Как выбрать конденсатоотводчик?

В процессе нагревания жидкости или воды образуется достаточное количество энергии (тепла), способное трансформировать из жидкого в газообразное состояние. Для воды это переходное состояние между водой и паром.

Пар является удобным и экономичным способом передачи больших объемов энергии из одного места в другое.

Пар является универсальным и легко контролируемым переносчиком тепла, получаемым из общедоступного сырья – воды, которое при добавлении тепла превращается в парообразное состояние.

Известны другие хорошо теплопередающие жидкости: горячая вода, горячая вода под    высоким давлением (перегретая), обогревательные жидкости низкого давления и высокой температуры (тепловые масла).

Насыщенный пар — пар, температура которого соответствует температуре кипения воды при данном давлении.

Перегретый пар — пар, нагретый до температуры, превышающий температуру кипения при данном  давлении.

Кривая зависимости теплосодержания от  температуры для системы вода-пар

1. Энтальпия кипящей воды - (теплоемкость  жидкости) тепло, необходимое для повышения температуры единицы массы воды от точки замерзания до температуры насыщения (точка кипения).

2. Скрытая теплота парообразования - (теплота  пара) тепло, необходимое для преобразования единицы массы воды при температуре насыщения, чтобы осушить пар при той же температуре.

3. Перегретое тепло - тепло, необходимое, чтобы поднять единицу массы сухого пара при температуре насыщения до любой большой заданной температуры.

4. Полная теплоемкость – суммарное тепло в паре в определенное время, это совокупность  энтальпии кипящей воды, скрытой теплоты парообразования и  перегретого тепла.

Рис. 38-1. Кривая зависимости теплосодержания от температуры для системы вода-пар

Дренаж конденсата

Конденсат является побочным продуктом паровых систем. В распределительной системе он образуется из-за неизбежных теплопотерь в процессе  теплообмена, а в отопительном и технологическом оборудовании из-за передачи тепла от пара к нагреваемому веществу. Как только пар сконденсируется, отдав скрытую теплоту парообразования, горячий конденсат должен быть немедленно выведен, т.к. теплота, содержащаяся в килограмме конденсата, существенно меньше теплоты, содержащейся в килограмме пара. Однако, этот конденсат все еще имеет определенную ценность и должен быть возвращен в паровой котел.

Присутствие воздуха в паре

При отключении подачи пара, воздух заполняет   пустоту, что генерируется за счет конденсации пара (в противном случае будет образовываться вакуум).

Недостатки присутствия воздуха в паровых системах:

-  Воздух снижает температуру пара;

-  Воздух снижает скорость теплопередачи;  

- Воздух и CO2 при перемешивании с водой могут быть причиной серьезных проблем во внутренней коррозии металла.

Системы распределения пара образуют жизненно важную связь между котлами и большим количеством паропотребляющего оборудования. Они представляют собой системы, при помощи которых пар реально подается ко всем участкам производства для выполнения свойственных ему функций. Тремя главными компонентами систем распределения пара являются: паровые коллекторы котлов, главные паропроводы и трубопроводы разводки пара. Каждый из них выполняет определенные функции, присущие этой системе, и совместно с сепараторами пара и конденсатоотводчиками способствуют эффективности использования пара.

Рис 38-1. Тепло потери системы распределительных паропроводов вызывают образование конденсата, и как следствие, необходимость установки конденсатоотводчиков в местах естественного понижения паропроводов, а также перед регулирующими клапанами. В теплообменниках конденсатоотводчики выполняют жизненно важную функцию отвода конденсата до того, как его накопление начнет препятствовать процессу теплопередачи.

Колено – отстойники

Общим для всех систем распределения пара является необходимость устройства через различные интервалы колено-отстойников (см. рис. 39-1). Они предназначены для:

1. Стекания конденсата самотеком из пара, движущегося с высокой скоростью.

2. Накапливания конденсата до тех пор, пока перепад давления не протолкнет его через конденсатоотводчик.

 

Рис 39-1. Колено-отстойник с правильно подобранными размерами будет улавливать конденсат. Колена - отстойник слишком малого размера может привести к эффекту «флейты», при котором падение давления вытянет конденсат из конденсатоотводчика.

Паровые коллекторы

Паровой коллектор котла представляет собой особый вид паропровода, который может принимать пар от одного или большего количество котлов. Чаще всего он представляет собой горизонтальную трубу, которая запитывается паром сверху и, в свою очередь, питает паром главные паропроводы. Важно, чтобы этот коллектор надлежащим образом освобождался от конденсата для вывода из пара выносимых им из котла скоплений (котловой воды и твердых частиц) перед распределением пара по системе. Конденсатоотводчики, предназначенные для коллектора, должны обладать способностью выводить крупные порции выносимых  паром скоплений сразу же после их образования. При выборе конденсатоотводчиков нужно принимать во внимание также и устойчивость к гидравлическому удару.

(Таблица 39-1) Рекомендуемые размеры колено-отстойников для паропроводов и трубопроводов разводки пара

D S Минимальная длина колено-отстойника, мм

DN

Паропровода

DN

Колено-отстойника

L

Разогрев под наблюдением

L

Разогрев автоматически

15 15 250 710
20 20 250 710
25 25 250 710
50 50 250 710
80 80 250 710
100 100 250 710
150 100 250 710
200 100 300 710
250 150 380 710
300 150 460 710
350 200 535 710
400 200 610 710
450 250 685 710
500 250 760 760
600 300 915 915

 

Выбор конденсатоотводчика и коэффициент запаса для коллектора котла.

Для конденсатоотводчиков, устанавливаемых на коллекторах котлов практически всегда рекомендуется применять коэффициент запаса 1,5:1.

Способ установки.

Если поток пара через коллектор идет только в одном направлении то достаточно установить один конденсатоотводчик вблизи выхода. При питании паром через среднюю точку или при схожей организации двухстороннего потока пара, конденсатоотводчики должны устанавливаться на каждом конце коллектора.

Рис 39-2. При диаметре коллектора до 100 мм диаметр колено-отстойника должен быть одинаковым с ним.

Главные паропроводы

Одной из самых распространенных областей применения конденсатоотводчиков является дренаж главных паропроводов. Для обеспечения нормальной работы оборудования, питаемого через эти паропроводы, в них не должно быть ни воздуха, ни конденсата.

Недостаточно полный отвод конденсата из паропроводов часто приводит к образованию пробковых   затворов и гидравлическому удару, которые могут повредить регулирующие клапаны и другое оборудование.

Имеется два общепринятых способа разогрева главных паропроводов под наблюдением и автоматический. Разогрев под наблюдением широко применяется для первичного нагрева паропроводов большого диаметра и/или протяженности. Этот способ заключается в том, что запорные клапаны полностью открывают для свободной продувки в  атмосферу до тех пор, пока в паропровод не начнет поступать пар. Клапаны не закрывают пока весь  конденсат, образующийся при разогреве, или большая его часть не будет выпущена. Затем всю работу по удалению конденсата, образующегося при рабочих условиях, берут на себя конденсатоотводчики.

Разогрев главных трубопроводов на тепловых станциях во многом следует такой же технологии. При автоматическом разогреве котел растапливается таким образом, что паропроводы и все оборудование или отдельные его части, постепенно достигают заданные значения давления и температуры без   помощи ручного управления или дополнительного наблюдения.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Независимо от способа разогрева, он должен длиться определенное время, достаточное для минимизации тепловых напряжений и предотвращения всяких повреждений системы.

(Таблица 40-3) Скорость образования конденсата в паропроводах, кг/час/м2;

Давление пара, бар 1 2 4 8 12 16 21
Изолированная труба 1 1 1,5 1,5 2 2,5 3
Неизолированная труба 4 5 6 7 8 9 10

 

Способ установки

Колено-отстойники и конденсатоотводчики применяется независимо от способа разогрева и устанавливаются в самых низких точках или в местах естественного дренажа, таких как:

 - перед восходящими стояками

 - в конце главных паропроводов

 - перед расширяющими переходниками

 - перед клапанами и регуляторами.

Там, где не имеется мест естественного дренажа, должны быть обязательно установлены колено-отстойники и дренажные конденсатоотводчики. Они устанавливаются с интервалами около 50 м, но не менее 75 м. При разогреве под наблюдением, длина колено-отстойника должна быть не менее 1,5 диаметра паропровода, но не менее 250 мм. Колено-отстойник для систем с автоматическим разогревом должен иметь длину не менее 700 мм. И в том, и в другом случае, как это доказано на практике, диаметр колено-отстойника должен быть равен диаметру самого паропровода, если он не более 100 мм, и быть не менее 0,5 диаметра главного паропровода, но ни в коем случае менее 100 мм (см.табл. 40-2).

(Таблица 40-2). Размеры труб для опрделения потерь за счет теплоизлучения

Диаметр трубы Наружный диаметр
Площадь наружной
поверхности
Масса
Дюймы мм мм м2/м кг/м
1/8" 6 10,2 0,03 0,493
1/4" 8 13,5 0,04 0,769
3/8" 10 17,2 0,05 1,02
1/2" 15 21,3 0,07 1,045
3/4" 20 26,9 0,09 1,90
1" 25 33,7 0,11 2,97
11/4" 32 42,4 0,13 3,84
11/2" 40 48,3 0,15 4,43
2" 50 60,3 0,19 6,17
2"1/2" 65 76,1 0,24 7,90
3" 80 88,9 0,28 10,10
4" 100 114,3 0,39 14,40
5" 125 139,7 0,44 17,80
6" 150 165,1 0,52 21,20

 

Трубопроводы разводки

Трубопроводы разводки – это ответвления главного паропровода, подводящие пар к паропотребляющему оборудованию или к группам такого оборудования. Система этих трубопроводов должна быть спроектирована и обвязана таким образом, чтобы предотвратить скопления конденсата в любой ее точке. Для трубопроводов разводки рекомендуется коэффициент запаса, равный 3:1.

Сепараторы

Сепараторы пара предназначены для отделения конденсата, образовавшегося в системе распределения пара (см. стр. 33). Чаще всего они применяется перед оборудованием, для которого требуется особо сухой пар, а также на линиях вторичного пара, в  которых по самой их природе находится большое количество конденсата. Главное значение при выборе конденсатоотводчика имеет его способность справляться с залповыми выбросами конденсата,  хорошо работать на малых расходах конденсата, а также иметь хорошую устойчивость к гидравлическим ударам.

Выбор конденсатоотводчика и коэффициента запаса для сепараторов

В зависимости от величины расхода и давления    конденсата рекомендуются различные типы конденсатоотводчиков, однако во всех случаях следует применять коэффициент запаса 3:1. Требуемая пропускная способность конденсатоотводчика определяется по формуле: Требуемая пропускная способность, кг/час = коэффициент запаса * расход пара, кг/час * ожидаемый вынос конденсата (от 1 до 20%).

Способ установки

Конденсатоотводчики должны подсоединяться к   дренажному патрубку сепаратора на 250-300 мм   ниже его уровня, причем этот патрубок вплоть до отвода к конденсатоотводчику должен иметь постоянное сечение, равное полному сечению дренажного соединения.

Типичные заблуждения в выборе конденсатоотводчика

Основной ошибкой при выборе конденсатоотводчиков является – выбор по диаметру трубопровода. Правильный подбор конденсатоотводчика очень   ответственная и сложная процедура, требующая    учитывать множество различных факторов. В начале необходимо определить место установки требуемого конденсатоотводчика, т.е. где он будет устанавливаться (внутри или снаружи помещения), тип теплообменного оборудования после которого будет устанавливаться и предусмотреть коэффициент запаса (см.табл. 41-1). Также следует учитывать: параметры пара и особенности системы: колебание нагрузок, цикличность режимов   работы, гидроудары и многое другое. При замене конденсатоотводчика одного завода-изготовителя на аналогичный другой, следует обращать внимание на пропускную способность, т.к. пропускная способность конденсатоотводчиков от разных производителей, при одном и том же диаметре присоединения - может значительно отличиться. Далее, чтобы конденсатоотводчик мог обеспечивать  рабочую пропускную способностью при минимальном и максимальном давлениях, необходимо определить значения минимального и максимального перепада давления пара в системе. Кроме этого предусмотреть дополнительные опции для конденсатоотводчика: встроенный фильтр, обратный клапан, продувочный клапана и т.д.

В таблице 41-1 представлены рекомендации для выбора конденсатоотводчиков, которые будут наиболее эффективными в различных рабочих условиях. Рекомендуемые коэффициенты запаса для разных условий эксплуатации гарантируют, что конденсатоотводчик будет полностью соответствовать своему назначению.

Для точной и полной информации обращайтесь к специалистам компании INTESO.

(Таблица 41-1) Рекомендуемые коэффициенты запаса для выбора конденсатоотводчика

Место установки конденсатоотводчика Лучший вариант Второй вариант Коэффициент запаса
Паровой коллектор котла БМ ТД, ПТС, ППС 1,5 : 1
Магистрали и парораспределители  БМ ТД, ПТС, ППС 2:1; 3:1 в конце главного паропровода, перед клапанами и на ответвлениях
Сепараторы пара ПТС БМ, ППС 3 : 1
Паровые спутники ТД БМ, ППС 2 : 1
Блочные обогреватели и калориферы ПТС ППС 3 : 1
Оребренные и гладкотрубные змеевики ПТС ППС

3 : 1 для быстрого нагрева

2 : 1 для нормального

Технологические калориферы ПТС ППС 2:1; 3:1 для переменного давление
Паровые холодильные установки (чиллеры) ПТС ППС 2:1 при разнице 0,1 бар
Кожухо-трубные теплообменники, трубчатые и штампованные змеевики ПТС ППС 2 : 1
Выпарные установки одноступенчатые и многоступенчатые ПТС ППС

2:1 для расходов пара до 25 т/ч

3:1 для расходов пара более 25 т/ч

Котлы с паровой рубашкой

Дренаж самотеком

Сифонный дренаж

ПТС ТС, ППС 3 : 1
Вращающиеся сушильные барабаны ПТС ППС 5:1 поплавково-термостатический конденсатоотводчик с устройством для регулируемого выпуска паровых пробок SLR
Емкости пара вторичного вскипания ПТС ППС 3 : 1

 

Все типичные коэффициенты запаса приведены для рабочего перепада давления, если не указано другое.

ПТС—поплавково-термостатические конденсатоотводчики

ППС—конденсатоотводчик с поплавком типа «перевернутый стакан»

ТД—термодинамический конденсатоотводчик

ТС—термостатический конденсатоотводчик

БМ—биметаллический конденсатоотводчик