Практические методы предотвращения застоя конденсата

Практические методы предотвращения застоя конденсата

Если режим застоя конденсата неизбежен, потенциальные проблемы можно устранить, спроектировав установку по одному из трёх базовых решений:

1. Обеспечить, чтобы давление пара в паровом пространстве никогда не опускалось ниже атмосферного, а конденсат мог отводиться самотёком к шаровому поплавковому конденсатоотводчику и от него.
2. Принять, что давление в паровом пространстве может быть ниже противодавления, и предусмотреть альтернативный способ удаления конденсата, установив насос-конденсатоотводчик.
3. Обеспечить, чтобы давление в паровом пространстве было стабильным и выше противодавления. Для этого система регулирования температуры должна находиться на вторичной стороне системы.

Рассмотрим эти три варианта по очереди:

1. Схемы, в которых давление в паровом пространстве никогда не опускается ниже атмосферного и конденсат может отводиться самотёком к конденсатоотводчику и от него:

1a) Удаление конденсата методом вакуумного прерывателя (см. рисунок 13.8.1)

Конденсатоотводчик не должен подвергаться противодавлению выше атмосферного и должен отводить конденсат либо в открытый слив, что может быть неэкономично, либо в расположенную рядом вентилируемую приёмную ёмкость с насосом, чтобы можно было вернуть энергию, содержащуюся в конденсате.

1b) Метод вспомогательного дренажного конденсатоотводчика (см. рисунок 13.8.2)

Устанавливается стандартный поплавковый конденсатоотводчик, возвращающий конденсат в систему конденсата, которая либо находится под давлением, либо расположена выше уровня конденсатоотводчика, либо сочетает оба фактора. Дополнительно может быть установлен вспомогательный поплавковый конденсатоотводчик, сбрасывающий конденсат через открытый слив в дренаж.

Когда давления пара достаточно для преодоления противодавления, основной поплавковый конденсатоотводчик работает нормально. Но при возникновении застоя конденсата он начинает подпружиниваться назад и уходить через вспомогательный поплавковый конденсатоотводчик, предотвращая затопление теплообменника конденсатом.

Поскольку этот конденсат уходит в дренаж, метод следует применять только там, где застой конденсата возникает нечасто. Вспомогательный конденсатоотводчик нужно подбирать по статическому напору для пропуска нагрузки в режиме застоя, как и в методе 1a, а основной конденсатоотводчик должен иметь тот же размер, но быть установлен как минимум на 150 мм ниже точки отбора к вспомогательному тройнику.

Помимо очевидного недостатка в виде потерь энергии, этот метод также требует достаточного перепада высот между входами конденсатоотводчиков и выходом из теплообменника. 2. Схемы, допускающие падение давления в паровом пространстве ниже противодавления, но при которых конденсат может самотёком поступать в насос-конденсатоотводчик:

2a) Насос и поплавковый конденсатоотводчик, установленные в комбинации (см. рисунок 13.8.3)

Этот метод использует насос и поплавковый конденсатоотводчик, установленные совместно. Он лучше подходит для теплообменников с номинальной тепловой мощностью свыше 1,5 МВт, что эквивалентно примерно 2500 кг/ч пара.

Давление пара меняется в зависимости от тепловой нагрузки. При высоких нагрузках давление пара выше противодавления, а при низких - ниже.

Насос представляет собой механический агрегат с приводом от давления, в котором вспомогательная подача пара автоматически берёт на себя роль движущей силы для удаления конденсата при возникновении застоя конденсата. Если давление в паровом пространстве выше противодавления, конденсат проходит через корпус насоса к поплавковому конденсатоотводчику, который обеспечивает его сброс.

Такой метод более практичен и экономичен на крупных установках, например с линиями отвода конденсата диаметром 40 мм и более. 2b) Насос-конденсатоотводчик с теплообменником постоянного расхода (см. рисунок 13.8.4)

Расход вторичной среды при прохождении через теплообменник не меняется, поэтому давление пара изменяется в зависимости от температуры на входе вторичной среды. При высоких нагрузках давление пара выше противодавления, а при низких - ниже.

В этом методе используется насос-конденсатоотводчик, объединяющий в одном корпусе функции насоса, конденсатоотводчика и обратных клапанов.

Автоматический насос-конденсатоотводчик Spirax Sarco APT14 разработан так, чтобы занимать минимум места, и может устанавливаться на теплообменниках с номинальной тепловой мощностью до 1,5 МВт.

Лучше всего он подходит для установок с линиями отвода конденсата диаметром до 25 мм, хотя в некоторых случаях его можно применять и на линиях до 40 мм.

Типовая схема установки показана на рисунке 13.8.4. 2c) Насос-конденсатоотводчик с теплообменником переменного расхода (см. рисунок 13.8.5)

Этот метод похож на 2b), но расход вторичной среды через теплообменник изменяется вместе с тепловой нагрузкой под действием смесительного клапана вторичной стороны.

Теплообменник выдаёт поток воды постоянной температуры, который смешивается вторичным смесительным клапаном в зависимости от нагрузки. По мере изменения вторичного расхода давление пара меняется так, чтобы поддерживать постоянную температуру на выходе: при высокой нагрузке оно выше противодавления, а при низкой - ниже. 3. Схемы, в которых давление пара поддерживается постоянным и никогда не падает ниже противодавления, а конденсат может отводиться к конденсатоотводчику и от него:

3a) Конденсатоотводчик с регулирующим клапаном температуры во вторичном контуре (см. рисунок 13.8.6)

Этот метод требует, чтобы регулирование температуры осуществлялось трёхходовым смесительным или переключающим клапаном во вторичном контуре. Подача пара к теплообменнику поддерживается на постоянном давлении, обычно ниже 1 бар изб., с помощью клапана регулирования давления, поэтому конденсат всегда может быть удалён из теплообменника против меньшего противодавления.

Этот метод не всегда практичен и не всегда возможен. Он непригоден для паровоздушных калориферных батарей и жидкостных систем, в которых давление вторичной стороны настолько низкое, что не может предотвратить закипание жидкости.

Как и у любого метода, у него есть преимущества и недостатки, которые необходимо оценить перед выбором решения.

Двухпозиционное регулирование не следует использовать с теплообменниками

Клапан регулирования температуры двухпозиционного типа не модулирует подачу в зависимости от тепловой нагрузки, а либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Примером может служить соленоидный клапан. Когда он открыт, в теплообменнике поддерживается полное давление пара, чтобы вытеснить конденсат против противодавления. На первый взгляд такой способ управления кажется решением проблем с противодавлением, но он не рекомендуется для процессов вроде теплообменников, где вторичная среда должна нагреваться до нужной температуры в процессе протока. Для этого есть три основные причины:

• Система двухпозиционного регулирования активируется термостатом, который для регулирования опирается на перегрев продукта. Поскольку пар обладает большим теплосодержанием, после закрытия соленоидного клапана в паровом пространстве может оставаться значительное количество тепла. В результате температура продукта становится выше требуемой. Если попытаться компенсировать это снижением уставки термостата, температура включения может оказаться ниже необходимой для параметров системы. Это приведёт к плохому контролю температуры и риску порчи продукта.
• Постоянные и быстрые изменения давления и температуры создают термические и механические напряжения в теплообменнике, что, вероятно, сократит срок его службы.
• Никогда не стоит подвергать паровую систему мгновенному повышению давления. Любой конденсат, присутствующий в паровом пространстве и линии конденсата, внезапным притоком пара немедленно проталкивается через систему к конденсатоотводчику. Это может вызвать гидроудар и повредить теплообменник и конденсатоотводчик.

Двухпозиционное регулирование обычно подходит только для непроточных или периодических процессов теплообмена, прежде всего для резервуаров с прочными нагревательными змеевиками или аппаратов с паровой рубашкой, где требуемое давление пара подаётся в течение длительного периода нагрева, как правило многих минут или даже часов. Рост температуры продукта здесь намного медленнее, чем в проточных системах, где продукт должен нагреться за короткое время прохождения через теплообменник.

Заключение

Наиболее подходящий тип конденсатоотводчика для теплообменного оборудования в целом, и особенно если возможен застой конденсата, - это шаровой поплавковый конденсатоотводчик со встроенным уравновешенным воздухоотводчиком.

Если существует хоть какая-то вероятность застоя конденсата, насос-конденсатоотводчик, как правило, является самым эффективным способом решения проблемы, поскольку он:

• прост;
• экономичен;
• компактен.

Обратите внимание: схемы в этом модуле являются только принципиальными и для упрощения не содержат всего вспомогательного оборудования, которое было бы необходимо или желательно для конкретной установки. Исключение составляет рисунок 13.8.8, показывающий подробную реальную установку автоматического насоса-конденсатоотводчика APT14.