Расчет и подбор конденсатоотводчика. Расчёт и подбор конденсатоотводчиков, паро- и конденсатопроводов. Требования, предъявляемые к конденсатоотводчикам

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.

1. Место установки.
2. Перепад давления.
3. Расход конденсата (кг/час).
4. Диаграмма пропускной способности.

1. Место установки.

Наилучший вариант или альтернативу можно подобрать из таблицы подбора конденсатоотводчиков.

2. Перепад давления.

Перепад давления – это разница между давлениями на входе в конденсатоотводчик и на выходе из него. Например, если входное давление 8 бар и конденсат отводится в атмосферу, перепад давления составит 8бар – 0 бар = 8бар. После конденсатоотводчика, каждый метр подъема конденсатной линии 0,11 бар противодавления. Если бы в предыдущем примере конденсатная линия поднималась на 5 метров после конденсатоотводчика.

Bпротиводавление составит: 0.11 х 5 = 0.55 бар.
А перепад давления составит: 8-0.55 = 7.45 бар.

Если конденсат подсоединен в разные конденсатные линии, считается общее противодавление и в соответствии с ним подбирается конденсатоотводчик.

3. Расход конденсата.

Обычно, берется во внимание информация, которую предоставляет производитель пароиспользующего оборудования. Данные по расходу конденсата указываются в технической документации к оборудованию. Если таких данных нет, количество конденсата легко можно рассчитать, учитывая диаметр паровой трубы, плотность потока и т.д. Так же в случае, если это не какой-то специфический процесс, данные по расходу пара на паровой установке даны во всевозможных технических таблицах.

2.1. Конденсат рекомендуется отводить из теплообменников самотеком (рис.11)
2.2. Для работы конденсатоотводчика требуется определенный перепад давления (рис. 12)
2.3. Если после конденсатоотводчика конденсатная линия поднимается, то перепад давления на конденсатоотводчике уменьшается, примерно, на 1 бар на каждые 7 метров подъема (рис. 13)
2.4. Если перед конденсатоотводчиком существует вертикальный участок трубопровода, то в нижней точке этого вертикального участка необходимо предусмотреть гидравлический затвор (рис. 14)
2.5. Диаметр конденсатопровода должен подбираться с учетом объема пара вторичного вскипания для того, чтобы избежать повышения давления в конденсатопроводе (рис. 15)

2.6. Конденсат и, по возможности, пар вторичного вскипания следует собирать и использовать повторно (рис. 16)

2.7. Каждый теплообменник должен дренироваться индивидуально
2.7.1. Отдельный конденсатоотводчик после каждого теплообменника (индивидуальный дренаж) (рис. 17)

2.7.2. Дренаж нескольких параллельно установленных теплообменников с помощью одного конденсатоотводчика (рис. 18

2.7.3. Дренаж нескольких последовательно установленных теплообменников (например, многоплитные прессы) (рис. 19)

2.8. Подтопление конденсатом (плюсы и минусы)
2.8.1. Подтопление конденсатом парового пространства теплообменника снижает скорость теплопередачи (рис. 20)

2.8.2. Подтопление теплообменника конденсатом приводит к экономии топлива за счет сокращения потребления пара. Однако необходимо учитывать то, что это может приводить к возникновению гидроударов
2.9. Меры по предотвращению гидроударов
2.9.1. Правильная организация отвода конденсата из паровых пространств (рис. 21 и 22)

Возможные причины подтоплений:

Ошибочно подобранный конденсатоотводчик (например, неправильный тип, конденсат отводится периодически, недостаточная пропускная способность). Конденсатоотводчик работает неправильно (например, конденсатоотводчик не открывается или открывается со слишком большим переохлаждением). Перепад давления на конденсатоотводчике слишком мал из-за больших потерь напора внутри теплообменника при низких нагрузках (например, давление в конденсатной линии > 1 бар(абс), а давление в теплообменнике при низкой нагрузке < 1 бар(абс)).

Меры по предотвращению гидроударов:

Для непрерывного отвода конденсата из теплообменников без подтоплений используйте только поплавковые конденсатоотводчики типа UNADuplex. Конденсатоотводчик должен быть достаточно большим, так как при малых нагрузках давление перед конденсатоотводчиком может быть очень низким (вплоть до вакуума). При этом требуется, чтобы давление в конденсатной линии не повышалось, чтобы после конденсатоотводчика не было подъемов конденсатопровода, и чтобы конденсатоотводчик устанавливался в самой нижней точке, обеспечивая тем самым дополнительный гидростатический напор. Если в теплообменнике возможно образование вакуума, то после регулирующего парового клапана рекомендуется установить прерыватель вакуума (обратный клапан RK).

В тех случаях, когда теплообменное оборудование с регулированием по «паровой стороне» работает в широком диапазоне тепловых нагрузок (при этом давление в паровом пространстве изменяется от вакуума до максимального рабочего значения) и стандартные конденсатоотводчики не могут обеспечить стабильный отвод конденсата, то рекомендуется применять специальные перекачивающие конденсатоотводчики UNA25-PK (см. рис. 8d)

Перекачивающие конденсатоотводчики работают в двух режимах: при достаточном перепаде давления - как нормальный поплавковый конденсатоотводчик, при недостаточном перепаде давления-как механический конденсатный насос. Переключение из одного режима в другой происходит автоматически в зависимости от уровня конденсата внутри конденсатоотводчика.

Для перекачивания конденсата используется «острый пар». Встроенные обратные клапаны обеспечивают движение конденсата в одном направлении. Подача «острого пара» в конденсатоотводчик и открытие вентиляционного клапана происходит автоматически.

2.9.4. Конденсатоотводчики непрерывного действия

Термостатические конденсатоотводчики зачастую отводят конденсат периодически и, следовательно, рекомендуются к применению на небольших расходах конденсата. Для отвода конденсата из теплообменников (и в данном конкретном примере пароводяной теплообменник с регулированием “по пару”) рекомендуется использовать поплавковые конденсатоотведчики UNA!

2.9.5. Гидрозатворы и компенсаторы гидроударов в случае подъема конденсата

2.9.6. Правильное расположение различных конденсатных линий и конденсатного коллектора (рис. 26 и 27)

1.10. Воздух и другие неконденсируемые газы, присутствующие в паре, снижают температуру пара и нагревательную способность теплообменников, и могут приводить к неравномерному нагреву продукта (критично, например, для прессов, вращающихся сушильных цилиндров) (рис. 3 и 28)

Теплообменники небольшого и среднего размера достаточно хорошо вентилируются через конденсатоотводчики со встроенной функцией автоматического отвода воздуха.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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!

Формула расчета выглядит следующим образом:

где:
D - диаметр трубопровода, мм

Q - расход, м3/ч

v - допустимая скорость потока в м/с

Удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/кг, это означает, что объемный расход 1000 кг/ч насыщенного пара при 10 бар будет составлять 1000х0,194=194 м3/ч. Удельный объем перегретого пара при 10 бар и температуре 300°С равен 0,2579 м3/кг, а объемный расход при том же количестве пара уже будет составлять 258 м3/ч. Таким образом можно утверждать, что один и тот же трубопровод не подойдет для транспортировки и насыщенного, и перегретого пара.

Приведем несколько примеров расчетов трубопроводов для разных сред:

1. Среда - вода. Сделаем расчет при объемном расходе - 120 м3/ч и скорости потока v=2 м/с.
D= =146 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 150.

2. Среда - насыщенный пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока - 15 м/с. В соответствии с удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/ч.
D= = 96 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 100.

3. Среда - перегретый пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока 15 м/с. Удельный объем перегретого пара при заданном давлении и температуре, например, 250°С, равен 0,2326 м3/ч.
D= =105 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 125.

4. Среда - конденсат. В данном случае расчет диаметра трубопровода (конденсатопровода) имеет особенность, которую необходимо учитывать при расчетах, а именно: необходимо принимать во внимание долю пара от разгрузки. Конденсат, проходя через конденсатоотводчик, и попадая в конденсатопровод, разгружается (то есть конденсируется) в нем.
Доля пара от разгрузки определяется по следующей формуле:
Доля пара от разгрузки =, где

h1 - энтальпия конденсата перед конденсатоотводчиком;
h2 - энтальпия конденсата в конденсатной сети при соответствующем давлении;
r - теплота парообразования при соответствующем давлении в конденсатной сети.
По упрощенной формуле доля пара от разгрузки определяется, как разность температур до и после конденсатоотводчика х 0,2.

Формула расчета диаметра коденсатопровода будет выглядеть так:

D= , где
ДР - доля от разгрузки конденсата
Q - количество конденсата, кг/ч
v” - удельный объем, м3/кг
Проведем расчет конденсатопровода для следующих исходных значений: расход пара - 2000 кг/ч с давлением - 12 бар (энтальпия h’=798 кДж/кг), разгруженного до давления 6 бар (энтальпия h’=670 кДж/кг, удельный объем v”=0.316 м3/кг и теплота конденсирования r=2085 кДж/кг), скорость потока 10 м/с.

Доля пара от разгрузки = = 6,14 %
Количество разгруженного пара будет равно: 2000 х 0,0614=123 кг/ч или
123х0,316= 39 м3/ч

D= = 37 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 40.

ДОПУСТИМАЯ СКОРОСТЬ ПОТОКА

Показатель скорости потока - не менее важный показатель при расчете трубопроводов. При определении скорости потока необходимо учитывать следующие факторы:

Потери давления. При высокой скорости потока можно выбрать меньший диаметр трубопроводов, однако при этом происходит значительная потеря давления.

Стоимость трубопроводов. Низкая скорость потока приведет к выбору большего диаметра трубопроводов.

Шум. Высокая скорость потока сопровождается увеличенным шумовым эффектом.

Износ. Высокая скорость потока (особенно в случае конденсата) приводит к эрозии трубопроводов.

Как правило, основной причиной возникновения проблем с отведением конденсата является именно заниженный диаметр трубопроводов и неверный подбор конденсатоотводчиков.

После конденсатоотводчика частички конденсата, двигаясь по трубопроводу со скоростью пара от разгрузки, достигают поворота, ударяются о стенку поворотного отвода, и скапливаются в месте поворота. После этого с высокой скоростью выталкиваются вдоль трубопроводов, приводя к их эрозии. Опыт показывает, что 75% протечек в конденсатопроводах происходит в трубных коленах.

Чтобы снизить вероятное возникновение эрозии и ее негативное воздействие, необходимо для систем с поплавковыми конденсатоотводчиками для расчета принимать скорость потока около 10 м/с, а для систем с другими типами конденсатоотводчиков - 6 -8 м/с. При расчетах конденсатопроводов, в которых отсутствует пар от разгрузки, очень важно делать расчеты, как для водопроводов со скоростью потока 1,5 - 2 м/с, а в остальных учитывать долю пара от разгрузки.

В таблице ниже приведены нормы скорости потока для некоторых сред: