Издательский Центр Аква-Терм

Пар и конденсат

Опубликовано: 15 марта 2011 г.

5835

А. Григорьев

Грамотное устройство системы отвода конденсата в парогенераторах уменьшает эксплуатационные расходы и увеличивает срок службы оборудования.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Достоинства пара как теплоносителя привели к широкому распространению паровых систем в самых разных областях промышленности. Неизбежный спутник пара – конденсат
Важной проблемой, которую следует учесть при проектировании систем распределения пара, является конденсация, происходящая из-за тепловых потерь в паропроводе. Скорость конденсации особенно велика при пуске установки, когда температура паропровода мала. Затем скорость образования конденсата снижается, но все же является заметной величиной, даже если трубы хорошо изолированы.
Конденсат образует на внутренних стенках паропровода капли, которые могут сливаться в пленку по мере того, как увлекаются потоком пара. Под действием сил тяжести вода стекает в нижнюю часть трубы. Если скопившийся конденсат не удалить как можно быстрее, могут образоваться объемы воды (так называемые снаряды), которые уносятся паром и вызывают гидравлические удары. Избавиться от подобных трудностей позволяет соблюдение нескольких простых правил.
Расположение трубопроводов и дренажей
Трубопровод должен устанавливаться с наклоном по направлению движения. Подходящим считается снижение трубопровода на 40 мм на каждые 10 м его длины (т.е. с уклоном 0,004). Это обеспечивает перенос конденсата до места дренажа.
Между точками дренажа должно выдерживаться определенное расстояние. Оно зависит от размеров трубопровода, его расположения, частоты пусков и составляет обычно от 30 до 50 м. Подходящими для установки дренажей считаются места, где трубопровод меняет направление. Чтобы обеспечить отвод конденсата на протяженных горизонтальных участках, здесь периодически выполняются повороты трубопровода в вертикальной плоскости (рис. 1). Повороты, после которых начинается подъем, являются идеальным местом для установки дренажей.
Рис. 1. Удаление конденсата из распределительной паровой магистрали
Штуцер для отвода пара должен быть установлен на верхней образующей паровой магистрали, иначе пользователь будет получать слишком влажный пар. Если использующее пар оборудование оказывается ниже паропровода, штуцер все равно располагают вверху; от него линия для подачи пара поворачивает вниз. В ее нижней точке обычно устанавливают запорный или регулирующий клапан. Конденсат будет скапливаться перед закрытым клапаном, и для его удаления обязателен кондесатоотводчик (рис. 2).
Рис. 2. Схема отбора пара от главного паропровода с патрубком для дренирования
Конденсатоотводчики, сепараторы, фильтры
Конденсатоотводчики, используемые для дренирования паропроводов, должны быть рассчитаны на работу с максимальным давлением пара в главном паропроводе, а также иметь достаточную пропускную способность для передачи образовавшегося количества конденсата при перепаде давления, получаемом в данный момент.
Конденсатоотводчики – неотъемлемая часть оборудования, которое должно быть установлено для непрерывного отвода конденсата из аппаратов, обогреваемых паром. После них конденсат попадает в линию возврата. В схемах теплоснабжения наиболее часто встречаются термостатические, механические и термодинамические кондесатоотводчики. 
Термостатический конденсатоотводчик представляет собой биметаллическое устройство или наполненный водой сильфон, способные благодаря своей конструкции «чувствовать» разницу между температурой конденсата и пара. Открытый для протекания воды конденсатоотводчик закрывается, когда в него поступает среда с более высокой температурой (пар).
Работа механических конденсатоотводчиков основана на разности плотностей пара и воды. В некоторых из них используется шарообразный поплавок (рис. 3), который поднимается в присутствии конденсата и открывает клапан, позволяющий конденсату пройти через конденсатоотводчик. В других конструкциях имеется перевернутый стакан, изменяющий положение клапана, когда в конденсатоотводчик поступает пар.
Рис. 3. Поплавковый конденсатоотводчик с термостатической воздушной вентиляцией
В термодинамических конденсатоотводчиках используется увеличение скорости потока, которое происходит при парообразовании. (Если конденсат и пар имеют примерно одинаковую температуру, при снижении давления конденсата в диафрагме происходит мгновенное парообразование.) Скоростной напор приводит к закрытию диска, расположенного напротив седла клапана (рис. 4).
Рис. 4. Термодинамический конденсатоотводчик
Обычно даже при выполнении всех требований по дренированию конденсата в паре все равно остается влага. Для ее удаления используют сепараторы – ряд отражательных экранов, расположенных так, чтобы заставить пар многократно менять направление. При этом капли влаги выпадают из потока и удаляются через конденсатоотводчик.
Продукты коррозии, частички отложений, а также любой мусор, оставшийся после монтажа, могут легко нарушить работу регулирующего оборудования, повредить при тех скоростях, с которыми движется пар, рабочие поверхности клапанов и т.д. Поэтому паропроводы, как правило, снабжают фильтрами, устанавливая их до клапанов, конденсатоотводчиков и другого оборудования.
Традиционным методом контроля исправности конденсатоотводчиков является установка смотровых стекол после каждого из них. Они позволяют наблюдать за расходом конденсата. Новинкой в данной области становятся электронные устройства, которые используют электропроводность конденсата, чтобы определить исправность конденсатоотводчика. Их измерительные приборы могут быть смонтированы в одном месте, на некотором расстоянии от датчиков, что особенно удобно при затрудненном доступе к конденсатоотводчикам.
Когда при включении установки пар начинает поступать в паропровод, он заполнен воздухом. Для его удаления служат автоматические воздушные клапаны. Воздушники с уравновешенным давлением должны быть установлены на конце любого паропровода; отводящие патрубки располагаются выше уровня конденсата. Выхлоп из воздушника направляется в безопасное место.
Возврат конденсата
Большое значение имеет правильное проектирование системы возврата конденсата. Очень важно не допускать чрезмерного обратного давления в конденсатоотводчиках.
Размеры труб должны обеспечить максимальный расход конденсата; их следует располагать с уклоном, чтобы вода стекала под действием силы тяжести. Впрочем, на практике редко существует возможность таким образом вернуть в котел весь конденсат, образовавшийся в парораспределительной системе. Поэтому обычно жидкость сначала направляется в сборные резервуары, а уже из них перекачивается в котельную.
Как уже говорилось, при пуске оборудования паропроводы имеют температуру окружающего воздуха. Поступающий в них пар быстро конденсируется, и его расход оказывается в 2–3 раза больше, чем при нормальной работе установки. Во столько же раз больше, чем в установившемся режиме, конденсата должна пропустить линия возврата. По мере прогрева всего оборудования расход конденсата будет снижаться до номинальной нагрузки.
Размеры труб должны иметь пропускную способность, достаточную для перекачки конденсата в любых режимах. Необходимо выбрать такую пусковую нагрузку, чтобы расход превышал номинальный не более чем в два раза. Это будет верным для давления пара до 10 бар. При более высоком давлении от линии возврата конденсата может потребоваться дополнительная пропускная способность.
Итак, конденсат должен быть удален из конденсатоотводчика за счет силы тяжести, но бывает, что требуется подать этот конденсат на более высокий уровень. В таких случаях необходимо, чтобы на выходе из конденсатоотводчика было избыточное давление, создаваемое дополнительным оборудованием. При проектировании следует учитывать, что каждые 0,11 мбар давления в конденсатоотводчике позволяют поднять конденсат на высоту 1 м.
В схемах с подъемом конденсата неизбежны гидравлические удары, увеличивающие риск механических повреждений. Как правило, трубопроводы возврата при нормальной работе заполнены перекачиваемым конденсатом. Расход этой жидкости зависит от изменения нагрузки паровых магистралей. Ввод в заполненный трубопровод свежих порций конденсата при более высоких значениях давления и температуры приводит к тому, что часть влаги мгновенно снова превращается в пар. При этом пузырьки пара могут быстро разрушаться в сравнительно холодном конденсате, вызывая сильные гидравлические удары.
Перемещение конденсата
Резервуары, в которые собирается конденсат, находятся, как правило, ниже задней стенки котла. Поэтому конденсат приходится перекачивать на уровни, расположенные выше места установки сборных резервуаров. Для решения этой задачи используются конденсатные насосы объемного типа (поршневой) или насосы с электронным управлением.
В насосах объемного типа в качестве рабочего тела обычно используется пар. Альтернативой приводу насоса может стать сжатый воздух от компрессора, но этот вариант чреват ускоренной коррозией из-за аэрации. В данных установках вентилируемый ресивер для конденсата размещают выше насоса, что гарантирует постоянный напор, когда корпус насоса заполняется за счет силы тяжести. С другой стороны, он играет роль резервуара в периоды, когда поршень выдавливает конденсат.
Важными преимуществами насосов объемного типа становятся отсутствие кавитации и способность, если это потребуется, перекачивать конденсат в зону кипения. Кроме того, благодаря отсутствию  электродвигателя такие насосы могут работать в условиях высокой влажности и даже при погружении в воду.
Насосы с электронным управлением имеют более объемный ресивер (рис. 5), но могут создать проблемы в тех случаях, когда приходится иметь дело с горячим конденсатом: при высокой температуре он может превращаться в пар. Это явление значительно снижает эффективность агрегата и может привести к повреждению его рабочих колес. Насосы, которые работают с отрицательным напором на всасывающей линии, способны в этих условиях функционировать без поломок.
Рис. 5. Конденсатный насос с электронным управлением
Поршневые насосы перекачивают конденсат не непрерывно, что должно быть учтено при выборе напорной трубы. Есть хорошее эмпирическое правило: при использовании насоса объемного типа размер напорного трубопровода должен учитывать расход, превышающий номинальный в 3 раза, а для насоса с электронным управлением – в 1,5 раза.
Следует также уделить достаточное  внимание снижению противодавления, связанного с трением в трубах. Большое значение имеет и конструкция трубопровода: нужно избегать длинных горизонтальных участков. Наиболее пригодной компоновкой является наличие вертикального подъема сразу же за установкой, с последующим падением за счет силы тяжести обратно к котлу. Длинный горизонтальный участок, следующий за конечным вертикальным подъемом, будет иметь результатом полностью затопленные линии возврата.
Журнал "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ" №4(5)



Поделиться:

вернуться назад