Т. Гуцуляк, А. Кирилюк
Из-за постоянного удорожания энергоресурсов все промышленные отрасли заняты поиском альтернативных источников повышения энергоэффективности. Водяной пар, как одно из средств передачи тепловой энергии, становится всё более популярным
Важную роль в эффективном отборе тепла от пара, помимо теплообменников, играют конденсатоотводчики. Их главная задача - отбор от водяного пара как можно большего количества тепла - довольно непроста и зависит не только от наличия самих конденсатоотводчиков в системе, но также и от того, насколько правильно они подобраны. Чтобы правильно выбрать конденсатоотводчик для конкретного производственного процесса, необходимо хорошо знать и понимать принципы его работы и специфику применения пара в данном процессе.
Назначение конденсатоотводчиков
Конденсатоотводчик должен препятствовать уменьшению коэффициента теплопередачи. Уменьшение происходит за счет образования конденсата у потребителя пара, либо в паропроводе. Задача данного оборудования - отводить конденсат, не допуская при этом «пролет» и выпуск пара.
Пар, теряя тепло, необходимое для теплообменных процессов, отдает его стенкам трубопровода, превращаясь в конденсат. Если его не отводить - ухудшается «качество» пара, возникают кавитация и гидроудары. Наилучший вариант, когда конденсатоотводчик способен отводить конденсат, а также воздух и другие неконденсированные газы.
Не существует универсального конденсатоотводчика, подходящего для всех задач и условий применения. Все типы конденсатоотводчиков отличаются по принципу работы, при этом имея свои недостатки и преимущества. Всегда существует лучшее решение для конкретного применения в пароконденсатной системе. Выбор конденсатоотводчика зависит от
температуры, давления и количества образуемого конденсата.
Рис. 1. Основные типы:
а) - механический (поплавковый); б) - термодинамический; в) - термостатический
Существует три принципиально разных типа: механические, термостатические и термодинамические.
Принцип действия механических основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Механические конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип устройств хорошо подходит для теплообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.
Термостатические конденсатоотводчики определяют разницу температуры пара и конденсата. Чувствительный элемент и исполнительный механизм в данном случае - термостат. Прежде чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.
В основе принципа действия термодинамического конденсатоотводчика лежит разница скоростей прохождения пара и конденсата в зазоре между диском и седлом. При прохождении конденсата из-за низкой скорости диск поднимается и пропускает конденсат. При поступлении пара в термодинамический конденсатоотводчик скорость увеличивается, приводя к падению статического давления, и диск опускается на седло. Пар, находящийся над диском, благодаря большей площади контакта, удерживает диск в закрытом положении. По мере конденсации пара давление над диском падает, и диск снова начинает подниматься, пропуская конденсат.
Таблица 1. Типы конденсатоотводчиков
Таблица 2. Сравнение конденсатоотводчиков и их типов
Выбор конденсатоотводчика
Для правильного подбора условного диаметра конденсатоотводчика нужно сначала определить входное давление, см. рис. 3.
Если конденсатоотводчик установлен после паропотребляющей установки, входное давление на 15% ниже давления на входе в установку.
Для примерного расчета противодавления, принимаем, что каждый метр подъема трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.
Перепад давления = Входное давление - Противодавление.
Рассчитать количество конденсата можно, используя техническую документацию производителя паропотребляющего оборудования с учетом коэффициента запаса по расходу конденсата. На основных паропроводах, в теплообменниках и подобном оборудовании запас пропускной способности нужно установить в 2,5 - 3 раза больше расчетного. В других случаях запас больше в 1,5 - 2 раза.
После расчета коэффициента запаса по расходу конденсата, диаметр конденсатоотводчика выбирается по диаграмме
пропускной способности (см. рис.2), которую предоставляет завод-производитель.
Ниже в качестве примера приведены диаграммы пропускной способности AYVAZ SK-51 (данные и рекомендации предоставлены компанией «АЙВАЗ УКРАИНА»).
Рис. 2. Диаграмма пропускной способности SK-51 (1/2”-3/4”-1”)
Пример использования диаграммы (см. рис. 2): для конденсатоотводчика задан расход по конденсату 180 кг/час.
Конденсат отводится от теплообменника при давлении 6 бар и противодавлении 0,2 бар. Перепад давления 6 - 0,2 = 5,8 бар.
Расход по конденсату 180 х 3 = 540 кг/час.
Коэффициент запаса: 3.
Для отвода 540 кг/час конденсата при перепаде 5,8 бар, по синей линии на диаграмме, помеченной цифрой 10 (пропускная способность в данном случае составляет 700 кг/час), выбираем конденсатоотводчик диаметром 1” (Ду25). Цифра 10 обозначает размер отверстия выпускного клапана. Как видно из диаграммы (рис. 2) конденсатоотводчики диаметром 1/2” и 3/4” выбирать в данном случае нельзя, т.к. их пропускная способность по конденсату ниже требуемой.
Использование энергии пара вторичного вскипания
Во время нагрева воды при постоянном давлении её температура и теплосодержание растет. Это продолжается до тех пор, пока вода не закипит. Достигая точки кипения, температура воды не изменяется до тех пор, пока вода полностью не превратится в пар. И поскольку требуется максимально использовать тепловую энергию пара, используются конденсатоотводчики, см. рис 3.
Рис. 3. Использование конденсата и пара вторичного вскипания для теплообмена
Конденсат имеет ту же температуру при заданном давлении, что и пар. Когда конденсат после конденсатоотводчика попадает в зону атмосферного давления, он моментально вскипает и часть его испаряется, т.к. температура конденсата выше температуры кипения воды при атмосферном давлении.
Пар, который образуется при вскипании конденсата, называют паром вторичного вскипания.
Т.е. это пар, который образуется в результате попадания конденсата в атмосферу или среду с низким давлением и температурой.
Расчет количества пара вторичного вскипания:
где:
Эк
: Энтальпия конденсата при попадании в конденсатоотводчик при заданном давлении (кДж/кг).
Эв
: Энтальпия конденсата после конденсатоотводчика при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг).
Ст
: Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг) трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.
Как видно, чем больше разница давлений, тем большее количество пара вторичного вскипания образуется. Тип используемого конденсатоотводчика так же влияет на количество образуемого конденсата. Механические отводят конденсат с температурой близкой к температуре насыщения пара. В то время как термостатические - отводят конденсат с температурой значительно ниже температуры насыщения, при этом количество пара вторичного вскипания уменьшается.
При отборе пара вторичного вскипания нужно учесть, что:
- Для получения даже малого количества пара вторичного вскипания потребуется большое количество конденсата. Необходимо обратить особое внимание на пропускную способность конденсатоотводчика. Так же нужно учитывать, после регулирующих клапанов давление как правило низкое.
- Сфера применения должна соответствовать таковой для использования пара вторичного вскипания. Количество пара вторичного вскипания должно равняться или его должно быть немного больше, чем требуется для обеспечения технического процесса.
- Участок использования пара вторичного вскипания не должен располагаться далеко от оборудования, от которого отводится высокотемпературный конденсат.
Пример расчет количества пара вторичного вскипания в системе, где конденсат отводится сразу после его образования см. ниже.
Возьмем данные из таблицы насыщенного пара: при давлении 8 бар, 170,5°С, энтальпия конденсата = 720,94 кДж/кг. При атмосферном давлении, 100°С, энтальпия конденсата = 419,00 кДж/кг. Разница энтальпий составляет 301.94 кДж/кг. Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении = 2 258 кДж/кг. Тогда количество пара вторичного вскипания составит:
Таким образом, если расход пара в системе равен 1000 кг, то количество пара вторичного вскипания составит 134 кг.
Особенности монтажа конденсатоотводчиков
При установке конденсатоотводчика, следует проследить, чтобы стрелка на его корпусе соответствовала направлению потока, см. рис 4, а).
Конденсатоотводчики поплавкового типа должны устанавливаться строго горизонтально. Некоторые, в специальном исполнении могут устанавливаться вертикально. Вход пара в такие конденсатоотводчики должен быть с нижней стороны, см. рис 4, б).
Конденсатоотводчики должны располагаться ниже подключения паровой линии к оборудованию. В противном случае, возможно подтопление оборудования. В случаях, когда установка конденсатоотводчиков таким образом невозможна, необходимо организовать принудительный отвод конденсата, см. рис 4, в).
Термодинамические конденсатоотводчики работают в любом положении. Однако, горизонтальное положение более предпочтительно при установке см. рис 4, г).
Рис. 4. Правильный монтаж конденсатоотводчика
Конденсатоотводчики не должны устанавливаться друг за другом ни в коем случае. Иначе, второй будет создавать давление, которое негативно скажется на работе первого, который уже смонтирован, см. рис. 5, а).
Фильтры, установленные перед конденсатоотводчиками, должны быть повернуты влево или вправо. В противном случае, в нижней части фильтра будет скапливаться конденсат, что может привести к гидроударам, см. рис. 5, б).
Рис. 5. Установка конденсатоотводчика в системе
Правильный выбор и применение оборудования от производителя AYVAZ - эффективный способ повысить уровень энергосбережения в паровых системах.
Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm . Подписывайтесь!
Просмотрено: 3 441Конденсатоотводчик - это автоматический клапан, назначение которого пропускать конденсат и не пропускать пар. В английском языке термин "конденсатоотводчик" звучит как "steam trap", что можно перевести как "ловушка пара"; по-испански "purgador de condensado" переводится как "очиститель от конденсата". Оба иностранных названия не менее точно отражают смысл назначения устройства, как и в русской интерпретации, однако термин steam trap уже в названии характеризует подход к проблеме, определяя, что основным назначением конденсатоотводчика является экономия пара. До сих пор можно услышать устаревший термин "конденсатный горшок", скорее отражающий внешний вид устройства и конструкцию, нежели функциональное назначение прибора.
Применение конденсатоотводчиков
Принципиально можно выделить два типа применения конденсатоотводчиков:
- отвод конденсата от теплообменного оборудования (змеевики, калориферы, скоростные и емкостные подогреватели, стерилизаторы, пароспутники и пр.);
- отвод конденсата от паропроводов (основные и вспомогательные паропроводы, паровые коллекторы, сепараторы пара).
При отводе конденсата от теплообменников, необходимо, чтобы пар, сконденсировавшись и таким образом, передав нагреваемой среде скрытую теплоту парообразования, был удален из теплообменника. Если не использовать конденсатоотводчик на выходе теплообменного аппарата, то часть пара, не успевшая сконденсироваться, выйдет из теплообменника в виде так называемого пролетного пара и может быть безвозвратно потеряна. Если пролетный пар не использовать, то процесс нагрева является крайне неэффективным, потому что потери пролетного пара порой могут достигать 20% и более. Таким образом, конденсатоотводчик способствует энергосбережению. Пролетный пар провоцирует гидроудары в конденсатных линиях. Работа конденсатоотводчика заключается в гидравлическом разделении паровой и конденсатной сторон.
Отвод конденсата из паропроводов необходим для эффективной и безопасной транспортировки пара. Конденсат в паропроводах с насыщенным паром неизбежно присутствует, он образуется за счет теплопотерь на стенках трубы. Наличие большого количества конденсата в паропроводе вызывает гидравлические удары, ограничивает пропускную способность паропровода и ускоряет коррозию и эрозию. Если не применять конденсатоотводчики, а дренировать конденсат другими способами (например, приоткрытым вентилем), то в большинстве случаев подобные способы снижают эффективность эксплуатации паропроводов, так как часть пара безвозвратно теряется, выходя вместе с конденсатом.
Конденсатоотводчик является чрезвычайно ответственным устройством, от качества его работы зависит не только эффективность работы пароконденсатной системы, но также и ее безопасная эксплуатация. Именно поэтому требования, предъявляемые к конденсатоотводчику, традиционно высоки. Часто конденсатоотводчики работают в крайне неблагоприятных для трубопроводной арматуры условиях, среди которых: переменный расход, высокий перепад давления, высокая температура, наличие загрязнений в рабочей среде, работа сразу с несколькоми средами (пар, конденсат, воздух). Для сохранения работоспособности в течение длительного времени, конденсатоотводчик должен обладать выдающимися характеристиками. Многообразие технических условий в тепловых процессах, требующих применения конденсатоотводчиков, обусловило необходимость использования нескольких типов конденсатоотводчиков в зависимости от конкретного приложения. Именно поэтому не существует универсального конденсатоотводчика, одинаково подходящего для всех процессов. На рисунке ниже приведены лишь некоторые модели из довольно большого многообразия конденсатоотводчиков, предлагаемых на рынке трубопроводной арматуры. Здесь приведены некоторые типовые заблуждения , касающиеся подхода к выбору конденсатоотводчиков.
Конденсатоотводчик в переводе с английского языка «Steam trap» означает ловушка для пара. Основная функция его заключается в непрерывном удалении конденсата водяного пара из системы трубопроводов и теплотехнического (теплообменного) оборудования, использующего пар. Конденсат может образовываться при потере паром тепла в теплообменниках или в процессе нагрева системы трубопроводов и установок, когда часть пара осаждается на внутренних стенках системы, превращаясь в воду. Присутствие конденсата в системах пароснабжения приводит к гидроударам, потери тепловой мощности и понижению качества пара.
От качества работы конденсатоотводчика зависит не только бесперебойная работа пароконденсатной системы, но и ее безопасная эксплуатация. Подбор конденсатоотводчика основывается на рабочей температуре и давлении в системе, а также на количестве образующегося конденсата.
Основные требования к конденсатоотводчикам, следующие из их предназначения:
Бесперебойное и надежное отведение конденсата без потерь свежего пара.
. Своевременное отведение воздуха и газов в момент ввода в эксплуатацию паровой установки.
. Компактность.
. Стойкость к воздействию среды с абразивными включениями.
. Стойкость к гидроударам и долгий срок службы.
. Большая производительность при небольших перепадах давлений (например, дренаж паропровода при пусковых режимах).
. Отведение небольшого количества конденсата без потерь пара при большом перепаде давлений (например, дренаж паропровода в нормальных условиях эксплуатации).
Чтобы соответствовать таким многообразным требованиям существуют несколько типов конденсатоотводчиков, отличающихся по принципу работы:
Поплавковые (механические) конденсатоотводчики, которые управляются уровнем конденсата;
. термические конденсатоотводчики, которые управляются температурой конденсата;
. термодинамические конденсатоотводчики, включающиеся в работу в зависимости от состояния среды.
Механические (поплавковые) конденсатоотводчики.
Применяются для отведения конденсата из теплообменников, в также в системах, где требуется быстрое опорожнение от конденсата. Принцип работы механических конденсатоотводчиков основывается на разной плотности пара и конденсата, а также на усилии закрытия от поплавка.
Конденсат, наполняя внутреннюю камеру конденсатоотводчика, поднимает поплавок, открывая при этом выпускной клапан. При поступлении пара в конденсатоотводчик, уровень конденсата снижается, и выпускной клапан закрывается. осуществляют непрерывное отведение конденсата практически при температуре насыщения пара. Этот тип конденсатоотводчиков целесообразен для теплообменных аппаратов с большой поверхностью теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.
Преимущества поплавковых конденсатоотводчиков:
Непрерывный вывод конденсата из системы при температуре насыщения.
. Отвод больших объемов конденсата без потери пара.
. Автоматический отвод воздуха и неконденсированный газов при пусковых и нормальных режимах работы.
. Отвод конденсата при малых и больших перепадах давлений, нестабильных значениях перепада давлений и расхода.
. Быстрое опорожнение системы.
. Ремонтопригодность. Замена регулятора на другой (с другим сечением) без демонтажа конденсатоотводчика.
Недостатки поплавковых конденсатоотводчиков:
Подвержены замерзанию при установке на улице (при отрицательных температурах).
. Большие габаритные размеры.
. Слабая устойчивость к гидроударам.
Термические конденсатоотводчики.
Принцип управления этого конденсатоотводчика основан на изменении температуры конденсата. Если температура внутри клапана становится ниже на несколько градусов температуры насыщенного пара, клапан - открывается; как только температура приближается к значению для соответствующего давления пара - закрывается. Характер работы термического конденсатоотводчика - дискретный (периодический). При выборе его исполнения и настроек можно варьировать значениями температуры открытия и закрытия клапана.
К этой группе конденсатоотводчиков относятся биметаллические и мембранно-капсульные конденсатоотводчики.
Биметаллические конденсатоотводчики.
Применяются в системах отопления и горячего водоснабжения.
Работа термодинамического конденсатоотводчика основана на аэродинамическом эффекте и термодинамических свойствах воды. Так как в потоке среды сумма статического давления (потенциальная энергия) и динамическое давление напора (кинетическая энергия) всегда величина постоянная, при снижении статического (манометрического) давления, динамическое давление возрастает и наоборот. Во время пуска системы когда корпус конденсатоотводчика наполняется холодным конденсатом, диск клапана прижимается вверх, что дает возможность конденсату беспрепятственно проходить через выпускные отверстия. По мере разогрева системы, температура конденсата возрастает и статическое давление, соответственно, повышается. В свою очередь, часть статического давления преобразуется в скорость в зазоре между седлом и диском, что приводит к опусканию диска и закрытию выпускных отверстий.
Преимущества термодинамических конденсатоотводчиков:
Компактность, простота конструкции и небольшой вес.
. Возможность применения в системах с перегретым паром.
. Монтаж в любом положении.
. Устойчивость к гидроударам, вибрации, коррозии и размораживанию.
Недостатки этого типа:
. «Пролетный пар» при срабатывании.
. Противодавление не должно превышать 60 % от давления в системе.
. Плохое отведение воздуха.
. Требуется периодическое обслуживание: открывать конденсатоотводчик для образования новой паровой подушки над пластиной клапана.
. При изменении погодных условий (ветер, дождь, снег и тд) увеличивается частота циклов срабатывания, соответственно уменьшается срок эксплуатации.
Итак, существенно отличаются по принципу работы и, соответственно, имеют применение в разных системах и условиях эксплуатации. Выбор оптимального типа зависит от таких рабочих параметров системы, как: химический состав, температура и давление рабочей среды, температура окружающей среды, пропускная способность системы и тд. Все эти параметры обозначены в опросном листе, который необходимо заполнить при заявке на подбор конденсатоотводчика специалистами нашей компании.
Грамотный подбор конденсатоотводчика обеспечивает не только бесперебойное и беспроблемное функционирование системы, но и оптимизации затрат в результате повышения энергоэффективности системы. Неправильный же подбор приводит к некорректной работе системы в целом и, соответственно, дополнительным расходам материальных средств.
Для корректной работы системы и правильности подбора (определения типа) можно обратиться к специалистам нашей компании, которые имеют большой опыт в применении конденсатоотводчиков в пароконденсатных системах и регулярно проходят обучение у ведущих производителей данного оборудования.
Будем рады ответить на вопросы любым удобным для вас способом!
В английском языке отсутствует прямой перевод слова конденсатоотводчик.
Конденсатоотводчик именуется Steam trap , что переводится как паровая ловушка.
Эти определения красноречиво характеризуют различие в философии решения этой проблемы двумя различными технико-экономическими культурами. Российская (советская) инженерная мысль сконцентрирована на процессе отвода конденсата из паровой области теплообменных аппаратов, не останавливаясь на том, как достигается эффективность теплопередачи в паро-конденсатном цикле. Для удаления конденсата в определенных случаях можно найти схемы с использованием пролетного пара. Англо-говорящие коллеги в этой же проблеме подошли с другой стороны: при конденсации пара его потери в технологическом процессе должны отсутствовать.
Следует констатировать, что в массовом применении в промышленности и паровом отоплении второй подход оказался более перспективным. Как известно, пролетный пар является основным компонентом в общей сумме потерь пара в системах пароиспользования. Его доля составляет в среднем порядка 25-30% общего потребления пара. Не говоря об истоках, сформировавшееся пренебрежение к «ловле пара» привело к дискредитации применения конденсатоотводчиков, прекращению развития их производства и сопутствующих схем использования. Завышенные расходы пара являются повсеместным признаком производств, созданных в рамках философии отвода конденсата любыми средствами, причиной ускоренного старения оборудования и трубопроводов, неумолимого падения конкурентной способности выпускаемой продукции.
К сожалению, типичной картиной на производстве является наличие неработающего конденсатоотводчика, в котором внутренние части удалены персоналом для обеспечения отвода конденсата. Сожаление вызывает не то, что конденсатоотводчик неисправен, а то, что его «модернизация» обеспечила приемлемые условия для работы основного оборудования.
Сегодня широкое применение нашли порядка десяти типов конденсатоотводчиков. Как правило, все типы выпускаются ведущими изготовителями. По основному принципу действия можно выделить три класса приборов:
-
-
-
Каждый изготовитель имеет особое пристрастие к той конструкции, которая определила развитие предприятия, технология производства и применения которой им наиболее развиты. Таких предприятий, специализирующихся на разработке, производстве и применении «всех» типов конденсатоотводчиков, в мире также не более десятка.
Компания Армстронг Интернешнл является одной из старейших в мире компанией в данной области и, несомненно, одной из мудрейших. Визитной карточкой компании является конденсатоотводчик с перевернутым стаканом (с отрезанным снизу закрытым поплавком), изобретенный Адамом Армстронгом в 1911 году. В отличие от разрезанного поплавка, плавающего в конденсате подобно ковшику, перевернутый стакан совершил целую революцию в области конденсатоотвода. Вошедший во все учебники конденсатоотводчик составил основу успешного развития семейного бизнеса. А опыт, приобретенный в течение века в борьбе с потерями пара, определил мировую славу университетов Армстронг.
«Неразделенное знание ведет к потере энергии» - утверждение, определяющее кредо компании, базируется на вековом собственном опыте. Большинство советов, оценок и руководств, приведенных здесь, взяты из материалов, присылаемых регулярно компанией своим партнерам, и не требует специального разрешения для публикации. Они вошли в руководства многих конкурирующих между собой предприятий и служат одной цели: обеспечить устойчивые темпы снижения потребления пара за счет эффективного применения качественного оборудования.
Существуют и экзотические модели приборов, доказывающие гибкость и неуспокоенность инженерной мысли в изобретении устройств, формирующих физическую границу фазового перехода пара при передаче нагреваемой среде своей скрытой теплоты. Невостребованные в советское время модели продолжают поиск своей области применения и своих инвесторов.
1.1. Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом
- Запатентован А.Армстронг в 1911 г. в США.
|
- Конденсат заполняет внутреннее пространство конденсатоотводчика и поднимается к седлу, установленному в крышке прибора. Стакан под собственным весом находится внизу корпуса, удерживая золотник, укрепленный на донышке стакана, от закрытия проходного сечения седла. Конденсат истекает через седло в конденсатопровод под действием разности давлений на входе конденсатоотводчика и в конденсатопроводе.
- Когда пар начинает поступать в конденсатоотводчик, он попадает в открытую полость стакана, выдавливает конденсат и, занимая больший объем, создает подъемную силу, заставляющую стакан всплыть и закрыть седло.
- Пар начинает конденсироваться, разделяясь на жидкую и газообразную фазы. Последняя поступает вверх через вентиляционное отверстие в донышке стакана и отодвигает стакан (золотник) от седла.
- Конденсат и «воздух» уходят через седло в крышке конденсатоотводчика, объем воздуха в стакане уменьшается и он под собственным весом начинает опускаться,
Преимущества
- Седло находится в верхней части прибора и практически всегда свободно от загрязнения.
- Конденсат отводится при температуре насыщения.
- Открытый стакан поплавка не боится гидроударов, обеспечивая длительный срок службы прибора.
- Золотник при работе притирается (подбивается) к седлу, что повышает герметичность прибора и исключая наличие пролетного пара.
- За счет выбора типоразмера седла отводит конденсат в широком диапазоне расходов и перепадов давлений.
- Функционирует при высоких давлениях и температурах.
- При поломке седло не блокируется и остается открытым (важное требование для пароспутников).
- Доступные опции: фильтр, обратный клапан - устанавливаются в корпусе прибора, не увеличивая габариты узла.
- Широкий ряд седел и корпусов с подтвержденными характеристиками пропускной способности;
- Унифицированный свободно плавающий механизм присоединения стакана из нержавеющей стали (отсутствие перекосов и заклинивания стакана);
- Широкий ряд встраиваемых аксессуаров (обратный клапан, фильтр, клапан защиты от замерзания, термоклапан отвода воздуха, датчик контроля работоспособности прибора);
- Специальная модификация прибора для работы на перегретом паре;
- Исполнения горизонтального, вертикального (снизу вверх) и произвольного подключения конденсатоотводчиков с помощью универсальной присоединительной головки, в том числе с отводом конденсата сверху вниз;
- Модификация конденсатоотводчика для работы на воздуховодах путем установки иглы для разрыва пузырьков или масляной пленки, что существенно при отводе конденсата с существенным наличием масла.
- Ограниченная пропускная способность по отводу воздуха.
- Необходимость предварительного заполнения корпуса конденсатом для исключения проскоков пара при начальном запуске (организация гидрозатвора).
Так как при охлаждении водяного пара образуется конденсат и воздух (в первую очередь углекислый газ, который вступая в реакцию с конденсатом образует угольную кислоту – основную причину коррозии стальных конструкций и оборудования), а седло находится в нижней части, что исключает возможность отвода неконденсируемых газов через него, то поплавковые конденсатоотводчики для обеспечения функционирования имеют термостатический воздушный клапан, который выполняет две функции: удаление неконденсируемых газов и исключение образования в корпусе воздушной пробки.
Слабость закрытого (полого) поплавка к гидроударам, засорение («заиливание») седла твердыми частицами вследствие эрозии внутренних поверхностей трубопроводов и отложением солей, большой объем неконденсируемых газов, образующихся при конденсации водяного пара, стимулировали конструкторов на поиски различных модификаций поплавкового механизма (свободно плавающий поплавок; рычаг, оснащенный иглой для очистки седла; клапан для удаления воздушной пробки, ...). Основной областью применения поплавковых конденсатоотводчиков остается зона свободного истечения конденсата больших объемов.
Принцип действия:
Конденсатоотводчик использует закрытый поплавок в качестве силового элемента, выталкиваемого Архимедовой силой и открывающего седло для отвода конденсата. Для предотвращения блокировки отвода конденсата неконденсируемыми газами (с последующим ростом давления в системе) и для исключения образования угольной кислоты, в верхней части крышки конденсатоотводчика устанавливается термостатический воздушный клапан, открывающийся при его охлаждении нерастворимыми газами и холодным конденсатом.
- При заполнении прибора конденсатом поплавок поднимается и открывает выпускное отверстие (седло), расположенное в нижней части конденсатоотводчика.
- При поступлении в прибор пара, закрывается термостатический воздушный клапан и под давлением пара и собственной тяжестью поплавок опускается, закрывая выпускное отверстие.
- Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщения пара и больших расходах.
- Устойчивый и непрерывный отвод больших объемов неконденсируемых газов.
- Большой срок службы.
- Нечувствительность к переменным нагрузкам.
- Большие габариты и, соответственно, высокие тепловые потери на неизолированном корпусе.
- При поломке, как правило, блокируется седло.
- Чувствителен к гидроударам и образованию воздушной пробки.
- Седло склонно к «заиливанию».
- Дополнительные приборы (фильтр, обратный клапан) устанавливаются вне корпуса, увеличивая габариты узла отвода конденсата.
Термодинамический конденсатоотводчик является основным оружием в арсенале компании Spirax Sarco (UK).
Принцип действия:
- Конденсатоотводчик состоит из камеры «вскипания», образуемой свободным пространством над золотником-диском, перекрывающим вход и выход из камеры.
- Холодный конденсат своим давлением на входе поднимает диск в корпусе клапана, открывая проходной канал между входом и выходом для отвода конденсата.
- При поступлении пара скорость истечения среды под диском возрастает, а давление падает, вынуждая диск опускаться и прикрывать проходной канал.
- Горячий конденсат, попадая в камеру более низкого давления за диском, вскипает и формирует повышенное давление над диском.
- Под действием двух сил сверху и снизу диск закрывается и садится на седло.
- Пар вторичного вскипания над диском конденсируется, образуя вакуум, который поднимает диск. Конденсат начинает поступать под диском в корпус и камеру «вскипания» конденсатоотводчика, цикл повторяется.
- Отвод конденсата при температуре насыщенного пара.
- Компактные размеры и широкий диапазон давлений и температур эксплуатации
- Низкие тепловые потери
- Сравнительно низкая цена
- При поломке седло остается открытым (в качественно изготовленном приборе).
- Не пропускает неконденсируемые газы.
- Чувствителен к загрязнениям. Требует обязательной установки фильтра.
- Циклическое повышение давления в конденсатопроводе при работе.
- Допускает проскоки острого пара.
- Требует высоких скоростей для работы (давление на входе должно превышать противодавление, как правило, не менее чем в 2 раза).
- Ограниченный срок службы (из-за интенсивного износа диска).
Принцип действия
- Горячий конденсат проходит через сужающее устройство с скоростью, пропорциональной квадратному корню из разности давлений на «шайбе».
- Попадая в область низкого давления за сужением, конденсат вскипает, пар вторичного вскипания создает дополнительное противодавление и формирует гидрозатвор перед проходным сечением.
- При постоянном перепаде давлений и проходном сечении, отвечающем расходу конденсируемого пара, устройство обеспечивает устойчивый отвод конденсата при отсутствии пролетного пара.
- Простота и доступность изготовления.
- Компактность.
- Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщенного пара (при адекватном расчете).
- Заиливание или эрозия кромки проходного сечения. «Отказ» конденсатоотводчика выражается в закрытии седла или появлению пролетного пара.
- При колебаниях нагрузки теряется устойчивость отвода конденсата (появляется пролетный пар и/или обводнение паропровода (возвратное течение конденсата).
- Вторичный пар ведет к повышению давления в конденсатопроводе.
- Нестационарный режим работы оборудования приводит к неработоспособности данной конструкции (потере гидрозатвора, постоянным гидроударам, пролету пара через седло, либо обводнению парового пространства).
В настоящее время данная конструкция приобретает усилиями ряда компаний второе «цивилизованное» дыхание. Использование сопла вентури, рассчитанного на рабочие условия, обеспечивает условия «саморегуляции» в некотором диапазоне, что улучшает эксплуатационные свойства данного типа конденсатоотводчиков.
Существует целая гамма термостатических конденсатоотводчиков, отличающихся механизмом скорости изменения проходного сечения. Можно выделить три основных конструкции:
- термостатический конденсатоотводчик, сбалансированный по давлению;
- терможидкостной конденсатоотводчик;
- биметаллический конденсатоотводчик.
Принцип действия.
- Холодный конденсат поступает в корпус конденсатоотводчика и, обходя гофрированную емкость (сильфон) с жидкостью, отводится через калиброванное седло прибора. Жидкость имеет кривую температуры насыщения (t-P), близкую к кривой насыщения воды.
- При повышении температуры конденсата в корпусе конденсатоотводчика жидкость, залитая в термостатический элемент, вскипает при давлении, близком к рабочему давлению пара, и расширяется в сильфоне.
- Сильфон при повышении внутреннего давления жидкости изменяет габариты и заставляет золотник закрыть седло.
- Пар конденсируется и конденсат охлаждается, жидкость в термостатическом элементе конденсируется, под действием «вакуума» внутри и давления пара извне сильфон возвращается к начальной форме, открывая седло.
- Цикл повторяется.
Пропускная способность термостатического конденсатоотводчика определяется перепадом давления на седле и его проходным сечением. Регулировка проходного сечения выполняется путем начальной установки золотника в седле относительно заданной температуры охлаждения конденсата в корпусе прибора, что ведет к различной интенсивности охлаждения конденсата до седла. Сильфон автоматически настраивается к изменению нагрузки, имея максимальную пропускную способность при холодном конденсате. При повышении температуры конденсата проходное сечение незначительно уменьшается за счет расширения жидкости, а при температуре кипения жидкости (при температуре конденсата, близком температуре насыщения пара) проходное сечение резко уменьшается за счет расширения сильфона или капсулы, обеспечивая минимальный расход конденсата на прогретом оборудовании. При появлении пара седло закрывается полностью.
Преимущества
- Компактность
- Пониженная температура конденсата на выходе
- Пониженное давление в конденсатопроводе
- При «отказе» закрывается седло
- Не работает на перегретом паре
- Чувствителен к гидроударам и резким колебаниям давления
- Чувствителен к размораживанию
- Ограниченный срок службы сильфона
Термостатические конденсатоотводчики с деформируемой капсулой на рынке появились в начале 80-х годах ХХ века. Встроенный термоэлемент представляет капсулу с наполнителем, который при изменении температуры деформирует изнутри форму капсулы, при этом изменяется пропускная способность и быстродействие конденсатоотводчика. Капсула заменяется в корпусе прибора в считанные минуты. Появление быстро восстанавливаемых конденсатоотводчиков было вызвано необходимостью обеспечить высокую живучесть систем парового отопления, где на радиаторах устанавливались термостатические конденсатоотводчики. Быстрая замена капсулы открыла вторую жизнь паровому отоплению, широко используемому в офисных, гостиничных, больничных зданиях и университетских городках США.
Отличительной особенностью термостатических конденсатоотводчиков является наличие конденсата в корпусе прибора (и перед ним), иначе говоря его «подтопленность». Этим обеспечивается формирование гидрозатвора и охлаждение конденсата на выходе на 10 °С и ниже температуры насыщения. Данная особенность является существенной - снижает образование вторичного пара и позволяет утилизировать в определенных системах (прежде всего системах парового отопления) теплоту в конденсате, охлаждаемом в паровой области тепловых аппаратов.
«Подтопленность» прибора ограничивает его применение при низких температурах, а также в случаях, когда паровая область теплообменного аппарата должна быть осушена при температуре насыщения.
3.2. Конденсатоотводчик биметаллический:
Является визитной карточкой компании Velan (Канада). Идеальный прибор для отвода конденсата, образующегося при транспортировке перегретого пара. Набор биметаллических дисков позволяет подобрать очень точный и широкий динамический диапазон перекрытия седла в зависимости от температуры среды и перепада давления конденсата, действующих на биметаллические диски. Биметаллические конденсатоотводчики изменяют свою пропускную способность в больших пределах в зависимости от нагрева, что особенно важно при прогреве паропроводов и высокотемпературных аппаратов.
Принцип действия:
- Пластина, выполненная из двух слоев металла с различными коэффициентами теплового расширения, изгибается при изменении температуры среды, поднимая золотник и открывая проходное сечение.
- Изгиб пластины вызывает изменение положения золотника.
- Давление пара на клапан, закрывающее седло, и изгиб пластин по действием температуры, поднимающий клапан, определяют равнодействующую сил, которая автоматически регулирует положение золотника.
- Установленное проходное сечение по температуре охлажденного конденсата обеспечивает минимальный расход на рабочих параметрах.
- При установленной температуре и отсутствии конденсата конденсатоотводчик полностью закрывается.
- Ход и скорость хода штока (расход конденсата) регулируются числом пластин в широких пределах изменения температур и давлений.
- Непрерывный отвод конденсата при высоких температурах и низких давлениях
- Изменяющаяся и регулируемая пропускная способность в широких пределах
- Высокая пропускная способность
- Компактность
- Ремонтнопригодность
- Чувствительность к загрязнениям
- Повышенная эрозия седла и золотника
- При «отказе» может быть в любом положении
- На насыщенном паре низкая скорость реакции на колебания давления
- Чувствителен к «размораживанию»
3.3. Термостатический конденсатоотводчик с терможидкостью
На рынке появились в конце 80-х годах ХХ века, также как и термостатические конденсатоотводчики с заменяемой капсулой.
Принцип действия:
- Термоэлемент изменяет свой объем пропорционально температуре конденсата.
- Изменение объема термоэлемента ведет к изменению положения золотника на седле и соответствующему изменению проходного сечения конденсатоотводчика.
Характеристика термоэлемента изменяет пропускную способность в широких пределах от холодного конденсата до минимального уровня в зависимости от температуры, действующий на термоэлемент. Регулирование расхода по температуре позволяет выпускать различные конструкции термостатических клапанов и реализовать различные энергоэффективные режимы отвода конденсата, например, при низких давлениях пара, отводить конденсат по температуре окружающего воздуха и т.п.
Преимущества:
- Непрерывный отвод конденсата и неконденсируемых газов
- Компактность
- Работает при низких давлениях и низких температурах
- Адаптивная пропускная способность
- Снижение температуры конденсата
- При «отказе» может быть в любом положении.
- Чувствителен к гидроударам
- Не работает при высоких давлениях и больших расходах
- Чувствителен к «размораживанию» (если конденсат не сливается самотеком вниз).
| 2.1. Конденсат рекомендуется отводить из теплообменников самотеком (рис.11) | |
| 2.2. Для работы конденсатоотводчика требуется определенный перепад давления (рис. 12) |
 |
| 2.3. Если после конденсатоотводчика конденсатная линия поднимается, то перепад давления на конденсатоотводчике уменьшается, примерно, на 1 бар на каждые 7 метров подъема (рис. 13) |
 |
| 2.4. Если перед конденсатоотводчиком существует вертикальный участок трубопровода, то в нижней точке этого вертикального участка необходимо предусмотреть гидравлический затвор (рис. 14) |
 |
| 2.5. Диаметр конденсатопровода должен подбираться с учетом объема пара вторичного вскипания для того, чтобы избежать повышения давления в конденсатопроводе (рис. 15) |
 |
2.6. Конденсат и, по возможности, пар вторичного вскипания следует собирать и использовать повторно (рис. 16)
2.7. Каждый теплообменник должен дренироваться индивидуально
2.7.1. Отдельный конденсатоотводчик после каждого теплообменника (индивидуальный дренаж) (рис. 17)
2.7.2. Дренаж нескольких параллельно установленных теплообменников с помощью одного конденсатоотводчика (рис. 18
2.7.3. Дренаж нескольких последовательно установленных теплообменников (например, многоплитные прессы) (рис. 19)
2.8. Подтопление конденсатом (плюсы и минусы)
2.8.1. Подтопление конденсатом парового пространства теплообменника снижает скорость теплопередачи (рис. 20)
2.8.2. Подтопление теплообменника конденсатом приводит к экономии топлива за счет сокращения потребления пара. Однако необходимо учитывать то, что это может приводить к возникновению гидроударов
2.9. Меры по предотвращению гидроударов
2.9.1. Правильная организация отвода конденсата из паровых пространств (рис. 21 и 22)
Возможные причины подтоплений:
Ошибочно подобранный конденсатоотводчик (например, неправильный тип, конденсат отводится периодически, недостаточная пропускная способность). Конденсатоотводчик работает неправильно (например, конденсатоотводчик не открывается или открывается со слишком большим переохлаждением). Перепад давления на конденсатоотводчике слишком мал из-за больших потерь напора внутри теплообменника при низких нагрузках (например, давление в конденсатной линии > 1 бар(абс), а давление в теплообменнике при низкой нагрузке < 1 бар(абс)).
Меры по предотвращению гидроударов:
Для непрерывного отвода конденсата из теплообменников без подтоплений используйте только поплавковые конденсатоотводчики типа UNADuplex. Конденсатоотводчик должен быть достаточно большим, так как при малых нагрузках давление перед конденсатоотводчиком может быть очень низким (вплоть до вакуума). При этом требуется, чтобы давление в конденсатной линии не повышалось, чтобы после конденсатоотводчика не было подъемов конденсатопровода, и чтобы конденсатоотводчик устанавливался в самой нижней точке, обеспечивая тем самым дополнительный гидростатический напор. Если в теплообменнике возможно образование вакуума, то после регулирующего парового клапана рекомендуется установить прерыватель вакуума (обратный клапан RK).
В тех случаях, когда теплообменное оборудование с регулированием по «паровой стороне» работает в широком диапазоне тепловых нагрузок (при этом давление в паровом пространстве изменяется от вакуума до максимального рабочего значения) и стандартные конденсатоотводчики не могут обеспечить стабильный отвод конденсата, то рекомендуется применять специальные перекачивающие конденсатоотводчики UNA25-PK (см. рис. 8d)
Перекачивающие конденсатоотводчики работают в двух режимах: при достаточном перепаде давления - как нормальный поплавковый конденсатоотводчик, при недостаточном перепаде давления-как механический конденсатный насос. Переключение из одного режима в другой происходит автоматически в зависимости от уровня конденсата внутри конденсатоотводчика.
Для перекачивания конденсата используется «острый пар». Встроенные обратные клапаны обеспечивают движение конденсата в одном направлении. Подача «острого пара» в конденсатоотводчик и открытие вентиляционного клапана происходит автоматически.
2.9.4. Конденсатоотводчики непрерывного действия
Термостатические конденсатоотводчики зачастую отводят конденсат периодически и, следовательно, рекомендуются к применению на небольших расходах конденсата. Для отвода конденсата из теплообменников (и в данном конкретном примере пароводяной теплообменник с регулированием “по пару”) рекомендуется использовать поплавковые конденсатоотведчики UNA!
2.9.5. Гидрозатворы и компенсаторы гидроударов в случае подъема конденсата
2.9.6. Правильное расположение различных конденсатных линий и конденсатного коллектора (рис. 26 и 27)
1.10. Воздух и другие неконденсируемые газы, присутствующие в паре, снижают температуру пара и нагревательную способность теплообменников, и могут приводить к неравномерному нагреву продукта (критично, например, для прессов, вращающихся сушильных цилиндров) (рис. 3 и 28)
Теплообменники небольшого и среднего размера достаточно хорошо вентилируются через конденсатоотводчики со встроенной функцией автоматического отвода воздуха.
