Вторичный пар

Для образования 1 кг насыщенного пара из воды той же температуры при 0 бар изб. требуется 2257 кДж. Следовательно, 302 кДж могут испарить:

Следовательно, из каждого килограмма конденсата в этом примере образуется 13,4% вторичного пара от начальной массы конденсата.

Если оборудование, работающее на паре при 7 бар изб., конденсирует 250 кг/ч, то количество вторичного пара, выделяющегося из конденсата при 0 бар изб., будет равно:

0.134 x 250 кг/ч конденсата = 33,5 кг/ч вторичного пара

Кроме того, для типичных умеренных и низких давлений, встречающихся на многих предприятиях, можно воспользоваться диаграммой на рисунке 14.6.2.

Пример с рисунка 14.6.1 отображён на рисунке 14.6.2 и показывает, что на каждый килограмм конденсата, проходящего через конденсатоотводчик, образуется 0,134 кг вторичного пара.

Переохлаждённый конденсат

Если конденсатоотводчик является термостатическим, сбрасываемый конденсат будет переохлаждён ниже температуры насыщения. Теплосодержание более холодного конденсата немного ниже, а значит и вторичного пара образуется меньше.

Если в примере 14.6.1 конденсатоотводчик сбрасывал бы конденсат на 15°C ниже температуры насыщения пара, доступное количество тепла в конденсате было бы меньше.

Пример 14.6.2. Рассмотрим конденсат, сбрасываемый при 7 бар изб. с переохлаждением 15°C

Следовательно, в этом примере сброс конденсата при температуре ниже температуры насыщения уменьшает долю вторичного пара с 13,4% до 10,4%.

Конденсат под давлением

Пример 14.6.3. Рассмотрим конденсат из примера 14.6.1, сбрасываемый во flash-сосуд под давлением 1 бар изб.

Если возвратная линия подключена к сосуду под давлением 1 бар изб., то по таблицам пара видно, что максимальное теплосодержание конденсата на выходе из конденсатоотводчика составит 505 кДж/кг, а теплота парообразования при 1 бар изб. будет 2201 кДж/кг.

Тогда долю конденсата, мгновенно испаряющегося при 1 бар изб., можно рассчитать следующим образом:

В этом примере, если оборудование на паре 7 бар изб. конденсирует 250 кг/ч пара, количество вторичного пара, выделившегося из конденсата при 1 бар изб., составит 0.098 x 250 кг/ч = 24,5 кг/ч вторичного пара.

Следовательно, количество образующегося вторичного пара зависит от типа используемого конденсатоотводчика, давления пара перед ним и давления конденсата после него.

Подбор flash-сосудов для возврата вторичного пара

Для подбора flash-сосуда требуется следующая информация:

• давление пара перед конденсатоотводчиком или группой конденсатоотводчиков, подающих конденсат в сосуд;
• общий расход конденсата, поступающего во flash-сосуд;
• давление вторичного пара во flash-сосуде.

Используя эти данные вместе с диаграммой подбора flash-сосуда (см. рисунок 14.6.4), можно определить необходимый размер сосуда. Пример 14.6.4 показывает метод подбора по диаграмме.

Пример 14.6.4. Определите размер flash-сосуда для следующих условий:

Давление на входе в конденсатоотводчики составляет 12 бар изб., суммарный расход конденсата — 2500 кг/ч. Вторичный пар из сосуда должен подаваться к оборудованию, работающему на низком давлении пара 1 бар изб.

Метод:

1. От оси «Pressure on steam traps» на уровне 12 бар изб. проведите горизонтальную линию до кривой давления вторичного пара 1 бар изб. в точке A.
2. Опуститесь вертикально вниз до уровня расхода конденсата 2500 кг/ч, точка B, затем следуйте по кривой до точки C.
3. Переместитесь вправо от точки C до пересечения с линией вторичного пара 1 бар изб. в точке D.
4. Поднимитесь вверх к шкале размеров flash-сосуда и выберите сосуд.

Для этого примера будет выбран flash-сосуд FV8.

Требования для успешного применения вторичного пара

• Чтобы вторичный пар действительно использовался максимально эффективно, необходимо выполнить несколько базовых условий.
• Необходим непрерывный приток достаточного количества конденсата от установок, работающих при более высоких давлениях, чтобы можно было получить экономически оправданный объём вторичного пара.
• Конденсатоотводчики и оборудование, которое они дренируют, должны стабильно работать при противодавлении, создаваемом системой вторичного пара.
• Особую осторожность следует проявлять при попытке возврата вторичного пара от оборудования с температурным регулированием. При работе не на полной нагрузке давление в паровом пространстве снижается из-за прикрытия регулирующего клапана. Если давление пара в оборудовании приближается к заданному давлению вторичного пара или падает ниже него, общее количество образующегося вторичного пара становится незначительным, и в таких условиях стоит отдельно оценивать целесообразность возврата.
• Важно, чтобы потребность в низконапорном вторичном паре была равна или превышала объём его образования. Недостаток вторичного пара может компенсироваться свежим паром через редукционный клапан. Если же образование вторичного пара превышает спрос, в распределительной системе возникнет избыточное давление, которое придётся сбрасывать через перепускной клапан.
• Вторичный пар из систем отопления помещений можно использовать, но экономия будет достигаться только в отопительный сезон. Когда отопление не требуется, система возврата становится неэффективной. По возможности лучшая схема — использовать вторичный пар от технологического конденсата для технологических нагрузок, а вторичный пар от отопительного конденсата — для отопительных нагрузок. Тогда спрос и предложение с большей вероятностью будут совпадать по времени.
• Желательно использовать вторичный пар как можно ближе к источнику высоконапорного конденсата. Для пара низкого давления требуются трубопроводы сравнительно большого диаметра, чтобы ограничить скорость и падение давления, поэтому передача вторичного пара на большие расстояния может сделать монтаж дорогим.

В зависимости от рабочих температур вторичный пар может конденсироваться при низком давлении, возможно даже ниже атмосферного. Если условия площадки и компоновка это позволяют, flash-сосуд и конденсатоотводчик, дренирующий подогреватель, следует расположить достаточно низко относительно выхода конденсата из подогревателя, чтобы обеспечить нужный гидростатический напор для проталкивания конденсата через конденсатоотводчик. Если это невозможно, для отвода конденсата и из предварительного подогревателя, и из flash-сосуда можно использовать pumping trap.

Если пар конденсируется в предварительном подогревателе при разрежении, обычно требуется вакуумный прерыватель на линии подачи вторичного пара к подогревателю. Это не позволит давлению в батарее опуститься ниже атмосферного и поможет отводу конденсата к конденсатоотводчику. Отвод конденсата от подогревателя осуществляется самотёком.

На рисунке 14.6.6 показана схема, где в системе вторичного пара поддерживается заданное постоянное давление за счёт подачи свежего пара через редукционный клапан. Это обеспечивает надёжный источник пара для низконапорной системы, если вторичного пара недостаточно для покрытия нагрузки.

Ещё один пример, где образование и потребление пара «идут в ногу», — аккумулирующий водонагреватель с паровым нагревом. Некоторые такие аппараты оснащаются второй змеевиковой секцией, установленной ближе ко дну сосуда, рядом с местом входа холодной подпиточной воды.

Конденсат и вторичный пар от конденсатоотводчика основного змеевика подаются непосредственно во вторичный змеевик. Здесь вторичный пар, образовавшийся из-за падения давления на конденсатоотводчике, конденсируется, отдавая тепло подпиточной воде. Типичная схема показана на рисунке 14.6.7.

Ещё один вариант этой идеи показан на рисунке 14.6.8. Здесь обычный пароводяной калорифер отводит конденсат через поплавковый конденсатоотводчик в меньший по размеру кожухотрубный теплообменник, называемый flash-конденсатором, где вторичный пар конденсируется до переохлаждённого конденсата. Вторичный контур подключён последовательно как к калориферу, так и к конденсатору. Благодаря этому обратная вода вторичного контура предварительно подогревается в конденсаторе, снижая потребность в свежем паре.

Если в flash-конденсаторе конденсат может оказаться под давлением ниже атмосферного, для подъёма конденсата в более высокую возвратную линию потребуется механический насос. Пар, использованный как приводной для насоса, сам конденсируется в flash-конденсаторе. Поэтому перекачка конденсата осуществляется практически без дополнительных потерь.

Следует учитывать напор на заполнение насоса: он должен превышать падение давления на трубках flash-конденсатора при полной нагрузке. Обычно для этого достаточно минимального напора 600 мм.

Образование и потребление вторичного пара не совпадают

Схема на рисунке 14.6.9 показывает пример возврата вторичного пара в ситуации, когда образование и потребление не всегда совпадают по времени.

Конденсат от трёх аппаратов с паровой рубашкой и дренажного кармана выделяет вторичный пар, но его можно использовать только для подпитки системы отопления помещений. Это вполне приемлемо в отопительный сезон, пока тепловая нагрузка превышает объём доступного вторичного пара.

Летом отопительное оборудование не работает, а весной и осенью даже имеющаяся отопительная нагрузка может не поглотить весь вторичный пар. Такая схема не идеальна, хотя экономия пара в зимний период вполне может оправдать стоимость оборудования для возврата вторичного пара.

Иногда избыточный вторичный пар приходится сбрасывать в атмосферу. Как показано на схеме, для этой задачи перепускной клапан подходит лучше, чем предохранительный клапан, который обычно имеет резкое «pop» или «on/off» действие и конструкцию седла, рассчитанную на редкие срабатывания. Перепускной клапан настраивается так, чтобы начинать открываться немного выше нормального давления в системе. Когда тепловая нагрузка снижается и давление в системе начинает расти, редукционный клапан подачи подпиточного свежего пара прикрывается. Затем допускается дальнейший рост давления примерно на 0,15-0,2 бар, после чего перепускной клапан начинает открываться и сбрасывать избыток вторичного пара.

Если перепускной клапан выйдет из строя, может потребоваться предохранительный клапан. Его следует настраивать на давление между уставкой перепускного клапана и расчётным давлением системы. Обычно предохранительный клапан удобно устанавливать на flash-сосуд.

Иногда в летний период может быть предпочтительнее обойти flash-систему вручную открываемым клапаном, не показанным на рисунке 14.6.9. Тогда конденсат и связанный с ним вторичный пар будут направляться напрямую в конденсатную ёмкость, где вторичный пар будет вентилироваться в атмосферу.

Возврат тепла непрерывной продувки котла

Непрерывная продувка котловой воды необходима для контроля уровня TDS (общего содержания растворённых веществ) в котле. Такая продувка хорошо подходит для возврата тепла продувочной воды и может давать значительную экономию.

Продувка котла содержит большое количество тепла, которое легко вернуть в виде вторичного пара. После прохождения через регулирующий клапан продувки вода более низкого давления поступает во flash-сосуд. На этом этапе вторичный пар не содержит загрязнений, отделяется от конденсата и может использоваться для подогрева питательного бака котла (см. рисунок 14.6.10).

Остаточный конденсат, отводимый из flash-сосуда, можно пропустить через пластинчатый теплообменник, чтобы вернуть максимально возможное количество тепла перед сбросом в дренаж. Таким способом можно вернуть до 80% всего тепла, содержащегося в непрерывной продувке котла.

Распылительная конденсация

Наконец, следует рассмотреть случаи, когда вторичный пар неизбежно образуется при низком давлении, но отсутствует подходящая нагрузка, способная его использовать.

Вместо того чтобы просто сбрасывать вторичный пар в потери, часто можно применить схему, показанную на рисунке 14.6.11.

Такое решение полезно там, где вентиляционный патрубок конденсатной ёмкости невозможно вывести наружу и где присутствие вторичного пара в помещении было бы нежелательным.

На вентиляционный патрубок приёмной ёмкости устанавливается лёгкая камера из нержавеющей стали. В эту камеру распыляется холодная вода в количестве, достаточном для конденсации вторичного пара. Поток охлаждающей воды регулируется простым самодействующим температурным регулятором, настроенным так, чтобы из вентиляционного патрубка выходило минимальное количество вторичного пара. На каждый килограмм сконденсированного вторичного пара потребуется примерно 6 килограммов охлаждающей воды.

Если охлаждающая вода соответствует качеству питательной воды котла, подогретую воду можно добавлять к конденсату в приёмной ёмкости и использовать повторно. Это позволяет экономить воду в течение всего года.

Если охлаждающая вода не подходит для возврата, трубопровод распыления можно выполнить по пунктирной схеме. Тогда охлаждающая вода и сконденсированный вторичный пар будут уходить в дренаж.