Сепараторы

Влажный пар - это пар, содержащий определенное количество воды, и это одна из основных проблем любой паровой системы. Он может снижать производительность установки и качество продукции, а также вызывать повреждение большинства видов оборудования. Хотя правильный дренаж и конденсатоотвод помогают удалить большую часть воды, они не устраняют капли воды, находящиеся во взвешенном состоянии в паре. Для удаления этих взвешенных капель в паропроводах устанавливают сепараторы.

Пар, вырабатываемый котлом, рассчитанным на производство насыщенного пара, по своей природе является влажным. Хотя степень сухости зависит от типа котла, большинство жаротрубных паровых котлов производят пар со степенью сухости от 95 до 98%. Содержание воды в паре, вырабатываемом котлом, дополнительно увеличивается при priming и carryover. В распределительном трубопроводе всегда присутствуют определенные теплопотери, из-за которых пар конденсируется. Образовавшиеся молекулы воды в конечном итоге стекают к нижней части трубы, образуя пленку воды. Поток пара над этой пленкой может создавать рябь, которая затем перерастает в волны. Гребни волн склонны отрываться, выбрасывая капли конденсата в поток пара. Наличие воды в паре может вызывать ряд проблем:

• Поскольку вода является чрезвычайно эффективным барьером для теплопередачи, ее наличие может снижать производительность установки и качество продукции. Это показано на Figure 12.5.1, где приведен температурный профиль через типичную поверхность теплообмена.

• Капли воды, движущиеся с высокой скоростью пара, вызывают эрозию седел клапанов и арматуры; это явление известно как wiredrawing. Капли воды также усиливают коррозию.
• Увеличивается образование отложений на трубопроводах и теплообменных поверхностях из-за примесей, переносимых каплями воды.
• Возникает нестабильная работа регулирующих клапанов и расходомеров.
• Возможен выход из строя клапанов и расходомеров из-за быстрого износа или гидроударов. Хотя существует множество различных конструкций сепараторов, все они стремятся удалить влагу, остающуюся во взвешенном состоянии в потоке пара и не удаляемую обычным дренажом и конденсатоотводом. В паровых системах обычно применяются три типа сепараторов:

Эффективность сепаратора - это отношение массы отделенной воды к общей массе воды, принесенной паром. Вне лабораторных условий точно определить эффективность сепаратора сложно, так как она зависит от степени сухости на входе, скорости среды и характера потока. Однако эрозия отводов трубопровода, wiredrawing и гидроудары являются признаками наличия влажного пара в паропроводах.

Одно из главных отличий в работе перегородочных сепараторов по сравнению с циклонными и коалесцирующими заключается в том, что перегородочный тип способен сохранять высокую эффективность в более широком диапазоне скоростей потока. Циклонные и коалесцирующие сепараторы обычно обеспечивают эффективность 98% при скоростях до 13 m/s, однако затем она резко падает, и при 25 m/s, согласно университетским исследованиям в Великобритании, обычно составляет около 50%. Эти же исследования показали, что для перегородочного сепаратора эффективность остается близкой к 100% в диапазоне скоростей от 10 m/s до 30 m/s. Вывод состоит в том, что перегородочный тип больше подходит для паровых систем, где обычно присутствуют колебания скорости. Кроме того, при недостаточном диаметре трубопровода влажный пар часто движется со скоростью свыше 30 m/s. Один из способов решить эту проблему - использовать сепаратор большего размера и увеличить диаметр трубопровода непосредственно перед ним. Это позволит снизить скорость пара перед входом в сепаратор.

Хотя это лучше исходной степени сухости 0.95, пар все еще будет содержать значительное количество воды.

Перепад давления на сепараторе перегородочного типа очень мал из-за снижения скорости пара, возникающего благодаря значительному увеличению площади поперечного сечения корпуса сепаратора. Обычно этот перепад давления меньше, чем эквивалентная длина трубы того же условного диаметра. Для сравнения, перепад давления на сепараторе циклонного типа несколько выше, поскольку для создания циклона требуется поддерживать скорость среды. В некритичных применениях сепараторы перегородочного типа обычно подбираются по размеру трубопровода; однако необходимо убедиться, что выбранный размер обеспечивает максимальную эффективность сепарации и приемлемый перепад давления. В критичных применениях сепаратор чаще выбирают по рабочему давлению и расходу, чтобы обеспечить требуемую эффективность и перепад давления. Подбор сепаратора циклонного типа более сложен, так как важно гарантировать такую скорость потока через сепаратор, которая позволит сохранять высокую эффективность и приемлемый перепад давления. В Example 12.5.2 показан выбор сепаратора перегородочного типа по типовой диаграмме производителя.

Table 12.5.1 кратко обобщает важные различия в характеристиках перегородочных и циклонных сепараторов.

Table 12.5.1 Сравнение перегородочных и центробежных сепараторов

На конденсатном выходе сепаратора следует устанавливать подходящий конденсатоотводчик, чтобы обеспечить эффективный отвод конденсата без потери острого пара. Наиболее подходящим типом является шаровой поплавковый конденсатоотводчик, который обеспечивает немедленный отвод конденсата. Некоторые сепараторы имеют встроенный в корпус механизм конденсатоотводчика.

Большинство вертикальных сепараторов имеют патрубок в верхней части корпуса. Его можно использовать для воздухоотводчика, что облегчает удаление воздуха из парового пространства при пуске.