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蒸汽祛水器怎麼選?

已更新:2023年5月31日

蒸汽祛水器(steam trap)是蒸汽系統中常用的設備,用於有效去除冷凝水並確保蒸汽系統的正常運行。不同種類的蒸汽祛水器擁有不同的運作原理、用途和優缺點。在成本上,採購成本依廠商定價而定,使用成本上則視各別產品的品質跟系統狀況而有所不同。


以下是各種常見蒸汽祛水器的比較:


1. 連桿浮球式祛水器(Lever Type Float Trap):


傳統連桿浮球以槓桿帶動閥門 閥門為固定鋼珠與流孔
傳統連桿浮球袪水器的鋼珠與連桿為固定式,關閉時的密合面不會變

動作原理:

連桿浮球式祛水器使用一個浮球和連桿來控制蒸汽和冷凝水的流動。當冷凝水累積到一定程度時,浮球升起,打開排水閥,使冷凝水排出。


形式特性:

由於採連桿作動,槓桿原理能以更小的浮球帶動閥門的開關,因此有體積小,排量比自由浮球更大的特性。與自由浮球相比,連桿浮球的閥門密合面為固定面,摩擦面不會變,因此連桿浮球的閥門密合面多為硬化不鏽鋼已提升耐磨性。


目前有新式的連桿設計,採用滾動開關設計,讓密合面變成非固定式,降低固定面的磨耗。

新型式連桿浮球採滾珠閥門加硬化接觸面 提升閥門壽命

選用考量:

連桿浮球袪水器的優點是通用性高,幾乎任何製程或設備都可用。由於內建排氣閥,浮球機構對水量變化的反應快,極為適合如加熱效率快速的板式換熱器的熱水升溫或其它換熱設備用。此款祛水器基本上不需保養,針對老舊管線常有的大量鐵屑可使用具濾網保護的形式。

內建濾網的連桿浮球袪水器 - 多一層防護!
必要時,可拆下用刷子清潔濾網

當水量大又須考量現場的安裝空間時,可以使用具雙閥門的高排量型連桿浮球袪水器,以更小的口徑達到大型袪水器才有的排水量。

高排量蒸汽袪水器的雙閥門構造-加大袪水器的排水量

安裝條件與注意事項:

連桿浮球祛水器由於機構上的限制,須確保安裝時浮球的垂直上下。廠商在本體與名牌上都會標示安裝方向如進出水方向與頂部或底部位置。但由於連桿浮球的外型與自由浮球相似,機構原理卻不同使得安裝上會有錯誤導致排水功能異常。


適用於中低壓系統,能夠有效去除大量凝結水與系統內的不凝性氣體。


使用限制上: 受限於浮球本身的抗壓性,過熱蒸汽或高壓環境可能不適用。(高壓通常是指30barg以上,但應以特定袪水器的技術文件上所載的限制為準)


2. 自由浮球祛水器(Free Float Trap):

自由浮球祛水器也是一種利用浮球原理的蒸汽祛水器,但與浮球式祛水器不同,它沒有桿件與浮球連接。當冷凝水累積到一定程度時,浮球升起,打開排水閥,排出冷凝水。當液位下降,浮球會滾到排水流孔被吸住固定,也讓蒸汽不外洩。這原理像是在家中的浴缸放一個小皮球,當水快排完時,浮球會被吸在排水孔上一樣。不同是浴缸的排水孔是下凹,自由浮球祛水器的排水孔是外凸。在關閉時,由於浮球固定在流孔上的時間會需要比連桿結構更長的時間,因此會有略多的蒸汽洩漏。


但與傳統的連桿浮球相比,自由浮球由於沒有固定密合面,因此沒有固定磨耗點,相比之下可能壽命會更長,但也因為無法使用硬化材質所以實際磨耗仍會依使用特性而有所不同。

自由浮球上的壓痕: 沒有固定的關閉面

自由浮球祛水器的適用性與限制性同連桿感浮球,須留意的是同口徑的袪水器可能排水量會小於連桿浮球。


整體而言:

浮球袪水器適用性高,排水量大且均具優越的排氣性能。 但留意水錘與水質問題。浮球的破損與主閥門密封性的喪失是浮球袪水器功能異常的主要原因 。有時閥門洩漏所挾帶的高溫高壓冷凝水與鐵鏽會衝擊袪水器內部,形成外漏的穿孔。

自由浮球袪水器浮球破裂
連桿浮球袪水器因閥門洩漏沖刷造成的本體穿孔

3. 感溫式祛水器(Thermostatic Steam Trap):

感溫式祛水器使用感溫元件(例如液囊膨脹元件或雙金屬片)來檢測蒸汽冷凝水的存在。當溫度下降時,感溫元件會收縮,打開排水閥,使冷凝水排出。感溫式祛水器適用於中低壓系統,能夠在不同壓力和溫度條件下工作。優點是靈敏度高,可靠性強,屬於常開型... 在蒸汽系統關閉時,閥門是常開的,因此在安裝正確的前提下不會積水,排氣性也很好。 很適合用在經常開關機的系統。由於排水溫度低於飽和蒸汽溫度,可以依照所需的排水特性選擇合適的排水溫度範圍: 如保溫用途可選用排放溫度最低感溫元件,充分的消耗蒸汽與冷凝水中的熱值後才排放,或當排水必須在廠區內卻又不想有煙霧瀰漫的問題時,也可以選用最低感溫元件讓排出的冷凝水較不夾帶大量的閃發蒸汽。(須留意祛水器前方積水跟散熱的需求)。倘若需要盡快排除積水則可選用最高排水溫度的感溫元件,這通常適用於小型消毒鍋使用。

消毒後的織物,器皿,器材必須乾燥

液囊膨脹元件(下圖)內部填充了酒精與水的混合液體來設定排水溫度,常見排水溫度為飽和蒸汽以下5C / 10C / 30C三個溫度範圍。 排水溫度越接近蒸汽溫度,內部的積水越少但相對排出的冷凝水溫度就越高,閃發蒸汽越多,流失的熱量也就越多。下方的照片可看到鋼珠周圍凹溝的積水,這是液囊內部的混合液體,由於隔膜破裂外漏才會在受熱時往外流出。

液囊式袪水器受熱時,內部的液體會沸騰膨脹將鋼珠頂出關閉閥門

雙金屬構造的感溫袪水器在動作上是利用不同金屬相異的膨脹係數來造成彎曲,進而拉動閥門的開關。使用上,同液囊式但由於不須填充液體也沒仰賴薄膜片做隔離,更為堅固耐用。可用於更高壓與溫度的條件且不容易損壞。在雙金屬與液囊式的選擇上,雙金屬的敏感度與反應度不及液囊感溫元件,成本上也比液囊高,但若以堅固耐用為優先考量..則建議使用雙金屬式。

雙金屬式排氣閥/袪水器為多層雙金屬片結合

4. 熱動力式祛水器(Thermodynamic Steam Trap):

熱動力式祛水器利用流體動力學原理,通過將蒸汽流量轉換為速度增加來實現排水。它通常包含一個圓形碟片,在蒸汽通過時因快速流動產生的壓降,吸引碟片關閉。在流速較慢的冷凝水通過時,因為不會產生壓降,冷凝水能流暢的排出。

由於內部元件除碟片外,沒有任何可動的元件,因此極為耐用,又可用於超高溫壓的條件。

缺點是由於蒸汽跟空氣的流速相當,碟片祛水器無法區隔蒸汽跟空氣的差異,因此在停機後的啟動會容易出現氣鎖現象造成冷凝水排放不順。從下方影片可以看到當碟片祛水器裝在空氣管線上時,雖然動作較為頻繁,但仍有明顯的開關動作。因此特性,碟片祛水器也可作為壓縮空氣的祛水器使用。 當用於蒸汽管線時,則會造成氣鎖問題。

為此,碟片祛水器極不適合用於經常開關機的設備或蒸汽管線,由於開關的特性也不適合用於溫控設備的祛水器使用。


如下圖為洗衣廠的蒸汽熨斗,此類設備多使用小型碟片祛水器作為蒸汽祛水器,使用時為開關型式。 設備上即使有安裝冷凝水集水罐,使用前仍須將管線的冷凝水噴出。倘若祛水器失常則會有持續的冷凝水噴出,將管線中的黃鏽水噴到已經洗好的襯衫上面,導致染色。

蒸汽熨斗噴出的蒸汽帶水過多

在作為蒸汽主管線上排水的祛水器時,如晚上都會關鍋爐,建議使用具排氣功能的碟片祛水器如下圖下方的祛水器。內建的排氣裝置可於冷態時將碟片推開,不讓其關閉以達到排氣防止氣鎖的效果。

標準碟片袪水器與具排氣功能的差異

5. 倒筒式祛水器(Inverted Bucket Trap):

倒筒式祛水器使用倒置的金屬桶做為浮筒來帶動閥門機構組。當冷凝水進入祛水器時,由於液位的上升,浮筒會帶動機構打開排水閥,使冷凝水排出。當冷凝水排出,液位下降後,浮筒下降帶動閥門關閉。

倒筒祛水器剖面圖

倒筒式祛水器適用於高中低壓系統,對於大流量的冷凝水有良好的排水能力。優點是適應性強,能夠適應各種工作條件,堅固且耐用但仍需要定期維護和檢修。在使用上須留意的倒筒的基本原理是倒筒的浮沈,當空氣多時..倒筒的小排氣孔無法盡快排除空氣就會產生氣鎖現象,造成排水不順暢的常見問題。


倒筒祛水器內倒筒上的排氣孔

使用倒筒祛水器時建議必須常設一個旁通手排閥,協助起機的排氣。也因此特性,不建議使用於經常開關機的設備或管線。


6. 流孔式祛水器(Orifice Steam Trap):

流孔式祛水器通常由一個固定孔徑的孔或文丘里形狀的孔洞組成。原理是利用冷凝水經過流孔時在低壓側形成的閃發蒸汽作為阻抗,將部分冷凝水擋在祛水器內避免蒸汽的外洩。

此款祛水器由於沒有閥門作為開關的機制,使用時的壓力與水量必須非常穩定。當壓力與水量有變化時,容易產生積水或洩漏蒸汽。作為因應,此型祛水器可依狀況替換流孔的大小,但壓力與水量一樣必須符合所用的孔徑。

流孔祛水器積水
流孔祛水器洩漏蒸汽

流孔式祛水器的優點在於構造簡單,沒有可動元件,理論上可以長久使用,因此也有廠商提出十年保固。另一個訴求是高度節能,不浪費蒸汽。這個論點是基於流孔祛水器比較小,因此散失的熱量也比較少,但不能用蒸汽洩漏率來跟其它類型祛水器來比較。因為祛水器的基本功能就是排水跟不外洩蒸汽。流孔式祛水器對於壓力跟流量的變化容忍度非常低,當蒸汽系統長年不關機,壓力不會變,冷凝水量穩定的前提下,只要不被管內的鐵鏽阻塞(老舊管線常見),基本上不會有問題。使用時,務必於前方加裝高密度濾網作為保護。並經常檢測,以確保動作的正常性。


綜上所述,不同種類的蒸汽祛水器在運作原理、用途和優缺點方面各有特點。在選擇蒸汽祛水器時,需要考慮系統的壓力、溫度、流量以及冷凝水的量,並選擇最適合的祛水器以確保系統的正常運行和節能效果。


若您對相關祛水器的應用,選擇,比較還有疑問 歡迎直接與我們聯繫或可以到以下連結,有更詳細的說明與祛水器的檢測方式。


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