Теплообменники и застой конденсата

Первичная сторона теплообменника далее будет называться «паровым пространством», а устройство отвода конденсата - «конденсатоотводчиком». Это может быть обычный конденсатоотводчик, насос-конденсатоотводчик либо комбинация конденсатоотводчика и насоса.

В таких установках датчик регулирования контролирует температуру нагретой среды на выходе вторичного контура. Регулирующий клапан стремится поддерживать температуру, заданную контроллером, независимо от изменений тепловой нагрузки. Для этого он открывается или закрывается, изменяя расход пара, а значит и давление в паровом пространстве.

Выход из конденсатоотводчика может работать на подъём и/или против давления в линии конденсата либо сбрасывать конденсат в открытую точку, где действует только атмосферное давление. Далее давление со стороны конденсата будет называться «противодавлением».

Теплообменным оборудованием здесь может быть практически любое устройство, соответствующее указанным условиям. Например:

• кожухотрубные теплообменники;
• пластинчатые теплообменники;
• воздухонагревательные змеевики или батареи в воздуховодах;
• трубные участки или змеевики в технологическом оборудовании, резервуарах, ваннах и т.д.

Для краткости далее все такие устройства будут называться «теплообменниками» или «нагревателями», а поток среды, нагреваемой в теплообменнике, будет считаться проходящим по «вторичной» стороне теплообменника.

Производительность паровых теплообменников часто снижается из-за затопления парового пространства конденсатом и переувлажнения. Две основные причины такого состояния:

• установка неподходящего типа конденсатоотводчика;
• застой конденсата.

Важное примечание

Некоторые системы специально строятся так, чтобы регулировать температуру за счёт частичного затопления парового пространства теплообменника. В этих случаях модулирующее действие регулирующего клапана на выходе конденсата изменяет уровень конденсата в паровом пространстве. Из-за этого меняется площадь поверхности нагрева, омываемая паром, а вместе с ней и интенсивность теплопередачи, что позволяет контролировать температуру на выходе вторичной стороны.

Для систем такого типа крайне важно, чтобы теплообменники были специально спроектированы и изготовлены с учётом работы в условиях затопления. Если это не предусмотрено, присутствие конденсата в теплообменнике ухудшит рабочие характеристики и сократит срок службы.

При правильном проектировании этот метод управления может давать определённые преимущества. Одно из них в том, что конденсат успевает переохладиться в теплообменнике до сброса. Это может заметно уменьшить количество вторичного пара в трубопроводе конденсата, улучшить работу конденсатной системы и снизить теплопотери.

Основной эксплуатационный недостаток состоит в том, что такие системы медленно реагируют на изменения тепловой нагрузки.

Что понимается под застоем конденсата?

Застой конденсата - это уменьшение или полное прекращение отвода конденсата из теплообменника. Он возникает, когда давление в теплообменнике становится равным либо меньше суммарного противодавления, действующего на конденсатоотводчик.

Давление в теплообменнике может оказаться ниже ожидаемого по одной из следующих причин:

• температура вторичной среды на входе повышается из-за уменьшения тепловой нагрузки;
• расход вторичной среды падает вследствие уменьшения тепловой нагрузки;
• температура вторичной среды на выходе снижается из-за уменьшения уставки.

Когда регулирующий клапан снижает давление пара, чтобы соответствовать падающей тепловой нагрузке, нехватка перепада давления на конденсатоотводчике приводит к тому, что конденсат начинает затапливать паровое пространство, как показано на рисунке 13.1.1.