蒸汽的压力控制和安全
杭州瓦特节能工程有限公司 技术服务中心
蒸汽工程师 李少鹏
在蒸汽系统中，我们经常会使用减压阀，有时在锅炉房分汽缸，有时在车间（用户）入口，有时在设备的进口。使用蒸汽减压的原因很多：
为减小锅炉的尺寸，蒸汽锅炉通常设计在安全范围内高压下工作。相同的锅炉的储汽空间高压下可储存更多质量的蒸汽，相同的锅炉蒸发面积下，高压下单位面积的蒸发体积率降低，有利于生产高品质的蒸汽。而在低压下工作时会减小输出，同时会导致蒸汽“带水”因此，通常锅炉产生高压蒸汽。
高压蒸汽的密度大，相同口径的管道通过的高压蒸汽质量大于通过的低压蒸汽质量。因此，在大部分蒸汽输送系统使用高压蒸汽，以减小输送管道的尺寸。从而降低了管道和管道附件、保温材料、支撑的投资。高压下，由于更小管道的使用，减少了散热面积，也降低了蒸汽输送的管损。
降低使用点的冷凝水压力以节约能源。减小压力可以降低下游管道中的温度，减小固定损失，同时也减小了从疏水阀向冷凝水集水罐排放时的闪蒸蒸汽的损失。值得注意的是：如果冷凝水持续被排放掉，由于污染的原因，如果冷凝水在低压下排放时的能量损失会减少。
因为蒸汽的压力和温度是互相联系的，在一些制程中可以通过控制压力来控制温度。在杀菌机和高压杀菌器中可以看到这样的应用，在造纸和瓦楞纸机应用的接触式干燥机的表面温度控制也是相同原理。压力控制同时也是换热器温度控制的基础。
在相同热负荷情况下，有时使用低压蒸汽工作的换热器的体积要比使用高压蒸汽工作的换热器大。低压换热器由于设计要求低，可能其成本要比高压换热器低。
车间的结构决定了每一个设备都有它的最大允许工作压力（MAWP）。如果这个压力低于供给蒸汽的最大可能压力，蒸汽必须进行减压以保证下游系统的压力不超过最大安全工作压力。
许多设备需要使用不同压力的蒸汽。某一特定系统将高压冷凝水闪蒸成低压闪蒸蒸汽，以供给其他制程的应用，达到节能的目的。当产生的闪蒸蒸汽的量不够时，必须要保持稳定持续低压蒸汽的供给，此时需要一个减压阀来满足需求。
但减压本质上是一种浪费，因为更高的蒸汽压力意味着锅炉更高的烟气温度导致的废热排放和环境污染。一般意义上，更高的蒸汽压力意味着这时的蒸汽拥有更高的“品位”。有时甚至为了提高蒸汽的“品位”会消耗少量的高压蒸汽作为动力，以热泵的形式提高蒸汽（特别是废汽、乏汽）的压力，以便增加使用场合。
直接作用式、自作用减压阀——波纹管式
是一种自作用压力控制器，下游压力（控制）压力可以同弹簧力相平衡（通过波纹管）。
优越性：
1. 便宜，一般口径不大于50mm
2. 结构简单，体积小
3. 易于安装，容易调整
4. 结实，维护量小，使用寿命长
5. 可以承受蒸汽工况波动，但本身控制精度较低
6. 自作用，无需外部动力源
缺点：
1. 只能采用比例控制
2. 比例带是上游压力的30% - 40%
3. 宽的比例带意味着只有在下游压力降低很多时才能达到最大流量。也就是说减小的压力随流量流量的变化而不同
4. 尺寸有限
5. 流量有限
6. 上游压力的变化会引起下有压力的变化
应用：
非临界，中等稳定负荷，如：
1. 小型夹套锅
2. 伴热管线
3. 熨烫机
4. 小型水箱
5. 酸洗Acid baths.
6. 小型容积式换热器
7. 加热单元
8. 小型加热板Small heater batteries.
9. OEM设备
注意点:
1. 用于蒸汽、压缩空气和水的型号是不同的。
2. 用于气体系统可选择软密封阀座。
3. 各种阀体材质可以满足特定的标准、应用和参数。
4. 宽的比例带意味着在安全阀的设定压力接近工作压力时需要特别小心。
PRV300直接作用式波纹管减压阀
直接作用式、自作用减压阀——弹簧膜片式
简介:
是自作用式压力控制器，下游（控制）压力可以同弹簧力相平衡（通过膜片）。
优越性:
1. 结实耐用，抗冲击好
2. 可承受湿蒸汽和脏蒸汽，通过性好
3. 可提供大尺寸，实现大流量应用，最小压降可以至0.5bar g
4. 易于设定和调试
5. 设计简单，便于维护，有问题表容易判断。
6. 自作用，无需外部动力源，可采用缩小KV值设计，避免减压阀的缩颈和变径导致的安装成本和维修困难。
7. 小尺寸可实现50:1的压降，大尺寸可实现10:1的压降
缺点:
1. 接头处容易外漏
2. 橡胶膜片的耐温程度和老化对其有影响。
3. 体积大，安装成本高。
应用:
1. 输送主管、工厂和车间入口
2. 锅炉房、设备进口
注意点:
1. 因为膜片能承受的温度限制相对较低，在蒸汽应用中需要用水封。适当增加了成本。
2. 因为比例带较大，这种减压阀更是用于蒸汽主管减压，而不是为单个设备进行减压。
3. 波纹管密封阀杆保证零维护和零泄漏。
4. 尽管宽的比例带可以提供稳定的控制，但是在安全阀的设定压力接近设备工作压力时需要特别小心。
5. 适用于液体应用。
6. 类似的控制性能，但比气动控制系统便宜。
PRV1000自作用弹簧膜片减压站的布置总图
导阀型自作用减压阀
简介：
具有更复杂的自作用设计，通过导阀感应下游压力来控制主阀的开度。
比例带相当窄，通常小于200 kPa。
滞后小，即使流量变化大也可实现准确而重复的压力控制。
优越性:
1. 即使在大流量和变化的流量下也能实现精确而稳定的压力控制。
2. 不同的导阀可以使用在不同的主阀上。导阀可以选择电动控制、多级导阀控制压力、溢流和远程控制，也可以选择不同温度/压力的联合控制。
3. 自作用，不需要外部动力源。
4. 可以承受不同的上游压力。
缺点:
1. 比波纹管直接作用式控制阀贵。更复杂和娇贵。
2. 由于间隙小，必须使用干净的干蒸汽来保证使用寿命，因此需要在减压阀上游安装过滤器和汽水分离器。.
应用:
1. 要求精确稳定的压力控制的系统，变化的中等流量系统。如：灭菌器，高效的换热器设备等。
2. 安装空间有限的系统。
注意点:
1. 必须安装过滤器和减温器。
2. 相同口径时，导阀型减压阀比波纹管减压阀贵，但是比膜片式自作用控制阀便宜。
3. 相同口径时，导阀型减压阀的流通能力比波纹管减压阀大，但是比膜片式自作用控制阀小。
4. 可以安装在温度控制阀上游来维持稳定的上游压力，提高控制的稳定性。
5. 不是用于液体控制。
6. 不适用于振荡或引起流量产生脉冲变化的设备。
导阀型自作用减压站的布置总图
蒸汽的压力控制和安全
杭州瓦特节能工程有限公司 技术服务中心
蒸汽工程师 李少鹏
在蒸汽系统中，我们经常会使用减压阀，有时在锅炉房分汽缸，有时在车间（用户）入口，有时在设备的进口。使用蒸汽减压的原因很多：
为减小锅炉的尺寸，蒸汽锅炉通常设计在安全范围内高压下工作。相同的锅炉的储汽空间高压下可储存更多质量的蒸汽，相同的锅炉蒸发面积下，高压下单位面积的蒸发体积率降低，有利于生产高品质的蒸汽。而在低压下工作时会减小输出，同时会导致蒸汽“带水”因此，通常锅炉产生高压蒸汽。
高压蒸汽的密度大，相同口径的管道通过的高压蒸汽质量大于通过的低压蒸汽质量。因此，在大部分蒸汽输送系统使用高压蒸汽，以减小输送管道的尺寸。从而降低了管道和管道附件、保温材料、支撑的投资。高压下，由于更小管道的使用，减少了散热面积，也降低了蒸汽输送的管损。
降低使用点的冷凝水压力以节约能源。减小压力可以降低下游管道中的温度，减小固定损失，同时也减小了从疏水阀向冷凝水集水罐排放时的闪蒸蒸汽的损失。值得注意的是：如果冷凝水持续被排放掉，由于污染的原因，如果冷凝水在低压下排放时的能量损失会减少。
因为蒸汽的压力和温度是互相联系的，在一些制程中可以通过控制压力来控制温度。在杀菌机和高压杀菌器中可以看到这样的应用，在造纸和瓦楞纸机应用的接触式干燥机的表面温度控制也是相同原理。压力控制同时也是换热器温度控制的基础。
在相同热负荷情况下，有时使用低压蒸汽工作的换热器的体积要比使用高压蒸汽工作的换热器大。低压换热器由于设计要求低，可能其成本要比高压换热器低。
车间的结构决定了每一个设备都有它的最大允许工作压力（MAWP）。如果这个压力低于供给蒸汽的最大可能压力，蒸汽必须进行减压以保证下游系统的压力不超过最大安全工作压力。
许多设备需要使用不同压力的蒸汽。某一特定系统将高压冷凝水闪蒸成低压闪蒸蒸汽，以供给其他制程的应用，达到节能的目的。当产生的闪蒸蒸汽的量不够时，必须要保持稳定持续低压蒸汽的供给，此时需要一个减压阀来满足需求。
但减压本质上是一种浪费，因为更高的蒸汽压力意味着锅炉更高的烟气温度导致的废热排放和环境污染。一般意义上，更高的蒸汽压力意味着这时的蒸汽拥有更高的“品位”。有时甚至为了提高蒸汽的“品位”会消耗少量的高压蒸汽作为动力，以热泵的形式提高蒸汽（特别是废汽、乏汽）的压力，以便增加使用场合。
直接作用式、自作用减压阀——波纹管式
是一种自作用压力控制器，下游压力（控制）压力可以同弹簧力相平衡（通过波纹管）。
优越性：
1. 便宜，一般口径不大于50mm
2. 结构简单，体积小
3. 易于安装，容易调整
4. 结实，维护量小，使用寿命长
5. 可以承受蒸汽工况波动，但本身控制精度较低
6. 自作用，无需外部动力源
缺点：
1. 只能采用比例控制
2. 比例带是上游压力的30% - 40%
3. 宽的比例带意味着只有在下游压力降低很多时才能达到最大流量。也就是说减小的压力随流量流量的变化而不同
4. 尺寸有限
5. 流量有限
6. 上游压力的变化会引起下有压力的变化
应用：
非临界，中等稳定负荷，如：
1. 小型夹套锅
2. 伴热管线
3. 熨烫机
4. 小型水箱
5. 酸洗Acid baths.
6. 小型容积式换热器
7. 加热单元
8. 小型加热板Small heater batteries.
9. OEM设备
注意点:
1. 用于蒸汽、压缩空气和水的型号是不同的。
2. 用于气体系统可选择软密封阀座。
3. 各种阀体材质可以满足特定的标准、应用和参数。
4. 宽的比例带意味着在安全阀的设定压力接近工作压力时需要特别小心。
PRV300直接作用式波纹管减压阀
直接作用式、自作用减压阀——弹簧膜片式
简介:
是自作用式压力控制器，下游（控制）压力可以同弹簧力相平衡（通过膜片）。
优越性:
1. 结实耐用，抗冲击好
2. 可承受湿蒸汽和脏蒸汽，通过性好
3. 可提供大尺寸，实现大流量应用，最小压降可以至0.5bar g
4. 易于设定和调试
5. 设计简单，便于维护，有问题表容易判断。
6. 自作用，无需外部动力源，可采用缩小KV值设计，避免减压阀的缩颈和变径导致的安装成本和维修困难。
7. 小尺寸可实现50:1的压降，大尺寸可实现10:1的压降
缺点:
1. 接头处容易外漏
2. 橡胶膜片的耐温程度和老化对其有影响。
3. 体积大，安装成本高。
应用:
1. 输送主管、工厂和车间入口
2. 锅炉房、设备进口
注意点:
1. 因为膜片能承受的温度限制相对较低，在蒸汽应用中需要用水封。适当增加了成本。
2. 因为比例带较大，这种减压阀更是用于蒸汽主管减压，而不是为单个设备进行减压。
3. 波纹管密封阀杆保证零维护和零泄漏。
4. 尽管宽的比例带可以提供稳定的控制，但是在安全阀的设定压力接近设备工作压力时需要特别小心。
5. 适用于液体应用。
6. 类似的控制性能，但比气动控制系统便宜。
PRV1000自作用弹簧膜片减压站的布置总图
导阀型自作用减压阀
简介：
具有更复杂的自作用设计，通过导阀感应下游压力来控制主阀的开度。
比例带相当窄，通常小于200 kPa。
滞后小，即使流量变化大也可实现准确而重复的压力控制。
优越性:
1. 即使在大流量和变化的流量下也能实现精确而稳定的压力控制。
2. 不同的导阀可以使用在不同的主阀上。导阀可以选择电动控制、多级导阀控制压力、溢流和远程控制，也可以选择不同温度/压力的联合控制。
3. 自作用，不需要外部动力源。
4. 可以承受不同的上游压力。
缺点:
1. 比波纹管直接作用式控制阀贵。更复杂和娇贵。
2. 由于间隙小，必须使用干净的干蒸汽来保证使用寿命，因此需要在减压阀上游安装过滤器和汽水分离器。.
应用:
1. 要求精确稳定的压力控制的系统，变化的中等流量系统。如：灭菌器，高效的换热器设备等。
2. 安装空间有限的系统。
注意点:
1. 必须安装过滤器和减温器。
2. 相同口径时，导阀型减压阀比波纹管减压阀贵，但是比膜片式自作用控制阀便宜。
3. 相同口径时，导阀型减压阀的流通能力比波纹管减压阀大，但是比膜片式自作用控制阀小。
4. 可以安装在温度控制阀上游来维持稳定的上游压力，提高控制的稳定性。
5. 不是用于液体控制。
6. 不适用于振荡或引起流量产生脉冲变化的设备。
导阀型自作用减压站的布置总图