Энергосберегающие функции конденсатоотводчиков
А.Ю. Антомошкин, инженер, ООО «Спиракс-Сарко Инжиниринг», г. Санкт-Петербург
Выбор конденсатоотводчика
Отсутствие или неправильный выбор конденсатоотводчика приводят к огромным потерям в пароконденсатной системе. Вместе с тем правильно подобранный, рассчитанный и установленный конденсатоотводчик - это энергосберегающее устройство, способное сэкономить значительные средства и чрезвычайно быстро окупиться.
Очень часто пренебрегают тем фактом, что эффективность любого теплового оборудования в конечном счете зависит от организации конденсатоотвода. Только опытный инженер может выявить ошибки, которые приводят к снижению производительности теплового оборудования и к повышению эксплуатационных расходов.
Совершенствовать системы конденсатоотвода энергетику на своем предприятии будет гораздо легче, если он будет знать назначение, конструкцию и характеристики конденсатоотводчиков.
Выбор конденсатоотводчика зависит от типа оборудования и заданных условий эксплуатации. Этими условиями могут быть колебания рабочего давления, нагрузки, а также противодавление на конденсатоотводчике. Кроме этого, могут быть поставлены условия коррозионной стойко-
сти, стойкость к гидроударам и замерзанию, а также выпуска воздуха во время пуска системы.
Термин «конденсатоотводчик» не совсем правильно отражает назначение этого устройства. Гораздо понятнее прямой перевод с английского языка: steam trap означает «паровая ловушка». Значит, главная задача конденсатоотводчика - запирать пар в теплообменнике до полной конденсации, а затем отводить образовавшийся конденсат. Причем делать это конденсатоотводчик должен автоматически, при любых колебаниях нагрузки и параметров пара.
Самое главное, что надо запомнить - в природе не существует универсального конденсатоотводчика, но в то же время для конкретной системы всегда есть оптимальное решение. И чтобы найти его, прежде всего, стоит рассмотреть имеющиеся варианты и их особенности.
Существует три принципиально разных типа конденсатоотводчиков.
1. Термостатические конденсатоотводчики (рис. 1). Этот тип конденсатоотводчиков определяет разницу температур пара и конденсата. Чувствительным элементом и исполнительным механизмом является термостат. Прежде, чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.
Главная особенность всех термостатических конденсатоотводчиков - это необходимость до-охлаждения конденсата на несколько градусов относительно температуры конденсации перед тем, как клапан откроется. То есть все они в большей или меньшей степени инерционны.
Особенности термостатических конденсатоотводчиков:
Высокая производительность при относительно малом размере и весе;
Свободный выпуск воздуха во время пуска;
Этот тип конденсатоотводчика не замерзает (если за конденсатоотводчиком нет подъема конденсатной линии, и конденсат не зальет его при отключении пара);
Простые в обслуживании.
2. Механические конденсатоотводчики (рис. 2). Принцип действия этих конденсатоотводчиков основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Такие конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип конденсатоотводчика наиболее подходит для теп-лообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.
Преимущества этого типа:
Хорошо работает на малых нагрузках и на него не влияют внезапные колебания нагрузки и давления;
Высокая производительность (до 100-150 т конденсата в час);
Устойчивы к гидроударам и надежны в эксплуатации.
При установке механических конденсатоотводчиков надо иметь в виду ряд его особенностей. Во-первых, в корпусе конденсатоотводчика с перевернутым стаканом всегда должна быть вода (гидрозатвор). Если конденсатоотводчик потеряет это водяное уплотнение, то пар будет беспрепятственно выходить через открытый клапан. Это может произойти там, где возможно резкое падение давления пара, которое приведет к вскипанию конденсата в корпусе. Если конденсатоотводчик с перевернутым стаканом используется на тех технологических установках, где возможны колебания давления, то на входе в конденсатоотводчик необходимо установить обратный клапан. Это поможет предотвратить потерю гидрозатвора.
Во-вторых, поплавковый конденсатоотводчик может быть поврежден при замерзании, поэтому корпус конденсатоотводчика должен быть хорошо теплоизолирован в случае его установки на открытом воздухе.
3. Термодинамические конденсатоотводчики (рис. 3). Основным элементом конденсатоотводчиков этого типа является диск. Их работа основана на разнице скоростей конденсата и пара при протекании в зазоре между седлом и диском.
Преимущества этого типа:
Работают без настройки или изменения размеров клапана;
Компактны, просты, имеют малый вес и достаточно большую производительность для своих размеров;
Этот тип конденсатоотводчиков может использоваться при высоких давлениях и на перегретом паре; устойчив к гидроударам и вибрациям; устойчив к коррозии, т.к. все части выполнены из нержавеющей стали;
Не разрушаются при замерзании и не обмерзают при установке в вертикальной плоскости и выпуске в атмосферу; правда, работа в таком положении может привести к износу краев диска;
Простое обслуживание и ремонт.
Однако, термодинамические конденсатоотводчики недостаточно устойчиво работают при очень низком входном давлении и высоком противодавлении.
Следует особо отметить, что ни у одного из типов конденсатоотводчиков нет абсолютных преимуществ или недостатков по сравнению с другими. Есть перечисленные выше особенности, которые, в совокупности со спецификой работы теплообменного оборудования, и определяют выбор типа и размера конденсатоотводчика.
Требования, предъявляемые к конденсатоотводчикам
Очевидно, что конденсатоотводчик является существенной частью любой пароконденсатной системы и оказывает весьма существенное влияние на ее функционирование. Его нельзя рассматривать изолированно, в отрыве от всей системы. Выбор конденсатоотводчика диктуется многими факторами, важнейшие из которых мы рассмотрим ниже. Однако, ставя перед собой задачу оснащения (или переоснащения) технологических установок конденсатоотводчиками, мы должны ответить на следующие вопросы:
Удается ли поддерживать параметры и заданный тепловой режим (температуру) установки и ее производительность?
Отличается ли реальное паропотребление от паспортного для данного технологического режима?
Наблюдаются ли гидроудары?
Если вы сталкиваетесь с этими проблемами - значит, конденсатоотводчики не работают или выбраны неправильно.
Очень часто бывает так, что при установке неправильно выбранного конденсатоотводчика внешне не наблюдается никаких проблем. Иногда конденсатоотводчик даже может быть полностью закрыт без видимых последствий, как например, на паропроводах, где неполный дренаж в одной точке означает, что оставшийся конденсат переносится в следующую точку дренажа. Проблема может возникнуть, если и в следующей точке конденсатоотводчик не будет выполнять поставленную задачу.
Если же мы определили, что нам необходимо установить новые конденсатоотводчики, их выбор определяется следующими требованиями.
Выпуск воздуха. При пуске, т.е. в начале процесса, паровое пространство теплообменников и паропровод заполнены воздухом, который, если его не удалить, ухудшает процесс передачи тепла и увеличивает время разогрева. Время запуска увеличивается, и снижается эффективность работы установки. Желательно выпустить воздух до того, как он смешается с паром. Если воздух и пар смешаются, то разделить их можно будет только после конденсации пара. Воздушники могут потребоваться отдельно для паропроводов, но в большинстве случаев воздух выпускается через конденсатоотводчики.
В этом случае термостатические конденсатоотводчики имеют преимущества перед другими типами, т.к. они полностью открыты во время пуска.
Поплавковые конденсатоотводчики c шаровым поплавком не обладают такими возможностями, если их не оснастить встроенными термостатическими воздушниками. Такой воздушник позволяет выпускать значительное количество воздуха и, кроме того, обеспечивает дополнительную пропускную способность по холодному конденсату, что очень важно при холодных пусках.
Термодинамические конденсатоотводчики могут выпускать относительно небольшие количества воздуха, чего, однако, вполне достаточно при дренаже магистральных и спутниковых паропроводов, т.е. там, где этот тип чаще всего применяется.
Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом имеет весьма ограниченную вентиляционную способность в силу принципа действия и конструкции. Тем не менее, установленный в параллель с таким конденсатоотводчиком термостатический воздушник позволяет свести к минимуму этот недостаток.
Отвод конденсата. Выпустив воздух, конденсатоотводчик затем должен отвести конденсат и не пропустить пар. Утечка пара ведет к неэффективности и неэкономичности процесса. Если скорость передачи тепла в технологическом процессе очень важна, то конденсат должен быть отведен немедленно после его образования при температуре пара. Одной из основных причин снижения эффективности теплового оборудования является затопление парового пространства, вызванное неправильным выбором типа конденсатоотводчика. Те же явления будут наблюдаться, если конденсатоотводчик имеет недостаточную пропускную способность, особенно на пусковых режимах.
Вообще определение необходимой пропускной способности конденсатоотводчика - довольно непростая задача. Как для всякого механического клапана, расход через конденсатоотводчик пропорционален перепаду давления на нем. А этот перепад нам чаще всего и не известен. Чтобы оценить его, требуется обращаться к расчетам теплообменного аппарата, использовать эмпирические формулы или инженерное чутье. В любом случае необходимо очень хорошо представлять себе процессы, происходящие в теплообменном аппарате.
Кроме того, особенно большие количества конденсата должны отводиться на пуске, когда и перепады давления невелики, и количества образующегося конденсата в несколько раз больше, чем на рабочих режимах.
Тепловая эффективность. После рассмотрения основных требований выпуска воздуха и отвода конденсата, необходимо обратить внимание на тепловую эффективность, т.е. на то, как данный тип конденсатоотводчика может влиять на количество полезно использованного тепла данной массы пара. На первый взгляд термостатический конденсатоотводчик в этом случае должен быть наилучшим. Эти конденсатоотводчики не выпустят конденсат, пока он не остынет на несколько градусов ниже температуры насыщенного пара, обеспечивая тем самым дополнительную отдачу тепла, что ведет к реальному снижению паропотребления. Всегда есть желание отводить конденсат при максимально низкой температуре, но в ряде технологических процессов это неприемлемо (например, при необходимости температурного регулирования), поэтому конденсат должен отводиться по мере его образования, т.е. при температуре насыщенного пара. В этом случае следует применять конденсатоотводчики другого типа - механического или термодинамического.
Параметры системы. При выборе конденсатоотводчика, в первую очередь необходимо учесть требования технологического процесса. Они обычно определяют выбор типа конденса-тоотводчиков. Конфигурация и трассировка паропровода и конденсатопровода поможет определить конкретный вид конденсатоотводчика, который выполнит свою задачу в данных условиях наилучшим образом. После этого необходимо выбрать размер. Размеры определяются следующими параметрами системы:
Максимальным давлением пара и конденсата;
Рабочим давлением пара и конденсата;
Расходом;
Температурой;
Наличием температурного регулирования процесса;
Величиной гидравлического сопротивления конденсатопровода.
Другими словами, чтобы правильно выбрать конденсатоотводчик, необходимо иметь полную информацию о технических параметрах паро-конденсатной системы.
Надежность. Опыт показывает, что хороший конденсатоотвод связан с надежностью, т.е. оптимальная работа с минимумом внимания.
Помимо конструктивных особенностей факторами, влияющими на надежность работы конденсатоотводчика, чаще всего являются:
Коррозионный износ;
Гидроудары в пароконденсатной системе;
Загрязнения, блокирующие клапан конденсатоотводчика.
Во избежание быстрого коррозионного износа все внутренние детали современных кон-денсатоотводчиков изготавливаются из нержавеющей стали. Очень часто качество химподго-товки котловой воды и деаэрации таково, что образующийся конденсат чрезвычайно агрессивен. В этих случаях корпуса конденсатоотвод-чиков из чугуна и углеродистой стали бывают недостаточно стойкими, срок службы изделия сокращается и требуются специальные мероприятия по улучшению химводоподготовки.
Гидроудар - часто встречающееся явление, свидетельствующее о неправильной работе пароконденсатной системы. Он может быть вызван неправильно спроектированной системой, использованием конденсатоотводчиков не подходящего типа, или неработающим конденсато-отводчиком, или комбинацией указанных факторов. Гидроудар часто бывает связан с выходом из строя конденсатоотводчика. Очень часто конденсатоотводчик не выполняет своих функций из-за неправильно спроектированной системы и наоборот. Гидроудар может быть вызван следующими причинами:
Отсутствует дренаж паропроводов;
Конденсатная линия имеет повышенное сопротивление из-за неправильно выбранного размера или из-за «запирания» вторичным паром;
Возникновение «точки застоя», когда давление в теплообменнике по тем или иным причинам меньше противодавления в конденсатной линии (чаще всего возникает в системах с регулированием температуры).
Современные конструкции и технологии производства конденсатоотводчиков позволяют выпускать прочные модели, срок службы которых значительно выше и которые могут противостоять и гидроударам. Однако еще раз повторим, что гидроудар - это свидетельство ненормальной работы системы.
Загрязнения - основная причина выхода конденсатоотводчиков из строя (естественно, мы здесь не говорим об изделиях изначально неработоспособных конструкций, которые время от времени предлагаются на российском рынке). Различные типы конденсатоотводчиков имеют разную чувствительность к загрязнениям, но установка фильтров перед ними является совершенно необходимым условием долгой и надежной работы. Несомненное преимущество имеют конденса-тоотводчики со встроенными фильтрами.
Итак, требования, предъявляемые к конденсатоотводчикам, внешне просты и понятны. Часто приходится слышать, что подбор конденсатоотводчика - это очень простая задача. Однако, как мы увидели, работоспособность и эффективность этого изделия зависит не только от его собственных свойств, но и от характеристик всей пароконденсатной системы, а это обстоятельство требует внимательного, квалифицированного и комплексного подхода.
Следует различать две области использования пара и отвода конденсата:
а) магистральные паропроводы и ;
Принципиальное отличие состоит в том, что в области а) переходные процессы отличаются существенными колебаниями потребления пара. В прогретом состоянии расход пара, особенно на спутниках, чрезвычайно мал. В области б) теплота, необходимая для прогрева оборудования, может быть сопоставима с теплотой, отбираемой на нагрев продукта.
Поэтому в областях:
а) конденсатоотводчики должны справляться с нагрузками в широкой области их изменения,
Пароспутники выдвигают специфические требования к конденсатоотводчикам:
При «отказе» конденсатоотводчик должен оставаться открытым;
Конденсатоотводчик должен допускать периодические продувки охлажденных пароспутников.
Главным при выборе любого прибора остается возможность достоверно оценить ожидаемые расходы конденсата.
Конденсатоотводчик относится к классу клапанов, его пропускная способность зависит от диаметра седла и перепада давления на седле, т.е. разности между давлением пара на входе и противодавлением конденсата со стороны выхода.
Для различных областей отвода конденсата могут быть полезны следующие оценки.
| No | Наименование | Расход конденсата (кг/ч) | Коэффициент запаса |
| 1 | Магистраль | W x L x 0.48 x Δ t х 60 / R х час | 2-3 |
| 2 | Коллектор | 0.1 x Qкотел макс | 1.5 |
| 3 | Калорифер | V x ρ x Csp х Δ t / R | 2-3 |
| 4 | Теплообменник | V x ρ x Csp х Δ t / R | 2-3 |
| 5 | Сушильный барабан | p x D x L x K | 3-4 |
| 6 | Пароспутник | < 1 кг/ч*м x М | 1 |
| 7 | Автоклав | k x F х Δ t / R | 3 |
Здесь
W - погонный вес трубопровода (кг/м)
L - длина паропровода (м)
R - скрытая теплота парообразования (кДж/кг)
Qкотел - производительность парового котла (кг/ч)
Csp - удельная теплоемкость (кДж/кг х °С) (Сталь = 0,48)
V - объемный расход нагреваемой среды (м 3 /ч)
ρ - плотность нагреваемой среды (кг/м 3)
D - диаметр барабана (м)
К - интенсивность образования конденсата (40 кг/ч х м 2)
М - длина спутника (м)
k - коэффициент теплопередачи (кДж/м2 х ч х °С)
F - площадь поверхности паровой рубашки (м 2)
Если известна паспортная мощность теплового объекта (теплообменника, автоклава и т.п.), то расход конденсата оценивается прямым пересчетом значений паспортных данных в расход конденсата (кВт в кг/ч) с учетом возможных тепловых потерь.
Следует помнить, что конденсатоотводчик с перевернутым стаканом при перепаде давления, превышающим допустимую проектную величину, будет закрытым. Эта конструктивная особенность приборов используется при организации автоматического дренажа теплообменных аппаратов при падении нагрузки с помощью дополнительного конденсатоотводчика, когда давление пара падает и поднять конденсат в конденсатопровод не удается. При этом один конденсатоотводчик работает при рабочих условиях, когда дренажный конденсатоотводчик закрыт, а при падении нагрузки открывается дренажный конденсатоотводчик.
| Наименование эксплуатационной характеристики | Типы конденсатотводчиков и их условное обозначение | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Характер срабатывания | периодический | непрерывный (1) | периодический | непрерывный | непрерывный | непрерывный |
| Срок службы | Отл. | Хор. | Неуд. | Удовл. | Отл. | Удовл. |
| Износостойкость | Отл. | Хор. | Неуд. | Удовл. | Отл. | Удовл. |
| Коррозионная стойкость | Отл. | Хор. | Отл. | Хор. | Отл. | Удовл. |
| Стойкость к гидроудару | Отл. | Неуд. | Отл. | Неуд. | Отл. | Отл. |
| Сброс воздуха и СО2 при температуре пара | Есть | Нет | Нет | Нет | Есть | Нет |
| Вывод воздуха при очень низком давлении (0,2 бар изб.) | Неуд. | Отл. | (2) | Хор. | Отл. | Хор. |
| Способность выводить пусковые расходы воздуха | Удовл. | Отл. | Неуд. | Отл. | Отл. | Отл. |
| Работоспособность при противодавлении | Отл. | Отл. | Неуд. | Отл. | Отл. | Хор. |
| Устойчивость против замораживания | Хор. (3) | Неуд. | Хор. | Хор. | Хор. | Хор. |
| Возможность продувки системы | Отл. | Удовл. | Отл. | Хор. | Отл. | Хор. |
| Работоспособность при очень малых расходах | Отл. | Отл. | Неуд. | Отл. | Отл. | Хор. |
| Срабатывания при залповом поступлении конденсата | Немедленное | Немедленное | С задержкой | С задержкой | Немедленное | С задержкой |
| Устойчивость к загрязнениям | Отл. | Неуд. | Неуд. | Удовл. | Отл. | Неуд. |
| Сравнительные размеры | Большие (4) | Большие | Малые | Малые | Большие | Большие |
| Работоспособность при образовании пара вскипания | Удовл. | Неуд. | Неуд. | Неуд. | Отл. | Неуд. |
| Состояние при механическом отказе (открыт – закрыт) | Открыт | Закрыт | Открыт (5) | (6) | Открыт | Открыт |
Примечания:
- При малых расходах возможен периодический характер срабатывания.
- Не рекомендуется для низких давлений. Давлени на входе должно быть по крайней мере в 2 раза выше противодалвения.
- Конденсатоотводчик из чугуна не применять.
- Для цельносварных конструкций из нержавеющей стали – размеры средние.
- При загрязнении может остаться в закрытом положении.
- В зависимости от конструкции сильфонного узла может быть либо открытым, либо закрытым.
Для работы при отрицательных температурах следует выбирать соответствующие материалы корпусов. Необходимо учитывать, что термостатические конденсатоотводчики отличаются широким диапазоном рабочих нагрузок, однако в установившемся режиме работают в «подтопленном» состоянии. Поэтому в климатических условиях России всегда существует угроза их размораживания при установке на улице.
Конденсатоотводчики с перевернутым стаканом из нержавеющий стали производства Армстронг учитывают особенности эксплуатации при отрицательных температурах - оснащаются дополнительными клапанами для защиты от размораживания (автоматически открываются при падении давления в днище корпуса) и съемными утеплителями корпуса. При «отказе» этот тип конденсатоотводчиков всегда остается открытым, что существенно для спутников, обогревающих продуктопроводы на открытом воздухе.
Универсальная присоединительная головка обеспечивает присоединение прибора к трубопроводу под любым углом, что также существенно для спутников при подводе к конденсатному коллектору.
Т. Гуцуляк, А. Кирилюк
Из-за постоянного удорожания энергоресурсов все промышленные отрасли заняты поиском альтернативных источников повышения энергоэффективности. Водяной пар, как одно из средств передачи тепловой энергии, становится всё более популярным
Важную роль в эффективном отборе тепла от пара, помимо теплообменников, играют конденсатоотводчики. Их главная задача - отбор от водяного пара как можно большего количества тепла - довольно непроста и зависит не только от наличия самих конденсатоотводчиков в системе, но также и от того, насколько правильно они подобраны. Чтобы правильно выбрать конденсатоотводчик для конкретного производственного процесса, необходимо хорошо знать и понимать принципы его работы и специфику применения пара в данном процессе.
Назначение конденсатоотводчиков
Конденсатоотводчик должен препятствовать уменьшению коэффициента теплопередачи. Уменьшение происходит за счет образования конденсата у потребителя пара, либо в паропроводе. Задача данного оборудования - отводить конденсат, не допуская при этом «пролет» и выпуск пара.
Пар, теряя тепло, необходимое для теплообменных процессов, отдает его стенкам трубопровода, превращаясь в конденсат. Если его не отводить - ухудшается «качество» пара, возникают кавитация и гидроудары. Наилучший вариант, когда конденсатоотводчик способен отводить конденсат, а также воздух и другие неконденсированные газы.
Не существует универсального конденсатоотводчика, подходящего для всех задач и условий применения. Все типы конденсатоотводчиков отличаются по принципу работы, при этом имея свои недостатки и преимущества. Всегда существует лучшее решение для конкретного применения в пароконденсатной системе. Выбор конденсатоотводчика зависит от
температуры, давления и количества образуемого конденсата.
Рис. 1. Основные типы:
а) - механический (поплавковый); б) - термодинамический; в) - термостатический
Существует три принципиально разных типа: механические, термостатические и термодинамические.
Принцип действия механических основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Механические конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип устройств хорошо подходит для теплообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.
Термостатические конденсатоотводчики определяют разницу температуры пара и конденсата. Чувствительный элемент и исполнительный механизм в данном случае - термостат. Прежде чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.
В основе принципа действия термодинамического конденсатоотводчика лежит разница скоростей прохождения пара и конденсата в зазоре между диском и седлом. При прохождении конденсата из-за низкой скорости диск поднимается и пропускает конденсат. При поступлении пара в термодинамический конденсатоотводчик скорость увеличивается, приводя к падению статического давления, и диск опускается на седло. Пар, находящийся над диском, благодаря большей площади контакта, удерживает диск в закрытом положении. По мере конденсации пара давление над диском падает, и диск снова начинает подниматься, пропуская конденсат.
Таблица 1. Типы конденсатоотводчиков
Таблица 2. Сравнение конденсатоотводчиков и их типов
Выбор конденсатоотводчика
Для правильного подбора условного диаметра конденсатоотводчика нужно сначала определить входное давление, см. рис. 3.
Если конденсатоотводчик установлен после паропотребляющей установки, входное давление на 15% ниже давления на входе в установку.
Для примерного расчета противодавления, принимаем, что каждый метр подъема трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.
Перепад давления = Входное давление - Противодавление.
Рассчитать количество конденсата можно, используя техническую документацию производителя паропотребляющего оборудования с учетом коэффициента запаса по расходу конденсата. На основных паропроводах, в теплообменниках и подобном оборудовании запас пропускной способности нужно установить в 2,5 - 3 раза больше расчетного. В других случаях запас больше в 1,5 - 2 раза.
После расчета коэффициента запаса по расходу конденсата, диаметр конденсатоотводчика выбирается по диаграмме
пропускной способности (см. рис.2), которую предоставляет завод-производитель.
Ниже в качестве примера приведены диаграммы пропускной способности AYVAZ SK-51 (данные и рекомендации предоставлены компанией «АЙВАЗ УКРАИНА»).
Рис. 2. Диаграмма пропускной способности SK-51 (1/2”-3/4”-1”)
Пример использования диаграммы (см. рис. 2): для конденсатоотводчика задан расход по конденсату 180 кг/час.
Конденсат отводится от теплообменника при давлении 6 бар и противодавлении 0,2 бар. Перепад давления 6 - 0,2 = 5,8 бар.
Расход по конденсату 180 х 3 = 540 кг/час.
Коэффициент запаса: 3.
Для отвода 540 кг/час конденсата при перепаде 5,8 бар, по синей линии на диаграмме, помеченной цифрой 10 (пропускная способность в данном случае составляет 700 кг/час), выбираем конденсатоотводчик диаметром 1” (Ду25). Цифра 10 обозначает размер отверстия выпускного клапана. Как видно из диаграммы (рис. 2) конденсатоотводчики диаметром 1/2” и 3/4” выбирать в данном случае нельзя, т.к. их пропускная способность по конденсату ниже требуемой.
Использование энергии пара вторичного вскипания
Во время нагрева воды при постоянном давлении её температура и теплосодержание растет. Это продолжается до тех пор, пока вода не закипит. Достигая точки кипения, температура воды не изменяется до тех пор, пока вода полностью не превратится в пар. И поскольку требуется максимально использовать тепловую энергию пара, используются конденсатоотводчики, см. рис 3.
Рис. 3. Использование конденсата и пара вторичного вскипания для теплообмена
Конденсат имеет ту же температуру при заданном давлении, что и пар. Когда конденсат после конденсатоотводчика попадает в зону атмосферного давления, он моментально вскипает и часть его испаряется, т.к. температура конденсата выше температуры кипения воды при атмосферном давлении.
Пар, который образуется при вскипании конденсата, называют паром вторичного вскипания.
Т.е. это пар, который образуется в результате попадания конденсата в атмосферу или среду с низким давлением и температурой.
Расчет количества пара вторичного вскипания:
где:
Эк
: Энтальпия конденсата при попадании в конденсатоотводчик при заданном давлении (кДж/кг).
Эв
: Энтальпия конденсата после конденсатоотводчика при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг).
Ст
: Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг) трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.
Как видно, чем больше разница давлений, тем большее количество пара вторичного вскипания образуется. Тип используемого конденсатоотводчика так же влияет на количество образуемого конденсата. Механические отводят конденсат с температурой близкой к температуре насыщения пара. В то время как термостатические - отводят конденсат с температурой значительно ниже температуры насыщения, при этом количество пара вторичного вскипания уменьшается.
При отборе пара вторичного вскипания нужно учесть, что:
- Для получения даже малого количества пара вторичного вскипания потребуется большое количество конденсата. Необходимо обратить особое внимание на пропускную способность конденсатоотводчика. Так же нужно учитывать, после регулирующих клапанов давление как правило низкое.
- Сфера применения должна соответствовать таковой для использования пара вторичного вскипания. Количество пара вторичного вскипания должно равняться или его должно быть немного больше, чем требуется для обеспечения технического процесса.
- Участок использования пара вторичного вскипания не должен располагаться далеко от оборудования, от которого отводится высокотемпературный конденсат.
Пример расчет количества пара вторичного вскипания в системе, где конденсат отводится сразу после его образования см. ниже.
Возьмем данные из таблицы насыщенного пара: при давлении 8 бар, 170,5°С, энтальпия конденсата = 720,94 кДж/кг. При атмосферном давлении, 100°С, энтальпия конденсата = 419,00 кДж/кг. Разница энтальпий составляет 301.94 кДж/кг. Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении = 2 258 кДж/кг. Тогда количество пара вторичного вскипания составит:
Таким образом, если расход пара в системе равен 1000 кг, то количество пара вторичного вскипания составит 134 кг.
Особенности монтажа конденсатоотводчиков
При установке конденсатоотводчика, следует проследить, чтобы стрелка на его корпусе соответствовала направлению потока, см. рис 4, а).
Конденсатоотводчики поплавкового типа должны устанавливаться строго горизонтально. Некоторые, в специальном исполнении могут устанавливаться вертикально. Вход пара в такие конденсатоотводчики должен быть с нижней стороны, см. рис 4, б).
Конденсатоотводчики должны располагаться ниже подключения паровой линии к оборудованию. В противном случае, возможно подтопление оборудования. В случаях, когда установка конденсатоотводчиков таким образом невозможна, необходимо организовать принудительный отвод конденсата, см. рис 4, в).
Термодинамические конденсатоотводчики работают в любом положении. Однако, горизонтальное положение более предпочтительно при установке см. рис 4, г).
Рис. 4. Правильный монтаж конденсатоотводчика
Конденсатоотводчики не должны устанавливаться друг за другом ни в коем случае. Иначе, второй будет создавать давление, которое негативно скажется на работе первого, который уже смонтирован, см. рис. 5, а).
Фильтры, установленные перед конденсатоотводчиками, должны быть повернуты влево или вправо. В противном случае, в нижней части фильтра будет скапливаться конденсат, что может привести к гидроударам, см. рис. 5, б).
Рис. 5. Установка конденсатоотводчика в системе
Правильный выбор и применение оборудования от производителя AYVAZ - эффективный способ повысить уровень энергосбережения в паровых системах.
Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm . Подписывайтесь!
Просмотрено: 3 440ВВЕДЕНИЕ
Конденсатоотводчик является существенной составной частью любойпаровой системы. Главное назначение конденсатоотводчика - выпускать из
системы конденсат, воздух и другие неконденсируемые газы, но задерживать
пар до тех пор, пока он полностью не сконденсируется.
Конденсатоотводчики (КО) оказывают существенное влияние на работу
пароконденсатной системы. Так отсутствие КО или их неисправность
выражается в появлении гидроударов, коррозии, потерях с пролетным паром,
снижении производительности технологического оборудования и т.д.
Только опытный инженер может определить неправильную организацию
конденсатоотвода, которая приводит к снижению производительности
теплового оборудования и к повышению эксплуатационных расходов.
Совершенствовать системы конденсатоотвода энергетику на своем
предприятии будет гораздо легче, если он будет знать назначение, конструкцию
и характеристики конденсатоотводчиков.
ЧТО ДЕЛАЕТ КОНДЕНСАТООТВОДЧИК?
Основное назначение конденсатоотводчика - отводить конденсат и непропускать пар. Конденсатоотводчик - энергосберегающее устройство,
представляющее собой автоматический клапан.
Если условия во всех типах теплообменного оборудования были бы одинаковы,
то закономерно было бы использовать только один тип конденсатоотводчика
для всех применений. На практике, однако, этого не происходит, и
конденсатоотводчик, который идеально подходит для дренажа паровой
рубашки варочного котла, не будет эффективно работать на паровой батарее.
Поэтому для различного типа оборудования предлагаются различные (по типу)
конденсатоотводчики.
Выбор конденсатоотводчиков
Не существует универсального конденсатоотводчика, который бы подходил на
все случаи жизни.
По этой причине необходимо четко представлять принцип
работы всех типов конденсатоотводчиков, чтобы сделать правильный выбор.
Очень часто пренебрегают тем фактом, что эффективность любого теплового
оборудования, в конечном счете, зависит от организации конденсатоотвода.
Выбор конденсатоотводчика зависит от типа оборудования и заданных
условий эксплуатации.
Этими условиями могут быть колебания рабочего
давления, нагрузки, а также противодавление на конденсатоотводчике. Кроме
этого, могут быть поставлены условия коррозионной стойкости, стойкость к
гидроударам и замерзанию, а также выпуска воздуха во время пуска системы.
Выпуск воздуха
Во время пуска КО должен иметь возможность выпускать воздух. До тех пор
пока воздух не вытеснен, пар не может войти в паровое пространство
, и
процесс прогрева занимает длительное время с увеличением потерь и
снижением эффективности установки.
Удаление конденсата.
Выпустив воздух, КО должен отводить конденсат. Если паровое пространство
мало и производительность критична, то конденсат должен быть удален
немедленно при температуре пара. Одна из основных причин снижения
производительности тепловой установки - это ее затопление конденсатом,
из-за неправильного выбора КО.
ТИПЫ КОНДЕНСАТООТВОДЧИКОВ
Существует четыре основных типа конденсатоотводчиков:
Этот тип конденсатоотводчиков определяет разницу температур пара и
конденсата. Чувствительным элементом является термостат или капсула.
Прежде, чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до
температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.
Механические
Принцип действия этих конденсатоотводчиков основан на разнице плотности
пара и конденсата. Клапан приводится в действие поплавком или стаканом.
Термодинамические
Основным элементом конденсатоотводчиков этого типа является простой
диск. Их работа основана на разнице скоростей конденсата и пара при
протекании в зазоре между седлом и диском. При прохождении пара скорость в
зазоре под диском увеличивается с соответствующим падением давления -
клапан закрывается.
Конденсатоотводчики смешанного типа.
Эта группа состоит из конденсатоотводчиков, которые не могут быть отнесены
ни к одной из вышеперечисленных групп
