Компоновка линий возврата конденсата

Вопросы проектирования и компоновки трубопроводов возврата конденсата, включая дренажные линии к конденсатоотводчикам, линии сброса от конденсатоотводчиков, общие линии возврата и насосные линии возврата. Рассматривается влияние используемых типов конденсатоотводчиков, влияние различных давлений и сброс конденсата в затопленные магистрали.

#Компоновка линий возврата конденсата

Невозможно дать единый набор рекомендаций, который охватывал бы все варианты компоновки конденсатопроводов. Очень многое зависит от рабочего давления, характеристик конденсатоотводчика, положения магистрали возврата конденсата относительно оборудования и давления в этой магистрали. Поэтому лучше начать с понимания того, что именно необходимо обеспечить, и спроектировать схему так, чтобы были соблюдены базовые правила хорошей практики. Основные цели таковы:

• Нельзя допускать накопления конденсата в оборудовании, если только паропотребляющий аппарат специально не рассчитан на такую работу. Обычно оборудование проектируется для работы без затопления, и в этом случае накапливающийся конденсат ухудшает характеристики и способствует коррозии труб, фитингов и оборудования.
• Нельзя допускать накопления конденсата в паровой магистрали. Там его может подхватить высокоскоростной пар, вызывая эрозию и гидроудары в трубопроводе. Тема конденсатопроводов естественным образом делится на четыре основных типа, для каждого из которых требования и соображения будут различаться. Эти четыре основных типа определены и показаны на Figure 14.2.1.

#Дренажные линии к конденсатоотводчикам

По дренажной линии конденсат и любые неконденсируемые газы должны проходить от дренажного выхода оборудования к конденсатоотводчику. В правильно подобранной дренажной линии давление в дренируемом аппарате и в корпусе конденсатоотводчика практически одинаково, и поэтому в этой линии конденсат не вскипает. Движущей силой является сила тяжести, именно она обеспечивает течение по трубе. Поэтому логично располагать конденсатоотводчик ниже выхода из дренируемого оборудования, а сбросной трубопровод от конденсатоотводчика завершать ниже самого конденсатоотводчика. (Исключением являются змеевики нагрева резервуаров, рассматриваемые в Module 2.10). Тип используемого конденсатоотводчика (термостатический, термодинамический или механический) может влиять на компоновку трубопроводов. Термостатические конденсатоотводчики Термостатические конденсатоотводчики охлаждают конденсат ниже температуры насыщения перед сбросом. Это фактически затапливает дренажную линию водой, часто позволяя конденсату накапливаться и затапливать оборудование. Есть применения, где переохлаждение конденсата даёт значительные преимущества и даже приветствуется. В линии сброса конденсатоотводчика образуется меньше flash steam, а ввод конденсата в магистраль конденсата происходит мягче. Термостатические конденсатоотводчики, сбрасывающие через трубопроводы с открытым концом, будут терять меньше энергии, чем механические, потому что большая часть явной теплоты в затопленном конденсате передаёт своё тепло процессу; типичный пример - линия пароспутника. Термостатические конденсатоотводчики не следует использовать для дренажа паровых магистралей или теплообменников, если только специально не предусмотрена более длинная и/или более крупная дренажная линия, выполняющая роль резервуара и рассеивающая тепло в атмосферу. Дополнительная длина (или больший диаметр) дренажной линии, необходимая для этого, обычно непрактична, что показано в Example 14.2.1. Example 14.2.1 Воздушный нагреватель мощностью 30 kW должен быть оснащён термостатическим конденсатоотводчиком DN15, который сбрасывает конденсат на 13°C ниже температуры насыщения. Нормальное рабочее давление составляет 3 bar g, температура окружающей среды 15°C, а теплопотери дренажной линии в окружающую среду оцениваются в 20 W/m2 °C. Определите минимальную требуемую длину дренажной линии 15 mm до термостатического конденсатоотводчика. По таблицам пара при 3 bar g:

#Линии сброса от конденсатоотводчиков

Эти трубопроводы будут переносить конденсат, неконденсируемые газы и flash steam от конденсатоотводчика к системе возврата конденсата (Figure 14.2.5). Flash steam образуется, когда конденсат сбрасывается из пространства более высокого давления перед конденсатоотводчиком в пространство более низкого давления системы возврата конденсата. (Flash steam кратко рассматривается в Module 14.1 и более подробно - в Module 2.2). Эти линии также должны иметь уклон по направлению потока, чтобы обеспечивать свободное движение конденсата. На коротких линиях уклон должен быть заметен визуально. На длинных линиях уклон должен составлять около 1:70, то есть 100 mm на каждые 7 metres.

#Сброс в затопленные линии возврата

Сброс конденсатоотводчиков в затопленные линии возврата не рекомендуется, особенно при использовании конденсатоотводчиков импульсного действия (термодинамических или с перевёрнутым стаканом), которые отводят конденсат при температуре насыщения. Хорошими примерами затопленных магистралей конденсата являются насосные линии возврата и поднимающиеся линии конденсата. Они часто следуют тем же трассам, что и паропроводы, и возникает соблазн просто подключить к ним линии сброса конденсатоотводчиков дренажа магистралей. Однако большой объём flash steam, выбрасываемый в длинные затопленные линии, будет резко толкать воду по трубе, вызывая гидроудары, шум и со временем механическое разрушение трубопровода.

#Общие линии возврата

Когда конденсат от нескольких конденсатоотводчиков поступает в одну общую точку сбора, например в вентилируемый ресивер, обычно прокладывают общую линию, к которой подключают отдельные линии сброса от конденсатоотводчиков. Если соблюдаются схемы, показанные на Figures 14.2.6/7/8 и 10, и трубопроводы подобраны по размерам в соответствии с Module 14.3, это не вызывает проблем.

#Конденсатоотводчики импульсного сброса

Если используются конденсатоотводчики импульсного сброса (термодинамические или с перевёрнутым стаканом), реактивные усилия и скорости могут быть высокими. Плавные тройники помогут снизить механические напряжения и эрозию в точке подключения линии сброса к общей линии возврата (см. Figure 14.2.6).

#Конденсатоотводчики непрерывного сброса

Если по какой-либо причине нельзя использовать плавные тройники, поплавковый термостатический конденсатоотводчик с непрерывным сбросом будет лучшим вариантом (Figure 14.2.7). Затопленная линия легче поглотит рассеиваемую энергию от сравнительно небольшого непрерывного потока поплавкового термостатического конденсатоотводчика. Если перепад давления между паровой и конденсатной магистралью очень велик, то диффузор поможет смягчить сброс, уменьшая как эрозию, так и шум.

#Оборудование с регулированием температуры и сбросом конденсатоотводчиков в затопленные линии

Технологические процессы с регулированием температуры являются примером систем, где давление подаваемого пара дросселируется на регулирующем клапане. Это приводит к уменьшению пропускной способности конденсатоотводчика до точки, где поток конденсата может полностью прекратиться, и говорят, что система stalled. Тема stall более подробно рассматривается в Block 13. Stall возникает из-за недостаточного давления пара для вытеснения конденсата из парового оборудования и наиболее вероятен, когда оборудование имеет большой диапазон регулирования от полной до частичной нагрузки. Не все системы с регулированием температуры будут сталкиваться со stall, однако противодавление со стороны системы конденсата может отрицательно влиять на работу конденсатоотводчика. Это, в свою очередь, может ухудшить теплопередающую способность процесса (Figure 14.2.9). Поэтому дренажные линии конденсата должны быть сконфигурированы так, чтобы конденсат не мог затапливать магистраль, в которую он сбрасывается, как показано на Figure 14.2.10.

#Линии сброса при разных давлениях

Конденсат от нескольких процессов с регулированием температуры может поступать в общую линию, если эта линия:

• Спроектирована с уклоном по направлению потока к точке сбора.
• Подобрана с учётом суммарного влияния flash steam из каждой ответвляющейся линии при полной нагрузке. Концепция подключения сброса от конденсатоотводчиков, работающих при разных давлениях, иногда понимается неправильно. Если ответвляющие линии и общая линия подобраны правильно, давления downstream от каждого конденсатоотводчика будут практически одинаковыми. Однако если эти линии занижены по размеру, поток конденсата и flash steam будет ограничиваться из-за роста противодавления, вызванного увеличением сопротивления потоку в трубопроводе. При этом поток конденсата от конденсатоотводчиков, дренирующих системы более низкого давления, будет ограничиваться сильнее. Каждый участок сбросной системы трубопроводов должен быть подобран так, чтобы переносить любой присутствующий flash steam при допустимых скоростях пара. Сброс от конденсатоотводчика высокого давления не будет мешать сбросу от конденсатоотводчика низкого давления, если линии сброса и общая линия правильно подобраны и имеют уклон по направлению потока. Дополнительные сведения приведены в Module 14.3, Sizing of condensate return lines.

#Насосные линии возврата

Flash steam на каком-либо этапе может быть отделён от конденсата и использован в системе утилизации либо просто сброшен в атмосферу из подходящего ресивера (Figure 14.2.11). Оставшийся горячий конденсат после этого можно перекачивать в подходящий сборный бак, например в бак питательной воды котла. Когда насос питается от вентилируемого ресивера, насосная линия возврата будет полностью заполнена конденсатом при температуре ниже 100°C, что делает образование flash steam в линии менее вероятным.