Диаграмма застоя конденсата. Постоянный расход вторичной среды, переменная температура на входе, постоянная температура на выходе

- Постоянный расход вторичной среды - Переменная температура на входе - Постоянная температура на выходе

По определению режим застоя конденсата возникает тогда, когда давление пара в теплообменнике меньше либо равно противодавлению конденсата.

Хорошие результаты дают расчёты теплопередачи, показанные в модуле 13.4. Тем, кто не хочет использовать математический подход, можно воспользоваться более простым методом для получения практического результата.

Этот метод является графическим и предполагает использование диаграммы застоя конденсата. Он даёт несколько менее точные результаты, но вполне достаточен для большинства практических задач.

Снижение тепловой нагрузки обычно вызвано повышением температуры на входе или уменьшением расхода вторичной среды и требует снижения давления пара для сохранения регулирования. Иногда застой конденсата может быть вызван сочетанием этих факторов или, например, снижением температуры на выходе из-за изменения уставки.

Постоянный расход вторичной среды при переменной температуре на входе

В этом типе теплообменника расход вторичной среды и температура на выходе остаются постоянными, тогда как температура на входе меняется вслед за изменением тепловой нагрузки. При полной нагрузке температура на входе будет минимальной. При постоянном расходе вторичной среды через теплообменник любое снижение тепловой нагрузки вызовет рост температуры на входе. Диаграмма застоя конденсата показывает, как изменяются температура пара и температура на входе при изменении тепловой нагрузки, и позволяет определить температуру на входе в точке начала застоя и при минимальной нагрузке.

При полной нагрузке разность температур между паром и вторичной средой будет большой. Напротив, при отсутствии нагрузки теплопередачи нет, поэтому пар и вторичная среда должны иметь одинаковую температуру, а разность температур между ними равна нулю. По пропорции следует, что при 50% нагрузки эта разность температур составляет 50% от максимального значения.

Исходя из этого базового принципа пропорциональности, на диаграмме можно провести две прямые линии, представляющие все эти условия. При полной нагрузке линии расположены максимально далеко друг от друга, показывая, что разность температур максимальна. При отсутствии нагрузки линии сходятся в одной точке, показывая, что разность температур равна нулю.

Сначала температура пара в теплообменнике при полной нагрузке (точка A) наносится на левую вертикальную ось диаграммы застоя конденсата на рисунке 13.5.2. Затем требуемая температура вторичной среды на выходе наносится на правую вертикальную ось (точка B). Температура вторичной среды на входе (точка C) при полной нагрузке затем наносится на левую вертикальную ось.

Если после этого соединить точки A и B прямой линией, линия AB будет показывать, как изменяется температура пара в зависимости от тепловой нагрузки. Аналогично, если соединить точки B и C прямой линией, линия BC будет показывать изменение температуры вторичной среды на входе при изменении тепловой нагрузки. Затем необходимо добавить горизонтальную линию, представляющую эквивалентную температуру насыщения пара для противодавления конденсата. Эту температуру следует отметить на правой вертикальной оси, как показано на рисунке 13.5.3 (точка D). После этого нужно провести прямую линию, соединяющую эту точку с такой же температурой на левой вертикальной оси в точке E. Противодавление конденсата учитывает давление в конденсатной системе плюс любое статическое давление, которое может создаваться подъёмом линии отвода конденсата от нижней точки теплообменника. Столб жидкости оказывает давление у своего основания за счёт собственной массы. Когда оно действует на выход конденсатоотводчика, его часто называют «статическим напором».

Столб воды высотой 1 метр при атмосферном давлении создаёт у основания давление примерно 10 кПа или 0.1 бар изб. (точнее 9.806 65 кПа или 0.098 066 5 бар). Поэтому любой подъём линии отвода конденсата создаёт статический напор за счёт столба конденсата, находящегося в линии, помимо любого давления в самой конденсатной системе.

Горизонтальная линия DE либо пересечёт линию AB, либо окажется выше точки A на диаграмме. Точка пересечения линий AB и DE представляет собой точку начала застоя конденсата, где давление пара и противодавление одинаковы. Если линия DE проходит на уровне точки A или выше неё, система постоянно работает в условиях застоя конденсата. (В вакуумных конденсатных системах или когда B больше 100°C точка D может также оказаться ниже точки B. В этом случае система не войдёт в режим застоя ни при какой тепловой нагрузке). Затем из точки начала застоя следует опустить вертикальную линию вниз. Точка пересечения этой вертикальной линии с нижней горизонтальной осью (точка F) показывает процентную нагрузку, при которой начинается застой, относительно полной тепловой нагрузки. Эту нагрузку также можно быстро вычислить по уравнению 13.5.1. Вертикальная линия, соединяющая точку начала застоя с точкой F, также пересечёт линию BC. Если из этой точки пересечения провести горизонтальную линию к левой вертикальной оси, она покажет температуру вторичной среды на входе, при которой возникает застой конденсата (точка G).

Пример 13.5.1

По наблюдениям давление пара в теплообменнике при полной нагрузке составляет 7 бар изб. Давление конденсата равно 1 бар изб., а после конденсатоотводчика имеется подъём 10 м. При полной нагрузке вторичная среда поступает в теплообменник при 25°C и выходит из него при 80°C.

1. Какова процентная тепловая нагрузка в точке начала застоя?
2. Какова температура вторичной среды на входе в точке начала застоя?

Температура насыщения сухого насыщенного пара при 7 бар изб. составляет 170°C. Следовательно, температура пара в теплообменнике при полной нагрузке равна 170°C. Затем её можно нанести как точку A на рисунке 13.5.4: 1. Какова процентная тепловая нагрузка в точке начала застоя?

Температуру вторичной среды на выходе 80°C следует нанести как точку B на рисунке 13.5.4, а температуру вторичной среды на входе при полной нагрузке 25°C - как точку C.

Подъём линии конденсата на 10 м создаёт противодавление 1 бар вдобавок к давлению 1 бар изб. в конденсатной системе. Следовательно, общее противодавление системы составляет 2 бар изб. Поскольку температура насыщения пара при 2 бар изб. равна 135°C, горизонтальная линия DE, представляющая противодавление, наносится на этой температуре.

Диаграмма застоя конденсата на рисунке 13.5.4 показывает, что процентная тепловая нагрузка в точке начала застоя (точка F) составляет приблизительно 61%. Математический расчёт можно проверить по уравнению 13.5.1: 2. Какова температура вторичной среды на входе в точке начала застоя?

Диаграмма застоя конденсата на рисунке 13.5.4 также показывает, что температура на входе в точке начала застоя (точка G) составляет около 46°C или 47°C. Математический расчёт можно проверить по уравнению 13.4.1: