Для чего нужен конденсатоотводчик после теплообменника

Паровые системы, ООО. Гилепп П.А. Перекачивающий конденсатоотводчик – необходимый и достаточный

В общем случае любой паровой теплообменный аппарат, в котором происходит конденсация пара, требует установки конденсатоотводчика на выходе. Конденсатоотводчик необходим для того, чтобы выпускать из теплообменника конденсат и не пропускать пар, который может выйти, не успев сконденсироваться.
Такой пар называется «пролетным», он часто безвозвратно теряется, обеспечивает непроизводственные потери и способен разбалансировать пароконденсатную систему.
Конденсатоотводчик предотвращает потери пролетного пара, которые могут достигать значительных величин.

В среднем, потребители, не оснащенные конденсатоотводчиками, могут терять до 10…15 % пролетного пара. Порой значения потерь пролетного пара могут быть гораздо выше и достигать даже 40 %, делая эксплуатацию тепловой энергоустановки не только крайне неэффективной, но и опасной. Известно, что пролетный пар, находясь в конденсатопроводе, способен провоцировать мощные гидроудары. Разрушительная сила гидроударов такова, что она выводит из строя запорную арматуру, разрушая корпуса, срывает с опор трубопроводы, вызывает утечки и т. п. Другими словами, отсутствие конденсатоотводчика на выходе теплообменника – это недопустимая ситуация.

Однако факт наличия конденсатоотводчика еще не означает, что конденсат будет должным образом отводиться. Опуская моменты, связанные с подбором типа и модели конденсатоотводчика, вспомним, что же является определяющим, для того чтобы поток конденсата проходил через любой клапан. Правильный ответ – перепад давления. Если более точно, то «положительный перепад давления». Разница давлений между входом и выходом конденсатоотводчика должна быть всегда положительной (рис. 1), чтобы конденсат мог непрерывно выходить из конденсатоотводчика, когда он открывается. Всегда ли это происходит в реальных условиях? Нет, потому что условия могут быть разными.

За конденсатоотводчиком может присутствовать противодавление (рис. 2). Оно обусловлено, например, подъемом конденсатной линии на высоту эстакады, трассой с множеством поворотов, давлением со стороны прочих источников конденсата и пр.

Кроме того, сама компоновка теплообменной установки также может быть различной. Проясним ситуацию на простых примерах.
1. Теплообменник, работающий на постоянном давлении пара (рис. 3), дренаж конденсата осуществляется самотеком в напорный либо безнапорный конденсатопровод. Если давление пара (Р1) всегда выше противодавления (Р2), то нет проблем с работой конденсатоотводчика.
2. Давление пара источника (Р1) постоянное (рис. 4), но теплообменник работает на переменном давлении (Р2), т. к. оно зависит от положения регулирующего клапана. С работой конденсатоотводчика также нет проблем, если противодавление (Р3) отсутствует.
3. Более сложная ситуация: все, как в примере 2, но в конденсатопроводе присутствует избыточное давление (Р3). Зная поведение нагрузки, в каком диапазоне она меняется во времени, можно понять, существует ли вероятность, что Р2 сравняется с Р3. Произойдет это в том случае, когда регулирующий клапан закроется настолько, что давление за ним (Р2) упадет до уровня противодавления (Р3) и ниже. Что произойдет далее? Конденсат остановится, т. к. на конденсатоотводчике не будет положительного перепада давления, и конденсат начнет затапливать теплообменник, тормозя теплообмен. Конденсатоотводчик при этом останется полностью открытым, но конденсат из него отводиться не будет. Температура продукта, нагреваемого в теплообменнике, начнет снижаться, автоматика на это отреагирует и даст сигнал регулирующему клапану на открытие. После открытия клапана давление подрастет, конденсат начнет удаляться, и температура продукта также пойдет вверх. Таким образом, автоматика спасла ситуацию, но время упущено – произошло колебание температуры продукта. Такие колебания всегда будут происходить в подобных системах. Если управление температурой продукта не допускает колебаний (например, они ведут к браку продукции или аварийному останову), то такая система неработоспособна. В этом случае конденсатоотводчик уже бессилен.

Напрашивается очевидное решение проблемы – установка конденсатной насосной станции за конденсатоотводчиком. В данном случае возникает возможность выбора наиболее подходящего технического решения. Часто конденсатные насосные станции выполняют в виде конденсатных баков, оснащенных электрическими насосами с автоматикой регулирования уровня в баке. Объем бака рассчитывается на 5-10-минутный запас конденсата, чтобы насосы не работали в «звонковом режиме». Но есть и другой выход. На рисунке 5 изображено техническое решение, позволяющее обойтись без сложной и громоздкой конденсатной насосной станции, оно несколько проще и в ряде случаев уместнее.

Речь идет о перекачивающем конденсатоотводчике, представляющем собой автоматическое устройство, выполняющее функции и конденсатоотводчика, и насоса (рис. 6).

Действует это следующим образом: когда перепад давления на установке является положительным, т. е. конденсат может самостоятельно выходить в конденсатную линию, устройство работает как обычный поплавковый конденсатоотводчик. Когда давление на входе падает до величины противодавления, конденсат уже не может выходить и начинает накапливаться внутри корпуса конденсатоотводчика, далее при полном заполнении корпуса конденсатом срабатывает специальный механизм, подающий внутрь конденсатоотводчика движущую среду (пар или сжатый воздух), которая своим давлением вытесняет из конденсатоотводчика весь конденсат в конденсатную линию. Таким образом, вытеснение является функцией откачивания. По сути, перекачивающий конденсатоотводчик заменяет собой сразу несколько элементов «традиционной системы»: конденсатоотводчик, бак, электрические насосы и автоматику регулирования уровня.

Ранее, когда перекачивающие конденсатоотводчики еще не производились, применялось техническое решение, предусматривающее установку обычного механического насоса и отдельного конденсатоотводчика на выходе. Такое решение также невыгодно пользователю, потому что он вынужден покупать, монтировать и обслуживать два устройства вместо одного. Кроме того, конденсатоотводчик на выходе насоса всегда должен иметь огромные размеры, из-за того, что конденсатоотводчик вынужден пропускать максимальный расход конденсата как при высоких, так и при низких перепадах давления, что способен выполнить только сильно переразмеренный (т. е. большой и дорогой) конденсатоотводчик.

Современная промышленность предлагает перекачивающие конденсатоотводчики для широкого диапазона применений. Одним из лидеров на мировом рынке на сегодняшний день является японская компания TLV, представляющая целую линейку перекачивающих конденсатоотводчиков как для микрорасходов, так и для довольно крупных технологических установок: до 10 000 кг/ч конденсата в режиме насоса и до 30 000 кг/ч в режиме конденсатоотводчика. Пользователи перекачивающих конденсатоотводчиков получают сразу несколько преимуществ по сравнению с использованием систем с электрическими насосами, а именно:
• отсутствие электропитания для откачивания конденсата;
• занимаемая площадь в несколько раз меньше систем с конденсатными баками;
• вместо трех специалистов (слесарь, электрик и КиПовец) обслуживание/ремонт выполняет один слесарь;
• нет кавитации на насосе даже при минимальном подпоре и температуре конденсата 100 °С;
• нет выпара в атмосферу, т. к. система с перекачивающим конденсатоотводчиком полностью закрытая, т. е. без связи с атмосферой;
• нет конденсатного бака, вместо него установлен конденсатный ресивер (коллектор) с объемом, рассчитанным на запас конденсата всего на несколько секунд – именно столько длится цикл перекачивания насоса.

Перекачивающие конденсатоотводчики применяются для обособленных потребителей пара, не допускающих подтопления. Например, паровоздушные калориферы, варочные реакторы с паровой рубашкой, пресса-вулканизаторы и т. п. Разумеется, один перекачивающий конденсатоотводчик может работать только с одним потребителем, а не с несколькими сразу, т. к. установка одного конденсатоотводчика на несколько теплообменников недопустима вне зависимости от того, обычный ли это конденсатоотводчик или перекачивающий. Следует различать механические конденсатные насосы и перекачивающие конденсатоотводчики. Это функционально разные устройства, хотя внешне и неотличимые друг от друга.

Таким образом, существует класс конденсатоотводчиков, которые могут не только отводить конденсат, но и успешно его перекачивать на дальние расстояния, оставаясь при этом довольно простыми и надежными устройствами, предназначенными для тяжелых условий промышленной эксплуатации.

Источник

Правильная установка конденсатоотводчиков на паропровод

Конденсатоотводчик выполняет две основные функции: удаляет конденсат так быстро, как только он образуется, и предотвращает выброс пара. Существуют определенные недостатки установки, которые негативно влияют на способность конденсатоотводчиков выполнять эти функции.

Высокий процент отказов конденсатоотводчиков происходит из-за неправильной установки. Правильная установка должна обеспечить шесть лет необслуживаемой эксплуатации. Ниже приведены рекомендации по установке конденсатоотводчиков, способствующие функционированию паропровода.

При установке конденсатоотводчика всегда следует помнить о некоторых моментах. Перед каждым конденсатоотводчиком должен быть установлен фильтр. В термодинамических конденсатоотводчиках имеется встроенный фильтр, который исключает необходимость установки отдельного фильтра. С другой стороны, поплавковые конденсатоотводчики не имеют встроенного фильтра и, следовательно, необходимо установить фильтр выше по течению, чтобы избежать засорений и повреждений внутренних частей.

Точно так же необходимо предусмотреть возможность обхода конденсатоотводчика для быстрого технического обслуживания. Если конденсатоотводчик выпускается под некоторым противодавлением, то после конденсатоотводчика следует установить обратный клапан (дисковый обратный клапан), чтобы избежать заболачивания воды из-за отрицательной разности давлений на конденсатоотводчике.

В этой статье объясняется правильная процедура установки различных типов конденсатоотводчиков.

Примечание: Конденсат не следует сливать через небольшое трубное соединение в нижней части магистрали.

Конденсатоотводчики можно разделить на три основные группы:

1. Механический: где конденсатоотводчик работает из-за разницы в плотности пара.

3. Термодинамический: где конденсатоотводчик работает из-за разницы в скорости пара и воды. Термодинамические конденсатоотводчики используют для работы разность скоростей между паром и конденсатом. Конденсат, поступающий в корпус конденсатоотводчика, движется относительно медленно по сравнению с паром и свободно выпускается через клапан (свободно плавающий диск). Когда пар достигает нижней стороны диска, его скорость намного выше, чем у конденсата, создавая перепад давления, который закрывает головку клапана. Клапан остается закрытым до тех пор, пока давление пара над диском не упадет, позволяя клапану открыться и цикл нагнетания повториться. На рис. показана схема термодинамического конденсатоотводчика.

Более подробную информацию про типы конденсатоотводчиков можно прочитать в нашей статье здесь
Конденсатоотводчики и вентиляционные отверстия должны работать в различных условиях, включая переменное давление пара, переменную нагрузку пара, ограниченное пространство (что затрудняет техническое обслуживание) и открытое наружное положение, где может возникнуть опасность повреждения от мороза.
Не рекомендуется устанавливать конденсатоотводчик на выходе какого-либо объекта установки без включения одного или нескольких элементов сопутствующего оборудования, то есть фильтров (если они еще не встроены в сам конденсатоотводчик), смотровых стекол и обратных клапанов.
Фильтр.
Поскольку конденсатоотводчик установлен в самой нижней точке любого пробега, он может стать сбором грязи, накипи труб и других посторонних веществ, которые могут негативно повлиять на его работу, и поэтому перед конденсатоотводчиком должен быть установлен фильтр для перехвата таких материалов. Фильтр потребует частой и регулярной очистки.
Смотровое стекло.
Для обеспечения работы конденсатоотводчика и отвода конденсата обычно устанавливают смотровое стекло на расстоянии около 1 м от выхода конденсатоотводчика. Это позволяет проводить визуальную проверку в любое время.
Обратные клапаны.
В тех случаях, когда конденсат поднимается в верхнюю конденсатную магистраль, после смотрового стекла и перед восходящей линией следует установить обратный клапан. Это предотвратит любой обратный поток в конденсатоотводчик.
Существует опасность, что при установке конденсатоотводчиков на открытом воздухе зимой может произойти замерзание, если выключить пар. Термодинамические или биметаллические типы конденсатоотводчиков не подвержены замерзанию. Однако если используются термостатические конденсатоотводчики, то их можно защитить теплоизоляцией, и в этих случаях следует проконсультироваться с производителем конденсатоотводчиков.

Источник

Энергосберегающие функции конденсатоотводчиков

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

Типы конденсатоотводчиков

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:

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.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm. Підписуйтесь!

Источник