Типовые установки

При установке десуперподогревателей необходимо учитывать ряд важных факторов. В этом руководстве рассматриваются такие вопросы, как качество воды и регулирование давления. Также приведены таблица выбора десуперподогревателя и перечень областей применения.

#Монтаж

При установке десуперподогревателя необходимо учитывать ряд важных аспектов,

а именно:

• Свойства охлаждающей воды.
• Монтаж самого десуперподогревателя.
• Требуемое вспомогательное оборудование.
• Регулирующие клапаны, используемые на линии охлаждающей воды и на линии перегретого пара. Обобщенная схема установки линейного десуперподогревателя показана на Рисунке 15.4.1.

#Свойства охлаждающей воды:

• Температура - Наиболее эффективный десуперподогрев достигается при использовании горячей охлаждающей воды, предпочтительно как можно ближе к температуре насыщения. Однако при крайней необходимости можно использовать охлаждающую воду с температурой до 5°C. Использование горячей воды дает следующие преимущества:
• Сокращает время, в течение которого частицы воды остаются во взвешенном состоянии в паре.
• Ускоряет испарение.
• Минимизирует количество воды, попадающей на внутренние стенки трубопровода. Однако использование охлаждающей воды высокой температуры имеет и два недостатка:

1. Чем выше температура охлаждающей воды, тем больше требуемый расход из-за меньшего охлаждающего эффекта.
2. Если нет источника воды нужной температуры, может потребоваться установка дополнительных средств подогрева. Учитывая преимущества горячей воды, логично теплоизолировать трубопроводы ее подачи, чтобы минимизировать теплопотери и защитить персонал.

• Качество - Качество впрыскиваемой воды имеет большое значение. Содержание Total Dissolved Solids (TDS) в впрыскиваемой воде должно быть как можно ниже, поскольку любые вещества, выпадающие из раствора, будут откладываться на:

1. Поверхностях клапанов.
2. Малых отверстиях форсунок десуперподогревателя.
3. Внутренней поверхности трубопровода после десуперподогревателя. Помимо снижения уровня TDS, вся охлаждающая вода должна проходить через подходящий деаэратор и фильтр, установленные перед регулирующим клапаном воды. Деаэратор удаляет кислород из воды, тем самым снижая вероятность кислородной коррозии в системе.

• Давление и расход - Как упоминалось в Модуле 15.2, давление охлаждающей воды наряду с площадью форсунок определяет расход охлаждающей воды, поступающей в десуперподогреватель. В Таблице 15.3.1 показаны типичные минимальные давления (сверх давления перегретого пара), необходимые для каждого типа десуперподогревателя. Следует отметить, что они могут различаться у производителей и при разных давлениях пара. Если используется повышающий насос, потребуется линия рециркуляции, чтобы гарантировать достаточный расход через насос в периоды низкой потребности в охлаждающей воде.
• Регулирование - На регулирующем клапане воды неизбежно потребуется перепад давления. При использовании охлаждающей воды с температурой, близкой к температуре насыщения, нужно следить, чтобы перепад давления не был настолько велик, чтобы вызвать вскипание воды и образование пара. Для регулирующего клапана воды может быть выбран плунжер с равнопроцентной характеристикой, который обычно хорошо согласуется с характеристикой насоса.
• Источник - Обеспечить наличие воды под высоким давлением и высокой температурой может быть сложно. Возможны разные источники охлаждающей воды, в том числе:

1. Вода с напорной стороны насоса питательной воды котла (при условии, что в котле используется модулирующее регулирование уровня).
2. Деминерализованная вода.
3. Конденсат.
4. Городская вода. Однако в этом случае может потребоваться обработка для улучшения качества, иначе соли будут откладываться на внутренней поверхности трубопровода после десуперподогревателя.

#Монтаж десуперподогревателя

Общая установленная длина станции десуперподогрева зависит от размера и типа, но обычно составляет около 7.5 m. Большинство десуперподогревателей можно устанавливать в любом положении (заметным исключением является тип с переменным отверстием), однако при вертикальной установке поток должен быть направлен вверх. Тип Venturi лучше всего устанавливать на вертикальном участке трубы с направлением потока вверх, так как это улучшает смешение воды и пара. Однако такие установки обычно затруднены из-за необходимого вертикального пространства.

#Регулирование давления перегретого пара

Хотя можно спроектировать установки десуперподогрева для работы при изменяющемся давлении на входе, значительно проще, если поддерживается постоянное давление подачи. Количество добавляемой охлаждающей воды регулируется по температуре пара после десуперподогревателя. Чем выше температура, тем сильнее откроется регулирующий клапан и тем больше воды будет добавлено. Цель состоит в том, чтобы снизить температуру пара до значения, находящегося в небольшом диапазоне от расчетной температуры на выходе. Если давление подачи перегретого пара увеличивается, температура насыщения также возрастает.

Однако заданное значение на регуляторе охлаждающей среды не изменится, и будет добавлено чрезмерное количество воды, что приведет к образованию влажного пара. Датчики давления, используемые в системе управления давлением перегретого пара, в идеале должны располагаться в точке потребления, чтобы регулирующий клапан давления мог компенсировать потери в линии между десуперподогревателем и точкой потребления.

#Положение температурного датчика

Минимальное расстояние от точки впрыска воды до точки измерения температуры является критически важным:

• Если датчик расположен слишком близко к точке впрыска воды, смешение пара и воды не успеет завершиться, и температурный датчик будет давать ложный сигнал.
• Если датчик расположен слишком далеко, установка окажется излишне длинной. Минимальное монтажное расстояние зависит от типа десуперподогревателя и конкретного производителя. Обычно оно задается как функция разности температур между

требуемой температурой на выходе и либо температурой на входе, либо температурой охлаждающей среды.

На Рисунке 15.4.2 показан типовой график расположения датчика от одного из производителей.

#Сепараторная станция

Эффективный дренаж трубопровода после десуперподогревателя имеет решающее значение. Чтобы исключить накопление воды в какой-либо точке, труба должна быть проложена с уклоном примерно 20 mm на метр по направлению потока и снабжена сепараторной станцией. Конденсатоотводчик, используемый для дренажа сепаратора, должен быть тщательно выбран, чтобы исключить воздушную блокировку, а отводящая линия от конденсатоотводчика должна иметь достаточную пропускную способность для отвода дренажа и быть расположена как можно ближе к вертикали. Кроме того, в дренажной трубе должно быть достаточно места, чтобы вода могла стекать вниз, а воздух проходить вверх по трубе. Конденсатоотводчик также должен выдерживать условия перегрева. В ответственных применениях, например перед турбиной, сепаратор имеет еще большее значение; сепараторная станция удаляет увлеченную воду в случае отказа системы управления и предотвращает чрезмерное поступление воды в пар. Запорные клапаны Чтобы обеспечить безопасное техническое обслуживание, рекомендуется устанавливать запорные клапаны перед:

• Регулирующим клапаном давления перегретого пара.
• Десуперподогревателем.
• Подачей охлаждающей воды. Обычно их следует устанавливать приблизительно, но не менее чем в 10 диаметрах трубы от изолируемого элемента.

#Предохранительный клапан

Для защиты оборудования после станции десуперподогрева от избыточного давления в случае отказа станции регулирования давления может потребоваться предохранительный клапан. Необходимо обеспечить отводящий трубопровод от предохранительного клапана в безопасную зону. Это особенно важно, поскольку может сбрасываться перегретый пар высокой температуры.

#Температурные и давленческие пределы

Большинство оборудования, используемого в паровых системах, проектируется в расчете на насыщенный пар. Поэтому важно, чтобы все оборудование, применяемое на станции десуперподогрева, выдерживало как максимальную температуру, так и максимальное давление перегретого пара. Для большинства оборудования указываются предельные значения давления и температуры, основанные на номинальном давлении материала (PN) и конкретной конструкции устройства. По определению, рейтинг PN - это максимальное давление, которое материал может выдерживать при 120°C. Например, PN16 означает, что материал выдерживает давление 16 bar g при 120°C. При более высоких температурах максимально допустимое давление уменьшается, однако точная зависимость различается и зависит от материала. На Рисунке 15.4.3 показаны типичные градиенты давление / температура для изделий с рейтингом PN16, PN25 и PN40 из неуточненного материала. Важно отметить, что различные материалы по своим спецификациям дают различия в температурном градиенте. Кроме того, такие компоненты, как прокладки, крепеж и внутренние детали, могут дополнительно ограничивать максимальные температуру и давление.

#Системы управления

Выбор и монтаж устройств управления, используемых на станции десуперподогрева, являются важным вопросом, так как они могут повлиять на общий диапазон регулирования десуперподогревателя. Если установленная система управления имеет меньший диапазон регулирования, чем сам десуперподогреватель, диапазон регулирования станции десуперподогрева будет уменьшен (см. Модуль 15.2). Дополнительную информацию по основам теории и практики управления можно найти в Блоках с 5 по 8 включительно.

#Выбор

При выборе подходящего типа десуперподогревателя для конкретного применения необходимо учитывать следующие факторы:

• Диапазон регулирования - Это, вероятно, один из наиболее важных факторов, поскольку разные типы десуперподогревателей существенно различаются по диапазону расходов перегретого пара, которые они способны эффективно десуперподогревать. Важно отметить, что хотя устройство должно иметь достаточный диапазон регулирования для ожидаемых расходов, не следует задавать больше возможностей, чем действительно необходимо. Это в первую очередь влияет на стоимость, но также может привести к неудовлетворительной работе системы. Плохая работа часто усугубляется тем, что большинство десуперподогревателей, как правило, лучше работают в верхней части заданного диапазона расходов, а проектировщик системы обычно закладывает запас на расширение производительности. В крайнем случае, если максимальный заданный расход в десять раз превышает текущую потребность (с учетом будущего роста), десуперподогреватель будет работать в диапазоне от 1 до 10% своей полной производительности вместо проектных 10% - 100%.
• Температура десуперподогретого пара - Как было показано в предыдущем модуле, разные типы десуперподогревателей способны снижать температуру пара до нескольких градусов выше температуры насыщения. Например, если требуется температура десуперподогретого пара в пределах 5°C от температуры насыщения (TS), выбирают десуперподогреватель типа Venturi или с переменным отверстием (см. Таблицу 15.3.1). В общем случае, если допустим некоторый остаточный перегрев, температуру десуперподогретого пара следует по возможности поддерживать как можно выше температуры насыщения. Это полезно по нескольким причинам:

1. Стоимость - близкое приближение к температуре насыщения обычно достижимо только для более дорогих типов десуперподогревателей.
2. Чувствительность регулятора - это может стать проблемой там, где температура десуперподогретого пара должна быть близка к температуре насыщения. Ограниченная чувствительность регулятора - одна из причин, по которой большинство десуперподогревателей имеют ограничение по приближению к температуре насыщения. Например, если чувствительность регулятора составляет ±5°C, он не сможет отличить температуру насыщения от температуры на 5°C выше. Если такой регулятор интерпретирует температуру пара как 5°C выше TS, а фактически пар находится при TS, он увеличит расход охлаждающей воды. Но поскольку температура насыщенного пара не будет снижаться (из-за скрытой теплоты парообразования), регулятор будет добавлять все больше охлаждающей среды, продолжая считать, что система находится на 5°C выше TS. Это приведет к подаче очень влажного пара в магистраль после станции десуперподогрева.
3. По мере приближения температуры перегретого пара к температуре насыщения испарять охлаждающую воду становится все труднее из-за уменьшения разности температур между ними.
4. Меньшая разность температур также уменьшает скорость теплопередачи между водой и паром, поэтому капли воды должны дольше оставаться во взвешенном состоянии, чтобы испариться. Это увеличивает вероятность выпадения частиц воды из взвеси в трубе. Чтобы этого не происходило, по мере приближения температуры к TS необходимо повышать скорость пара для создания большей турбулентности.

• Доступное давление подачи охлаждающей среды - Выбор типа десуперподогревателя также зависит от наличия охлаждающей воды при необходимом давлении. С точки зрения стоимости выгоднее использовать охлаждающую воду, уже имеющуюся в системе, например с напорной стороны насоса питательной воды котла. Если доступного давления недостаточно для определенного типа десуперподогревателя, потребуется дополнительная насосная система. Типовая диаграмма выбора от производителя показана на Рисунке 15.4.4. Она основана на типовых эксплуатационных и монтажных характеристиках, приведенных в Таблице 15.3.1. Методика расчета размеров десуперподогревателя зависит от конкретного производителя и типа устройства, поэтому она выходит за рамки данного издания.

#Типовые применения

Десуперподогреватели в основном применяются в двух областях:

1. Энергетика - десуперподогреватели в основном используются для снижения температуры пара, выходящего из систем байпаса турбины, до уровня, пригодного для эффективной работы других участков установки, которым для теплопередачи требуется насыщенный пар.
2. Технологическая промышленность - в технологических отраслях десуперподогреватели используются как часть системы снижения температуры и давления пара от котлов до экономичных эксплуатационных уровней. В Таблице 15.4.1 приведены некоторые распространенные примеры применений в конкретных отраслях.