Критерии выбора конденсатоотводчиков

Тип применения, конструкция системы и требования к техническому обслуживанию влияют на работу и выбор конденсатоотводчиков. В этом материале рассматриваются такие факторы, как гидроудар, загрязнение, паровая блокировка, групповой отвод конденсата, вакуумные условия и регулирование температуры процессов.

#Общие соображения

По определению конденсатоотводчик должен удерживать пар, не ограничивая при этом прохождение конденсата, воздуха и других неконденсирующихся газов. Основные требования к качественному отводу конденсата уже были изложены, однако стоит повторить, что первостепенное значение имеет работа всей установки. Предварительный выбор конденсатоотводчика делается исходя из требований по давлению, нагрузке по конденсату и отводу воздуха. Однако на его работу и окончательный выбор будут влиять также конструкция системы и потребности в техническом обслуживании. За дополнительными рекомендациями по этому вопросу следует обратиться к следующим подразделам данного модуля.

Гидроудар

Гидроудар - это симптом проблемы в паровой системе. Причиной может быть неудачная конструкция паровых и конденсатных трубопроводов, использование неправильного типа одного или нескольких конденсатоотводчиков, негерметичный конденсатоотводчик либо сочетание этих факторов. Часто бессмысленно устанавливать подходящий конденсатоотводчик, если компоновка системы не позволяет ему работать правильно. Точно так же бессмысленно правильно выполнить разводку и не уделить должного внимания отводу конденсата. В модулях 11.6-11.11 «Выбор конденсатоотводчиков» рассматривается правильное соответствие конденсатоотводчиков применению и схеме установки. Правильная компоновка паропроводов также рассматривается в блоке 10 «Распределение пара». Симптомы гидроудара часто ошибочно приписывают неисправности конденсатоотводчика. Гораздо вероятнее, что неисправный конденсатоотводчик сам был повреждён гидроударом. Гидроудар может быть вызван разными причинами, в том числе:

• неудалением конденсата из потока высокоскоростного пара в трубопроводе;
• работой установки с регулированием температуры, где конденсат должен подниматься к линии возврата или возвращаться в систему под давлением;
• невозможностью нормального поступления конденсата в слишком узкую возвратную линию или его перемещения по ней из-за: (a) затопления или (b) избыточного давления и дросселирующего действия вторичного пара.

Современные методы проектирования и производства позволили создать конденсатоотводчики, более прочные, чем их предшественники. Благодаря этому конденсатоотводчик служит дольше в нормальных условиях и лучше выдерживает воздействие плохо спроектированных систем. Но как бы хорошо ни был изготовлен конденсатоотводчик, установленный в плохо спроектированной системе, он будет работать менее эффективно и прослужит меньше.

Если конденсатоотводчик постоянно выходит из строя в существующей системе из-за гидроудара, вероятнее всего, причина в схеме системы, а не в самом конденсатоотводчике. Решение состоит в том, чтобы исследовать и устранить истинную причину проблемы, исправив недостатки системы.

Два особенно важных применения - это дренаж паропроводов и отвод конденсата от теплообменников с регулированием температуры.

Как правило, паропроводы следует дренировать через каждые 30-50 метров с помощью карманов для конденсата достаточного размера. Основание любого восходящего участка трубопровода также должно дренироваться.

Теплообменники с регулированием температуры могут эффективно работать только в том случае, если конденсат отводится из них свободно. Если после конденсатоотводчика имеется подъём, всегда будет существовать склонность к гидроудару независимо от типа установленного конденсатоотводчика. В этой ситуации конденсатоотводчик следует либо дополнить насосом, либо заменить на pump-trap. Эта тема подробнее рассматривается в блоке 13 «Удаление конденсата».

Важно, чтобы трубопроводы были правильно спроектированы и смонтированы. Это поможет поддерживать тепловую эффективность системы на протяжении всего срока службы.

Загрязнение

Загрязнение - ещё один важный фактор, который необходимо учитывать при выборе конденсатоотводчиков. Хотя пар конденсируется в дистиллированную воду, она иногда может содержать следы реагентов для обработки питательной воды и природных минералов, содержащихся в воде. Следует учитывать и загрязнения трубопроводов, возникающие при монтаже, а также продукты коррозии.

Конденсатоотводчик с прерывистым импульсным сбросом наименее чувствителен к загрязнениям. В группе термостатических это означает, что предпочтителен термостатический конденсатоотводчик с уравновешенным давлением, хотя большой плоский клапан, характерный для некоторых мембранных конструкций, может создавать трудности.

Подтравливающий режим работы биметаллических конденсатоотводчиков в сочетании с конструкцией штока, проходящего через седло, делает их наиболее склонными к неисправностям из-за дополнительного трения и даже к засорению. Иногда утверждают, что чувствительный элемент можно легко очистить и что он не подвержен загрязнению. Однако загрязнение элемента редко является проблемой: важнее клапанный механизм dynamic clack, который, как правило, самоочищается благодаря своему принудительному открытию.

Поплавково-термостатические конденсатоотводчики достаточно устойчивы к загрязнениям. В качестве крайнего примера можно привести отвод конденсата от автоклавов для твердения бетона, где остаточный песок, выпадающий в конденсат, успешно проходит через крупные поплавково-термостатические конденсатоотводчики благодаря низкой скорости потока через сравнительно большое отверстие.

У конденсатоотводчика с перевёрнутым стаканом есть отверстие для отвода воздуха в самом стакане. Если оно засорится, это может вызвать воздушную блокировку и замедленную реакцию конденсатоотводчика. В этом случае окалину или грязь, забивающую отверстие, необходимо удалить, а для этого конденсатоотводчик нужно вывести из эксплуатации.

Импульсный конденсатоотводчик плохо переносит загрязнённые условия. Малый зазор между пробкой и конической втулкой чувствителен к высокоскоростному потоку, и пробка часто застревает в промежуточном положении. Конденсатоотводчик зависает в фиксированном положении и в зависимости от интенсивности конденсации будет пропускать либо пар, либо конденсат.

Устройство с фиксированным отверстием наименее пригодно для работы в загрязнённых условиях. Отверстие изначально мало и часто засоряется. Увеличение отверстия, к которому иногда прибегают в отчаянии, разрушает саму концепцию подбора устройства по фиксированному отверстию. Это неэкономично и в некоторых случаях лишь откладывает момент повторного засорения. Часто вместе с устройством поставляется и устанавливается фильтр, но для реальной эффективности он должен быть очень тонким.

В результате засорение просто переносится с конденсатоотводчика с фиксированным отверстием на фильтр, который, в свою очередь, требует регулярных остановок для очистки.

Фильтры

Об этих устройствах (рисунок 11.5.1) в паровых системах часто забывают, нередко, по-видимому, в попытке сократить затраты на монтаж. Окалина и грязь в трубопроводах могут влиять на регулирующие клапаны и конденсатоотводчики, а также снижать интенсивность теплопередачи. Установить фильтр в трубопровод очень просто и недорого, и эти небольшие затраты окупаются на протяжении всего срока службы установки. Окалина и грязь задерживаются, а объём технического обслуживания обычно уменьшается.

Выбор прост. Материал фильтра подбирается в соответствии с типом установки и рабочим давлением системы. Для разной степени защиты могут использоваться разные размеры фильтрующей сетки. Чем тоньше фильтр, тем чаще его, вероятно, придётся чистить. Одно несомненно: фильтры значительно проще и дешевле покупать и обслуживать, чем регулирующие клапаны или конденсатоотводчики.

Дополнительная информация о фильтрах приведена в блоке 12 «Вспомогательная арматура трубопроводов». Паровая блокировка

Возможность паровой блокировки иногда может стать решающим фактором при выборе конденсатоотводчика. Она может возникать всякий раз, когда конденсатоотводчик установлен на удалении от оборудования, которое он дренирует. Особенно острой проблема становится при удалении конденсата через сифонную или погружную трубку. На рисунке 11.5.2 показана проблема паровой блокировки во вращающемся сушильном цилиндре при использовании сифонной трубы.

На рисунке 11.5.2 (i) давление пара достаточно для подъёма конденсата по сифонной трубе, через конденсатоотводчик и далее. На рисунке 11.5.2 (ii) показано, что происходит, когда уровень конденсата внизу цилиндра опускается ниже конца сифонной трубы. Пар попадает в сифонную трубу и заставляет конденсатоотводчик закрыться, в данном случае поплавкового типа.

Конденсатоотводчик временно оказывается «заперт паром». Теплопотери цилиндра приводят к образованию дополнительного конденсата, который из-за этого не может попасть в конденсатоотводчик. На рисунке 11.5.2 (iii) видно, как цилиндр всё сильнее заполняется конденсатом, что уменьшает скорость сушки и увеличивает мощность, необходимую для вращения цилиндра. В крайних случаях цилиндр может заполниться до осевой линии, после чего возможны повреждения из-за механической перегрузки. Чтобы устранить эту проблему, требуется конденсатоотводчик с клапаном steam lock release. Это встроенный игольчатый клапан, позволяющий стравливать пар, запертый в сифонной трубе, в обход основного клапана. Поплавковый конденсатоотводчик - единственный тип, имеющий такую функцию, и именно поэтому он является правильным выбором для вращающегося оборудования, например сушильных цилиндров. Поскольку игольчатый клапан открыт ровно настолько, чтобы избежать потерь пара, его способность к отводу воздуха ограничена. Конденсатоотводчики такого типа часто оснащаются совмещённым воздухоотводчиком и устройством steam lock release (рисунок 11.5.3). Механизм ручного steam lock release работает независимо от автоматического воздухоотводчика. На рисунке 11.5.4 показан стандартный поплавково-термостатический конденсатоотводчик.

Конденсатоотводчики других типов в конечном итоге тоже откроются и справятся с паровой блокировкой, однако дренаж и работа оборудования будут нестабильными. Для пользователей технологического оборудования, для которых особенно важны длительность циклов, качество и эффективность, это совершенно неприемлемо. Групповой отвод конденсата

Групповой отвод конденсата означает использование одного конденсатоотводчика для обслуживания более чем одной установки. На рисунке 11.5.5 показаны два периодических процесса (аппараты с рубашкой), работающие при разных давлениях пара, при этом дренажные линии обоих подключены к одному конденсатоотводчику. Более высокое давление в аппарате B позволит конденсату из этого аппарата отводиться, но остановит отвод конденсата из аппарата A, поскольку обратный клапан C будет удерживаться закрытым. Аппарат A будет затапливаться конденсатом и серьёзно потеряет в производительности. По этой причине групповой отвод конденсата от оборудования, работающего при разных давлениях, нельзя считать хорошей практикой. Но что если оборудование работает при одинаковом давлении? Рассмотрим установку, показанную на рисунке 11.5.6.

На рисунке 11.5.6 содержимое аппарата A почти достигло нужной температуры и конденсирует сравнительно мало пара. Аппараты B, C и D только что заполнены холодным продуктом и после подачи пара их скорость конденсации намного выше, чем у аппарата A. Следовательно, скорость пара в подводящих трубопроводах этих аппаратов значительно выше, что приводит к большему падению давления в каждом ответвлении. На входах в аппараты B, C и D и в их паровых рубашках давление пара будет ниже, чем в аппарате A, так как B, C и D конденсируют больше пара, чем A. Это уменьшает их нагревательную способность и увеличивает продолжительность цикла.

По этой причине давление на выходах дренажных линий аппаратов B, C и D также будет ниже, чем у аппарата A. Пар будет перетекать из аппарата A по линии отвода конденсата к другим аппаратам, выравнивая давление, а конденсат из остальных аппаратов будет вынужден двигаться навстречу этому потоку пара. Когда точки отвода конденсата от разных аппаратов с разными давлениями подключены к одному конденсатоотводчику, аппарат с самым высоким давлением, в данном случае A, будет затруднять отвод конденсата из остальных. Те аппараты, которым особенно важно удалять конденсат, то есть B, C и D, будут иметь тенденцию к затоплению конденсатом. Следовательно, схема отвода конденсата, показанная на рисунке 11.5.6, вряд ли будет удовлетворительной. Ситуация может ухудшаться, если процессы с групповым отводом конденсата имеют отдельное регулирование температуры.

Одним из возможных применений, где групповой отвод конденсата может быть приемлем, является воздухоподготовительная установка с несколькими секциями нагревателя, соединёнными последовательно (рисунок 11.5.7).

Это применение проточного типа отличается от периодического процесса на рисунке 11.5.6. Секции нагревателя всегда будут совместно воспринимать изменение нагрузки, так как обслуживаются одним и тем же регулирующим клапаном. Важно, чтобы дренажные патрубки конденсата и общие трубопроводы были щедро подобраны по диаметру для обеспечения достаточного потока конденсата в одном направлении при движении пара в противоположном. Такая схема будет работать только тогда, когда все секции питаются через один регулирующий клапан и все нагревают одну и ту же вторичную среду.

Изначально групповой отвод конденсата применялся потому, что раньше существовал только один тип конденсатоотводчика. Он был предшественником современного конденсатоотводчика с перевёрнутым стаканом и был очень крупным и дорогим. Современные конденсатоотводчики значительно компактнее и экономичнее, что позволяет правильно дренировать каждый отдельный теплообменник. Для паропотребляющего оборудования всегда лучше использовать индивидуальный отвод конденсата, а не групповой.

Во многих случаях для правильного удаления конденсата из оборудования с регулированием температуры может потребоваться pump-trap.

Диффузоры

Когда конденсатоотводчики сбрасывают конденсат в атмосферу через открытые концы труб, можно наблюдать выброс горячего конденсата. В зависимости от давления конденсата до конденсатоотводчика при этом также образуется некоторое количество вторичного пара. Это может представлять опасность для проходящих мимо людей, но риск можно снизить, уменьшив интенсивность выброса. Этого можно добиться установкой простого диффузора (рисунок 11.5.8) на конце трубы (рисунок 11.5.9), который уменьшает резкость выброса и уровень шума. Обычно уровень шума удаётся снизить до 80%.

#Особые требования

Отвод конденсата в вакууме

Удаление конденсата из парового пространства, работающего под вакуумом, может быть проблемой. Если используется конденсатоотводчик, его выход должен быть подключён к источнику более глубокого вакуума, чем в паровом пространстве, чтобы обеспечить постоянный перепад давления на отверстии для отвода конденсата. Если это невозможно, для удаления конденсата из установки можно использовать насос с приводом от давления (рисунки 11.5.10 и 11.5.11). На выходе насоса, если отсутствует или почти отсутствует подъём, рекомендуется использовать обратный клапан с мягким седлом, а воздушный разрыв будет работать как антисифонное устройство при дренаже в точку ниже насоса.

При дренаже ниже насоса в качестве движущей силы можно использовать атмосферное давление (рисунок 11.5.11), но выходной обратный клапан должен быть расположен в петлевом гидрозатворе ниже насоса, чтобы обеспечить минимальный напор для открытия, зависящий от типа обратного клапана, и создать водяной затвор.

Если насос должен удалять конденсат из вакуумной газовой системы, в качестве движущей силы можно использовать сжатый воздух или инертный газ.

Отвод конденсата от процессов с регулированием температуры

Конденсатоотводчик - это автоматический клапан, работа которого зависит от гидродинамики системы. Он должен опираться на внешние факторы и реагировать на них, например на давление пара или статический напор на входной стороне. Давление на выходе должно быть ниже, чем на входе, чтобы обеспечить поток в правильном направлении. Поэтому расход через любой конденсатоотводчик связан с перепадом давления на нём.

На конденсатоотводчике также возможен отрицательный перепад давления, который будет вызывать обратный поток. Когда конденсатоотводчики установлены для сброса конденсата в общие возвратные линии, рекомендуется устанавливать после каждого конденсатоотводчика обратный клапан для предотвращения обратного потока при отрицательном перепаде давления.

Нулевой и отрицательный перепад давления на конденсатоотводчиках встречается очень часто. Последствия этого обычно наблюдаются в процессах с регулированием температуры, то есть в калориферных батареях, водонагревателях, аппаратах с рубашкой, пластинчатых теплообменниках, фактически в любом процессе, где на подаче пара установлен регулирующий клапан. Это может происходить независимо от давления подачи пара и полностью зависит от давления в конденсатной системе и давления пара в теплообменнике.

Для обозначения этого состояния используется термин stall. Каждый раз, когда такой режим прогнозируется или диагностируется, для удаления конденсата из теплообменника требуется другое решение, например pump-trap.

Это явление подробнее рассматривается в блоке 13 «Удаление конденсата».