疏水阀的选用，又要重视管网的配套设施合理，才能取得节能的*效果。再以轮胎水压硫化罐为例，硫化罐的主要缺点是罐温不能严格控制，罐内上部和下部温差较大．立式水压硫化罐因从罐底排凝结水，排水条件很好，但因受罐体高度差的影响，即使罐底凝结水*排干净，罐体内zui上部和zui下部外压蒸汽的高度压力差为o．o44MP8(以罐的使用高度4400mm 为例)，在正硫化期同饱和蒸汽工作温度为143℃时，将产生4℃ 的温差，这是因设备高差形成的温差，现场实测时，外压蒸汽加热的罐内上下模型温差在10~15℃。所以轮胎硫化罐更需要使用完善的倒吊桶式疏水阀排水系统，把轮胎硫化罐的温度差值降低到zui小，以提高轮胎硫化质量。