空调干蒸汽加湿器的改造研发

空调干蒸汽加湿器的改造研发

摘要：干蒸汽加湿器是工业加湿器中比较常见的一种加湿产品，本文就对空调

干蒸汽加湿器的改造研发有关内容进行分析。

关键词：空调；干蒸汽；加湿器；改造；研发

1干蒸汽加湿器的概述

干蒸汽加湿器是工业加湿器中比较常见的一种加湿产品，其工作原理为饱和

蒸汽从蒸汽入口进入加湿器，蒸汽在蒸汽套杆中轴向流动，利用蒸汽的潜热将中

心喷杆加热，确保中心喷杆中喷出的是纯的干蒸汽，即不夹带冷凝水的蒸汽。饱

和蒸汽进入套管后，进入汽水分离室。分离室内设折流板，使蒸汽进入分离室后

产生旋转，且垂直上升流动，从而高效地将蒸汽和冷凝水分离；分离出的冷凝水

从分离室底部通过疏水器排出。当需要加湿时，打开调节阀，干燥的蒸汽进入中

心喷杆，从带有消声装置的喷孔中喷出，实现对空气的加湿（如图1所示）。

图1

2方案比较与选择

2.1方案一：自制干蒸汽加湿罐

（1）有效性：自制干蒸汽加湿罐，电动执行器仍采用原装配件，对蒸汽流量调节没有影响，有效性高。（2）研制难易度：装置结构复杂，系统设计困难；

需利用不锈钢管道、挡板、过滤网等，需自行加工，研发制作困难，对设备改动大；圆锥体装置加工较难。（3）投资费用：无外购设备，只需购置部分改造材料，初投资费用低；改造后设备故障点消除，维护费用低。（4）安全性：对于

承压容器自行焊接，并需备案，安全风险大。（5）结论：不采用。

2.2方案二：采用其他流量调控方式

（1）有效性：采用其他流量调控方式与原执行器调节工作原理类似，真实、准确，有效性高。（2）研制难易度：需增加电动或气动调节阀，安装简单成套

采购；需增加一个过滤器和手动阀，管路系统设计简单。（3）投资费用：初投

资需外购电动或气动调节阀，并需小部分改造管道；后续维护易损部件，只有电

动或气动阀阀体长时间使用后漏气需更换，维保费用低。（4）安全性：实现外

部操作，无安全隐患。（5）结论：采用。

2.3方案三：寻找加湿罐的国内替代品牌

（1）有效性：利用新的国内加湿罐替代品，择优选择，根据现场实际进行选型，可达到使用要求，有效性高。（2）研制难易度：对原有加湿罐拆线后，重

新安装新购置的国产加湿罐；根据新购置设备，需对部分管道阀门部件进行改造。（3）投资费用：需成套购置加湿罐体和执行器，并需改造部分管道部件，初投

资费用较高；达到使用寿命后，仍需进行更换罐体和相关易损部件。（4）安全性：实现外部操作，无安全隐患。（5）结论：不采用。通过对以上三个方案的

对比分析，小组选择了采用其他流量调控方式为最佳方案。

3方案细化

3.1调控方式

（1）电动调节。工作原理：电动调节阀根据调节部位信号制动控制阀门的开度，从而达到介质流量的调节，以最常用的4-20mA电流信号来说,当控制系统给

电动调节阀型号为4mA信号时，调节处于关闭状态；当给其20mA信号的时候，调节阀处于全开状态，从而达到调节法对工况介质的调节要求。动力源配置难易

性：常用电，220VAC可直接与电动调节阀接入使用，配置容易。经济性：虽然

电动阀的价格是气动的3—4倍，但电动阀不需要外置压空管道等附属配件，具有较好的经济性。可靠性：电动控制阀对动力源、温度等外部环境影响所产生的误差、量程变化都很小，使用稳定可靠。动态响应指标：电信号传输距离长，不受

限制；频率特性宽广。结论：采用。

（2）气动调节。工作原理：气动薄膜调节阀以压缩空气为动力。通过电气阀门定位器来控制气源压力大小，使空气作用与调节阀的橡胶膜片，膜片的收缩与

扩张带动阀杆上下动作，从而达到控制管道介质流量工艺参数的目的。动力源配

置难易性：电能和空气压作为动力源，配置复杂，压力范围0.4—0.6MPa。经济性：气动阀价格较低，但其需单独配套空压管道，因此附属管道阀门部件等投资

较高，因此经济性稍差。可靠性：气动阀主要依靠空压压力作为能源调节，空气

压力的变化对误差和量程均产生较大影响，稳定性和可靠性稍差。动态响应指标：气信号传输距离短，60m以内；频率特性狭窄。

（3）结论：不采用。

3.2管材选择

（1）不锈钢管。不锈钢耐腐蚀性较强（好）；现有加湿所有连接管道均为无缝钢管，因此匹配性（差）；不锈钢费用约为无缝钢管费用的4-5倍。

（2）无缝钢管。无缝钢管输送蒸汽的使用寿命约为7年，较不锈钢管有较大差距（差）；现有加湿所有连接管道均为无缝钢管，匹配性（好）；经济性低。

（3）结论：经综合考虑，小组最终确定选用无缝钢管。

3.3阀门选择

（1）调节阀。根据调节方式比对，最终确定选用电动阀。由于电动调节阀将替代传统加湿罐，作为本次改造的最重要部件。因此，我们详细通过对比各类电

动阀的各材质适用范围、特性曲线图和流通量，经综合比较，最终确定采用公称

压力PN16的铸铁阀门。根据综合对比，我们最终确定选用等百分比流量特性的

阀门作为本次调节控制模式。我们经比较分析和使用范围，确定电动阀体填料采

用“O”型石墨填料。根据现场实际使用情况，我们决定使用流开模式的阀门。经

综合对比，电动阀类型我们选择要求为PN16、百分比流开型调节、O型石墨密封的铸铁阀门。根据以上要求，通过样本对比和网上查找，最终决定选用西门子Acvatix电动调节阀。

（2）手动阀与过滤器。我单位原蒸汽加湿系统手动阀和过滤器均为斯派莎克产品，其性能和质量可靠；同时考虑使用方便、减少备品备件库存。因此，手动

阀和过滤器均继续延用原斯派莎克产品。

4对策的实施

根据设计规范要求，建议设计主管道蒸汽流速为20m/s,流速太大，管道内流

速和阻力增加；流速太小，管径变大，增加初投资。因此，根据干蒸汽加湿实际

使用情况，本设计干蒸汽加湿管道流速设计为15m/s。经计算，流量及管径确定

对标目标完成。另外，管路设计对标目标、阀门材料采购对标目标、管道安装焊

接对标目标都已完成。将原加湿罐的控制接线拆除后，接至新增的电动调节阀；

并通过中央控制电脑对开关领命度进行测试。

5效果的检查

通过改造前和改造后加湿阀开度曲线图分析，改造后采用电动阀调节加湿量

较改造前通过执行器调整加湿量曲线更加平缓稳定，主要原因为通过比例调节的

电动阀反应更加迅速、更加精准。