Введение в распределение пара

Пар, вырабатываемый в котле, должен по трубопроводам доставляться к точке, где требуется его тепловая энергия. Сначала это один или несколько основных трубопроводов, или паровых магистралей, которые подают пар от котла в общем направлении к паропотребляющему оборудованию. Затем более мелкие ответвления подают пар к отдельным единицам оборудования.

Когда открывается главный запорный клапан котла (его часто называют crown valve), пар сразу проходит из котла в паровые магистрали и далее к точкам с более низким давлением.

Первоначально трубопровод холоднее пара, поэтому тепло передается от пара к трубе.

Воздух вокруг труб также холоднее пара, поэтому трубопровод начинает отдавать тепло окружающему воздуху.

При контакте с более холодными трубами пар сразу начинает конденсироваться. При пуске системы скорость конденсации максимальна, поскольку в этот момент разница температур между паром и трубопроводом наибольшая. Эту скорость конденсации обычно называют пусковой нагрузкой. После прогрева трубопровода разница температур между паром и трубой становится минимальной, однако конденсация все же продолжается, так как трубопровод по-прежнему передает тепло окружающему воздуху. Эту скорость конденсации обычно называют рабочей нагрузкой.

Образовавшийся конденсат оседает на дно трубы и уносится потоком пара, а также перемещается под действием силы тяжести благодаря уклону паровой магистрали, который следует предусматривать по направлению движения пара. Затем этот конденсат необходимо отводить из различных стратегически важных точек паровой магистрали.

Когда открывается клапан на паропроводе, питающем конкретную единицу паропотребляющего оборудования, пар из системы распределения поступает в оборудование и снова соприкасается с более холодными поверхностями. Затем пар передает свою энергию на прогрев оборудования и продукта (пусковая нагрузка), а после достижения рабочей температуры продолжает передавать тепло процессу (рабочая нагрузка).

Теперь котел должен непрерывно подавать пар для покрытия подключенной нагрузки, а для поддержания этой подачи необходимо генерировать все новый пар. Для этого в котел подают дополнительную воду (и топливо для ее нагрева), компенсируя ту воду, которая ранее испарилась и превратилась в пар.

Конденсат, образующийся как в парораспределительном трубопроводе, так и в технологическом оборудовании, является удобным источником пригодной к использованию горячей питательной воды котла. Хотя важно удалять этот конденсат из парового пространства, он представляет собой ценную среду, и его нельзя без необходимости сбрасывать. Возврат всего конденсата в питательный бак котла замыкает базовый паровой цикл и должен практиковаться везде, где это возможно. Возврат конденсата подробнее рассматривается в блоке 13, посвященном удалению конденсата, и в блоке 14, посвященном управлению конденсатом.

Генерация и распределение пара при более высоком давлении дают три важных преимущества:

• Увеличивается запас тепловой энергии в котле, что помогает ему эффективнее справляться с колебаниями нагрузки и снижает риск образования влажного и грязного пара.
• Требуются паровые магистрали меньшего диаметра, что уменьшает капитальные затраты на трубы, фланцы, опоры, изоляцию и монтажные работы.
• Паровые магистрали меньшего диаметра дешевле теплоизолировать. После распределения под высоким давлением давление пара необходимо снизить для каждой зоны или точки использования в системе так, чтобы оно соответствовало максимальному давлению, требуемому конкретным применением. Локальное снижение давления под нужды конкретного оборудования также обеспечивает более сухой пар в точке использования. Объяснение этого приведено в модуле 2.3. Примечание: иногда считается, что работа парового котла при давлении ниже расчетного позволяет экономить топливо. Такая логика основана на том, что для получения пара более высокого давления требуется больше топлива. Хотя в этом есть доля истины, следует помнить, что скорость потребления энергии определяется подключенной нагрузкой, а не производительностью котла. Нагрузка потребляет одинаковое количество энергии независимо от того, генерирует ли котел пар при 4 bar g, 10 bar g или 100 bar g. Потери при простое, потери с уходящими газами и рабочие потери возрастают при более высоких давлениях, но эти потери уменьшаются за счет теплоизоляции и правильно организованных систем возврата конденсата. По сравнению с преимуществами распределения пара под высоким давлением эти потери невелики.

Перед редукционным клапаном устанавливается сепаратор для удаления унесенной влаги из поступающего влажного пара, обеспечивая тем самым высокое качество пара, проходящего через редукционный клапан. Подробнее это рассматривается в модулях 9.3 и 12.5.

Оборудование после редукционного клапана защищается предохранительным клапаном. Если редукционный клапан выйдет из строя, давление после него может подняться выше максимально допустимого рабочего давления паропотребляющего оборудования. Это, в свою очередь, может привести к необратимому повреждению оборудования и, что важнее, создать опасность для персонала. При установленном предохранительном клапане избыточное давление будет сбрасываться через него, предотвращая такую ситуацию (предохранительные клапаны рассматриваются в блоке 9). Другие компоненты станции с редукционным клапаном:

• Первичный запорный клапан - Для остановки системы на техническое обслуживание.
• Первичный манометр - Для контроля надежности подачи.
• Грязевик - Для поддержания чистоты системы.
• Вторичный манометр - Для настройки и контроля давления после клапана.
• Вторичный запорный клапан - Для помощи в настройке давления после клапана в условиях отсутствия нагрузки.