Конденсатовідвідники

КОНДЕНСАТОВІДВІДНИК І ДЛЯ ЧОГО ВІН ПОТРІБЕН

Перш ніж визначити навіщо потрібен конденсатовідвідник, необхідно зрозуміти, що таке пароконденсатна система, які функції виконує пар і відповідно, конденсат. Пар - це вода, яка переходить в газоподібний стан і може використовуватися для передачі енергії на відстань. Найбільшу цінність представляє собою теплота фазового переходу або питома теплота пароутворення r, кДж / кг. Величина теплоти пароутворення залежить від параметрів пари. При охолодженні пари, відбувається конденсація з виділенням корисної прихованої теплоти конденсації. Теплота конденсації передається продукту або нагріваючому середовищу, пара конденсується і стає рідиною (конденсатом). Оскільки конденсат не має настільки значної енергії як пара, його відразу необхідно в повному обсязі відводити із зони теплопередачі. Якщо цього не робити, то конденсат перешкоджає надходженню свіжої пари до теплообмінних поверхонь, знижується споживання тепла, що призводить до порушення технологічного процесу.

Фото: Зразки різних конденсатовідвідників на складі ОПЕКС ЕНЕРГОСИСТЕМИ

Є ще одна причина, чому необхідно відокремлювати конденсат від пари, так як пара рухається з високою швидкістю в трубопроводах і присутність конденсату чинить руйнівну дію на трубопроводи, запірно-регулюючу арматуру і обладнання, викликаючи гідроудари.

Для відділення пари, як цінного енергоносія, від конденсату, застосовуються такі типи конденсатовідвідників: механічні (типу "поплавець" і типу «перевернута склянка»), термодинамічні, термостатичні, біметалеві.

Для наочності розглянемо приклад відведення конденсату з парової сорочки ємнісного нагрівача.

Якщо не відводити своєчасно конденсат, то застій конденсату в теплообміннику (паровій сорочці) призводить до зниження температури продукту і нерівномірного її розподілу. Так само, при відсутності конденсатовідвідника неминучі значні енергетичні втрати у вигляді прольоту не сконденсованої пари з подальшою марною його конденсацією і виділенням тепла в конденсатній лінії. При організації відводу конденсату важливо враховувати можливу наявність не конденсуючихся газів, які також потрібно відводити, щоб уникнути повітряних пробок, і як наслідок недостатнього прогрівання парою середовища всередині ємності з паровою сорочкою.

Тому можна зробити висновок, що конденсатовідвідник - є, свого роду автоматичним клапаном, який пропускає через себе конденсат, відводить гази і затримує пару. Конденсатовідвідник - це важливий і необхідний елемент для будь-якої пароконденсатної системи.

Для автоматичної розрядки конденсату і не конденсуючихся газів (повітря, вуглекислий газ), були розроблені конденсатовідвідники з різним принципом дії. Механізм їх роботи заснований на відмінності фізичних властивостей пари  і рідини - це питома вага, температура або тиск. Розрізняють три основних типи конденсатовідвідників: механічні (поплавцеві конденсатовідвідники, конденсатовідвідники типу «перевернута склянка»), термодинамічні і термостатичні.

Найбільшого поширення набули механічні - поплавцеві конденсатовідвідники і конденсатовідвідники типу «перевернута склянка», оскільки принцип їх роботи забезпечує постійну розрядку конденсату і достатню надійність системи (відсутність замикання конденсату) при гідроударі.

КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ МЕХАНІЧНИХ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ

Перевернута склянка

Регулюючим органом є сідельний клапан, що приводиться в дію, за допомогою шарнірних з'єднань, поплавцем в формі перевернутої склянки. Вбудований фільтр видаляє тверді частинки.

Особливість: висока стійкість до гідроудару, навіть при руйнуванні триває відведення конденсату.

Важільний поплавець

Регулюючим органом є сідельний клапан, що приводиться в дію, за допомогою шарнірних з'єднань, сферичним поплавцем. Вбудований повітрявідводчик видаляє неконденсуючі гази.

Особливість: вбудований фільтр і повітрявідводчик, поплавець має жорсткий надійний зв'язок і високу стійкість до гідроудару.

Вільноплаваючий поплавець

Вільноплаваючий поплавець, своєю поверхнею регулює відкриття відвідного відкаліброваного отвору пропорційно рівню надходження конденсату.

Особливість: необхідність забезпечення високого класу чистоти обробки поверхні поплавця, щоб виключити нещільне замикання випускного клапана

РОБОЧИЙ ЦИКЛ ОСНОВНИХ ТИПІВ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ
(ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ)

Перевернута склянка

Відведення конденсату

При пуску конденсатовідвідник заповнений конденсатом попереднього циклу, склянка втоплена, випускний клан відкритий, повітря видаляється і виноситься в конденсатну лінію через випускний отвір у верхній частині склянки.

Відведення повітря і уловлювання пари

Повітря і пара збираються під склянкою, витісняючи конденсат. При цьому склянка випливає і закриває випускний клапан. Відбувається видалення повітря через отвір в склянці. Пара в невеликій кількості також проходить через цей же отвір. При конденсації пари в верхній частині склянки, склянка заповнюється конденсатом, опускається і відкриває клапан на дренаж конденсату.

Відведення конденсату і повітря

Конденсатовідвідник працює циклічно, піднімаючи і опускаючи склянку і, відповідно, відкриваючи й закриваючи випускний клапан.

Важільний поплавець

Викид повітря

При запуску повітря відводиться через термостатичний повітрявідвідник, який відкривається при температурі нижче температури насичення пари.

Відведення конденсату і уловлювання пари

Конденсат що надходить заповнює камеру поплавця, при цьому порожній поплавець спливає, відкриваючи випускний клапан. Відкриття клапана пропорційно кількості надходження конденсату.

Викид конденсату і повітря

Надходження пари і відсутність конденсату сприяє опусканню поплавця і закриттю випускного клапана.

Вільноплаваючий поплавець

1. Викид повітря

У холодному стані X-елемент (відведення повітря) повністю відкриває отвір байпасного скидання. При цьому відбувається безперервне розповітрювання парової системи.

2. Відведення конденсату

               По закінченню відведення холодного конденсату і повітря, X-елемент закривається. Вільноплаваючий поплавець регулює відкриття пропускного отвору (оріфіса) пропорційно витраті конденсату що надходить, реагуючи на різкі зміни витрати конденсату.

3. Уловлювання пари

               Якщо немає припливу конденсату, поплавець опускається і замикає оріфіс. Підтримуваний рівень конденсату, створює на оріфісе гідрозамок, що перешкоджає витоку пари. У робочому режимі, коли гаряче повітря надходить у конденсатовідвідник, X-елемент відразу спрацьовує по зниженню температури і автоматично відкриває вентиляційний клапан.

Термостатичний конденсатовідвідник

Викид конденсату

У термостатичному конденсатовідвіднику при заповненні його більш холодним, ніж пара конденсатом стискається середовище всередині сильфона, деформуючи його і відкриваючи випускний клапан для відведення конденсату і повітряних бульбашок.

Уловлювання пари

При надходженні пари в термостатичний конденсатовідвідник середовище в сильфоні розширюється, деформує сифон і перекриває клапан відведення конденсату. Поки сифон оточений паром клапан закритий.

Біметалевий конденсатовідвідник

Викид конденсату

У біметалевих конденсатовідвідниках при заповненні його конденсатом деформується біметалева пластина, відкриваючи випускний клапан для відведення конденсату і повітряних бульбашок.

Уловлювання пари

При надходженні пари біметалева пластина змінює просторове положення і перекриває клапан відведення конденсату. Поки пластина оточена парою клапан закритий.

Термодинамічний конденсатовідвідник

Викид конденсату

Конденсат заповнює порожнину термодинамічного конденсатовідвідника, піднімає диск і відводить конденсат. Конденсат омиває всі внутрішні гідравлічно пов'язані порожнини конденсатовідвідника.

Уловлювання пари

При надходженні пари в порожнину під диском з високою швидкістю тиск під диском знижується і диск опускається, закриваючи випускний клапан. Тиск над диском знижується, в наслідок охолодження і конденсації пари, диск піднімається і випускає конденсат з невеликою порцією пари і так циклічно. Що б зменшити охолодження пари через вплив навколишнього середовища і знизити циклічність відкриття-закриття клапана, передбачена ізолюча порожнина (кришка), заповнена повітрям, а також парова сорочка.

ПОРІВНЯННЯ МЕХАНІЧНИХ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ

ПЕРЕВАГИ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ

Перевернута склянка:

• стійкий до забруднень;
• відведення конденсату з температурою насичення;
• при поломці або гідроударі завжди залишається у відкритому положенні забезпечуючи надійне відведення конденсату, незважаючи на витік пари;
• ремонтопридатність;
• довговічність.

Важільний поплавець:

• установка як в горизонтальному, так і у вертикальному положенні одного конденсатовідвідника;
• довговічність;
• ремонтопридатність;
• стійкість до гідроудару;
• швидке відведення повітря;
• заміна деталей без демонтажу трубопроводу
• швидка реакція на зміну навантажень і витрати конденсату;
• відведення конденсату з температурою насичення.

Вільноплаваючий поплавець:

• стійкість до гідроудару;
• довговічність;
• ремонтопридатність;
• заміна будь-якої деталі без демонтажу з трубопроводу;
• тільки одна рухома деталь;
• швидке видалення повітря;

НЕДОЛІКИ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКА

Перевернута  склянка:

• повільне відведення повітря;
• циклічний режим роботи;
• неминучі втрати пари;
• концентричний знос клапана і втрата герметичності;
• чутливий до коливань тиску на вході;
• потрібна постійна наявність гідрозатвору.

Важільний поплавець:

• концентричний знос клапана;
• можливий відрив важеля від поплавця при гідроударі.

Вільноплаваючий поплавець:

• при монтажі відхилення від осі допускається не більше 5˚;
• сприйнятливість до гідроударів (деформація поплавця).
• при дефекті X-елемента неминуча втрата пари.

ЗАСТОСУВАННЯ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКІВ

В першу чергу необхідно визначити тип конденсатовідвідника (механічний, термодинамічний або термостатичний) виходячи з призначення і місця установки. Для цього можна скористатися таблицею:

ТИП	Основне обладнання	Мале навантаження	Дренаж	Пароспутник
Механічний (поплавцевий)	+	+	+	+
Механічний (перевернута склянка)	+	+	+	+
Термодинамічний	-	+	+	+
Біметалевий	-	+	+	+
Термостатичний	-	-	-	+

МАТЕРІАЛ КОРПУСУ КОНДЕНСАТОВІДВІДНИКА

Матеріал вибирається на підставі максимальної робочої температури і тиску, а так само враховується наявність агресивних домішок в конденсаті. Як правило, корпус конденсатовідвідника виготовляють з сірого або високоміцного чавуну, вуглецевої або нержавіючої сталей. Чавун - це найбільш поширений матеріал для конденсатовідвідників, так забезпечує невисоку вартість, стійкість до корозії і досить високі робочі тиску до 25 бар.

Максимально допустимі тиск та температура обмежуються не тільки матеріалом корпусу, а й стійкістю інших компонентів, наприклад ущільнення. Крім того, різні стандарти, такі як ASME або DIN можуть впливати на вказівку максимальних параметрів.

Пропускна спроможність

Це основний технічний показник конденсатовідвідника, що залежить від багатьох факторів. Це, по-перше типорозмір, по-друге пропускний жиклер (оріфіс), калібр якого підібраний виходячи з максимального перепаду тиску на конденсатовідвіднику. Чим вище пропускна здатність, тим більша витрата конденсату може відвести конденсатовідвідник з системи.

Хотілося б відзначити, що діаметр підключення не впливає на перераховані вище параметри, оскільки один і той же конденсатовідвідник може бути у виконанні від DN20 до DN50.

Тоді як же правильно вибрати типорозмір і оріфіс (жиклер)?

Для цього необхідно знати два параметри - максимальна витрата конденсату і перепад тиску (різниця тисків в паропроводі і конденсатопроводі). Для прикладу візьмемо витрату конденсату яка дорівнює 1150 кг/год з перепадом тиску 6 бар (0,6 МПа).

Оскільки номер оріфіса (жиклера) відображає максимальний робочий перепад тиску, вибираємо оріфіс найближчий і більший заданого значення перепаду - це №10. Необхідні параметри забезпечує модель конденсатовідвідника Yoshitake TSF-10, на діаграмі робоча точка знаходиться під лінією оріфіса з номером 10.

Положення в просторі конденсатовідвідника

Конденсатовідвідник повинен встановлюватися в горизонтальному або вертикальному положенні на трубопроводі. Є конденсатовідвідники, які можу встановлюватися тільки на горизонтальний або тільки вертикальний трубопровід через свої обмежені конструктивні особливості. Також є моделі (наприклад TSF-10, TSF-11 компанії Yoshitake), які можуть встановлюватися одночасно на горизонтальному і вертикальному трубопроводі завдяки можливості обертати внутрішній механізм по осі конденсатовідвідника.

Діаметр підключення

Діаметр підключення конденсатовідвідника приймається відповідно до діаметра застосованого конденсатопроводу, який розраховується з урахуванням витрат конденсату і утворення пари вторинного закипання. Чим більше кількості вторинної пари і довжина конденсатопроводу, тим відповідно повинен бути більше його діаметр.

Для першого наближення мінімальний діаметр конденсатопроводу до конденсатовідвідника приймається відповідно до таблиці:

Основні рекомендації по установці конденсатовідвідників

1. Для групи теплообмінників або багатосекційного теплообмінника, не допускається установка одного загального конденсатовідвідника, оскільки це призводить до дисбалансу тиску, затоплення конденсатом і гідравлічного удару.

Як приклад, розглянемо трьох секційний калорифер із загальним паровим і конденсатним колекторами і одним конденсатовідвідником. Послідовна установка секцій дозволяє збільшити поверхню теплообміну і теплову потужність калорифера. Кількість конденсату, що утворюється в кожній секції відрізняється, оскільки перша секція контактує з найбільш холодним повітрям, а остання - з уже підігрітим. У цьому випадку тиск після першої секції буде нижче, ніж після останньої. Дисбаланс тисків створює свого роду «коротке замикання», що перешкоджає відведенню конденсату з теплообмінників і призводить до їх затоплення.

Установка після кожного теплообмінника індивідуального конденсатовідвідника повністю усуває перераховані вище проблеми.

Але бувають випадки, коли система вже існуюча, і немає можливості встановити індивідуальні конденсатовідвідники. У таких випадках можна встановити збірний колектор збільшеного діаметру.

Однак повністю усунути дисбаланс тиску все ж не вдасться, тому установка конденсатовідвідників на кожне джерело залишається кращим варіантом.

2. Необхідно виключати установку конденсатовідвідників у верхній частині підйому конденсатопроводу щоб уникнути утворення парових корків. При проектуванні і монтажі ліній відведення конденсату необхідно стежити за прокладкою конденсатопроводів без U-подібних ділянок. Діаметр конденсатовідвідних труб повинен відповідати витратам конденсату.

Не рідко на  підприємствах що використовують пару стикаються з проблемою нестійкого процесу теплопередачі, який виражається в коливаннях температури нагрівання середовища або продукту. Наприклад, в певний момент температура продукту починає знижуватися, хоча система регулювання працює належним чином, а потім знову різко піднімається до заданих значень. Причому цей процес відбувається циклічно.

Причиною цього явища може бути так зване «замикання пари». Відбувається це, коли між обладнанням і конденсатовідвідником утворюється паровий «корок», що блокує відведення конденсату. Не варто шукати причину в несправності конденсатовідвідника, оскільки його завдання і полягає в утриманні пари. Швидше за все, це викликано зміною чи теплообмінного обладнання та / або відвідних коденсатопроводів.

Причина «замикання пари»

Замикання пари виникає, коли в системі не забезпечується відведення конденсату з нижньої точки зони конденсації в конденсатовідвідник самопливом. Це може обумовлюватися не тільки конструкцією обладнання (перекидні чани, сушильні циліндри), але і не коректною конфігурацією трубопроводів, яку можна виправити. Наведемо типові випадки неправильного монтажу:

Не слід встановлювати конденсатовідвідники у верхній частині підйому конденсатопроводу. Новоутворена парова пробка блокуватиме його, поки пара на цій ділянці повністю не сконденсується.

Провисання трубопроводу, особливо на довгих ділянках, так само призводить до блокування.

Навіть якщо трубопровід встановлений горизонтально, довгі ділянки перед конденсатовідвідників з завужені діаметром є причиною замикання пари.

Як боротися з паровими корками?

Найбільш простий варіант - це установка зовнішньої перепускної лінії з запірним вентилем на конденсатовідвідниках на ділянках з небезпекою утворення парових корків. Відкриваючи вентиль можна регулювати перепуск пари, прибираючи парову пробку перед конденсатовідвідниками.

3. Дренаж конденсату з паропроводів необхідно організовувати, передбачаючи, так звані «кишені» необхідного обсягу для збору і подальшого відведення конденсату.

Приклад правильного дренажу паропроводів:

4. Необхідно пам'ятати, що для теплообмінників та іншого обладнання з інтенсивним утворенням конденсату необхідно встановлювати тільки конденсатовідвідники типу поплавець, що забезпечують безперервне відведення конденсату.  

При підборі конденсатовідвідників важливо враховувати коефіцієнт запасу. Якщо не відома точна витрата конденсату, то необхідно завищити розрахункові показники по витраті конденсату, що б конденсатовідвідник був підібраний з запасом по продуктивності. Якщо конденсатовідвідник буде занадто малий, то існує ризик накопичення конденсату в обладнанні, зниженні продуктивності, гідроударів і кавітації. Всі ці фактори можуть привести до виходу з ладу і руйнування паровикористовуючого обладнання.

Компанія ОПЕКС ЕНЕРГОСИСТЕМИ безперервно підтримує на складі конденсатовідвідники різних типів в широкому асортименті. Наші інженери підберуть потрібну модель конденсатовідвідника і запропонують комплексне рішення по модернізації або з проектування нової парової системи.