Пар - один из наиболее эффективных теплоносителей, который моментально передает всю тепловую энергию потребителю при соприкосновении с теплопередатчиком. Кроме того, газообразной фазе легко придать требуемые характеристики - необходимую температуру и давление.

Но при взаимодействии пара и оборудования образуется большое количество конденсата, что приводит к гидроударам, снижению тепловой мощности и ухудшению качеств газообразной фазы. Для борьбы с выпадающими на поверхности труб капельками воды необходимо использовать паровой конденсатоотводчик. На зарубежных предприятиях подобную арматуру именуют «ловушкой для пара», что полностью отражает функциональное назначение прибора.

Ловушки для пара

Конденсатоотводчики представляют собой одну из разновидностей промышленной трубопроводной арматуры, которая предназначена для предотвращения выпадения конденсата при использовании пара и более эффективного использования его тепловой энергии.

В результате серии опытов было доказано, что внедрение конденсатоотводчика в комплекс оборудования сохраняет до 20 % полезной энергии острого пара.

Виды конденсатоотводчиков

В зависимости от конструкции и реализованного принципа работы, трубопроводная арматура может быть механической, термодинамической или термостатической. Любой тип паровых конденсатоотводчиков должен отвечать двум основным требованиям:

• отведение конденсата без потерь острой газообразной фазы;
• автоматический отвод воздуха из системы.

Конденсат образуется из-за потерь паром тепла в теплообменниках, а также в момент прогрева установок трубопроводов, когда часть газообразной фазы превращается в воду. Выпадение большого количества влаги снижает энергоэффективность оборудования, ускоряет его износ. Поэтому так важно с ним бороться.

Механические конденсатоотводчики

Механическая арматура является наиболее надежной, и от того популярной, «ловушкой для пара». Ее принцип работы основан на разности в плотностях водяного пара и конденсата, а основным исполнительным элементом является поплавок. В зависимости от конструкции поплавка выделяют следующие виды арматуры:

• конденсатоотводчик паровой поплавковый сферический открытого или закрытого типа;
• поплавковый элемент колокольного типа, или конденсатоотводчик перевернутый закрытый.

Каждый тип арматуры работает по своей определенной схеме, обладает преимуществами и недостатками, знание которых позволит реализовать наиболее эффективную схему работы на предприятии.

Конденсатоотводчики со сферическим поплавком

Основу конструкции этого типа арматуры составляет сферический поплавок. Он расположен во внутренней полости выпускного клапана и соединен с клапаном-рычагом. Кроме того, в состав конденсатоотводчика входит

Принцип работы парового конденсатоотводчика с шаровидным поплавком можно разбить на два этапа:

1. Конденсат через патрубок поступает в прибор, заполняет внутреннюю полость и поднимает поплавок, который тянет за собой рычаг-клапан и открывает отверстие для удаления воды.
2. При поступлении в прибор горячего пара срабатывает термоклапан, пар начинает накапливаться в полости и заставляет поплавок опуститься на дно, выходное отверстие перекрывается.

Так происходит отделение конденсата от пара. Благодаря наличию в конструкции термостатического клапана происходит автоматическое удаление освободившегося газа, а также предотвращается появление воздушной пленки в полости, которая заклинивает прибор.

Преимущества и недостатки

Типичным представителем арматуры со сферическим поплавком является конденсатоотводчик паровой FT-44. Основные плюсы и минусы устройств разберем на его примере. Главное, что отмечают специалисты, - это нечувствительность прибора к переменным нагрузкам.

Устройство способно непрерывно отводить конденсат как при температуре насыщения паров, так и при больших нагрузках. Устойчивое и непрерывное отделение неконденсируемых газов - следующее преимущество арматуры. Все это в сочетании с долгим сроком службы обусловлено простой конструкцией аппарата.

Главным же недостатком прибора являются большие размеры, что повышает потери тепла на неизолированные элементы корпуса. Высокая чувствительность к гидроударам и требовательность к «чистоте пара» (возможно заиливание клапана) - еще два минуса конденсатоотводчиков этого типа.

Конденсатоотводчики колокольного типа

Как ясно из названия, главным элементом этого типа парового конденсатоотводчика является колокол, или поплавок «перевернутый стакан». Сам прибор имеет цилиндрическую форму, довольно громоздкий (больше, чем предыдущий представитель), но обладает большим набором преимуществ.

В начальном положении перевернутый поплавок находится на дне клапана и своим дном упирается в вертикальную трубку. К стакану прикреплен рычаг золотника, который расположен в крышке арматуры. Отделение пара от конденсата происходит за четыре шага:

1. Через входной патрубок вода поступает в прибор, заполняет внутреннюю полость и под давлением через открытый золотник выливается наружу.
2. Пар, поступая в систему, начинает давить на дно поплавка, заставляя его всплыть в объеме конденсата и перекрыть золотник.
3. Пар, находясь внутри стакана, начинает разлагаться на жидкую и газообразную фазу. Последняя проходит через специальный канал в донышке, поступает к золотнику и отодвигает его.
4. Конденсат и остатки газообразной фазы через отверстие в донышке покидают стакан, поплавок начинает отпускаться, вновь открывая золотник.

Циклическим повторением описанных операций происходит полное и эффективное отделение острого пара от конденсата. Данная технология была запатентована в 1911 году, но и по сей день остается актуальной.

Достоинства и недостатки

Ярким представителем арматуры типа «перевернутый стакан» является паровой конденсатоотводчик Zamkon. Плюсы и минусы приборов этой категории разберем на его примере.

Здесь минусом также считаются большие размеры, что в значительной мере сказывается на потере тепловой энергии на неизолированных элементах. Другим недостатком специалисты называют ограниченную пропускную способность, что не дает использовать арматуру на высокопроизводительном оборудовании.

Преимуществ у конденсатоотводчика значительно больше. Во-первых, золотник не подвержен загрязнению, что увеличивает надежность прибора. Во-вторых, арматура не боится гидроударов. В-третьих, удаление конденсата возможно даже при высоких температурах.

В случае выхода из строя выпускной клапан остается открытым, что спасает от поломки комплекс оборудования. Наконец, все дополнительные узлы и агрегаты, такие как фильтры или обратные клапаны, устанавливаются непосредственно в корпус парового конденсатоотводчика. Это снижает потери тепловой энергии и снижает габариты целого комплекта устройств.

«Термическая» арматура

Термостатические и термодинамические конденсатоотводчики функционируют за счет способности различных сред расширяться и сужаться при повышении или понижении температуры. Вместе с ростом температуры, например, при поступлении пара, запорный элемент расширяется и перекрывает канал, который отводит конденсат.

Принцип работы других устройств основан на изменении давления внутри системы в результате взаимодействия плотной (холодной) и разреженной (горячей) среды. Основными элементами в таких устройствах являются На фото паровой конденсатоотводчик представлен с биметаллическим элементом.

Подобный тип оборудования имеет сложную конструкцию и на практике используется редко. Низкая популярность обусловлена также сложным, а зачастую и невозможным ремонтом. Применение оборудования данного типа оправдано только на особо ответственных промышленных установках.

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.

Принцип действия:

1. 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.
2. 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.
3. Пар начинает конденсироваться, разделяясь на жидкую и газообразную фазы. Последняя поступает вверх через вентиляционное отверстие в донышке стакана и отодвигает стакан (золотник) от седла.
4. Конденсат и «воздух» уходят через седло в крышке конденсатоотводчика, объем воздуха в стакане уменьшается и он под собственным весом начинает опускаться,

Цикл повторяется.

Преимущества

1. Седло находится в верхней части прибора и практически всегда свободно от загрязнения.
2. Конденсат отводится при температуре насыщения.
3. Открытый стакан поплавка не боится гидроударов, обеспечивая длительный срок службы прибора.
4. Золотник при работе притирается (подбивается) к седлу, что повышает герметичность прибора и исключая наличие пролетного пара.
5. За счет выбора типоразмера седла отводит конденсат в широком диапазоне расходов и перепадов давлений.
6. Функционирует при высоких давлениях и температурах.
7. При поломке седло не блокируется и остается открытым (важное требование для пароспутников).
8. Доступные опции: фильтр, обратный клапан - устанавливаются в корпусе прибора, не увеличивая габариты узла.

Преимущества конденсатоотводчиков производства Армстронг:

1. Широкий ряд седел и корпусов с подтвержденными характеристиками пропускной способности;
2. Унифицированный свободно плавающий механизм присоединения стакана из нержавеющей стали (отсутствие перекосов и заклинивания стакана);
3. Широкий ряд встраиваемых аксессуаров (обратный клапан, фильтр, клапан защиты от замерзания, термоклапан отвода воздуха, датчик контроля работоспособности прибора);
4. Специальная модификация прибора для работы на перегретом паре;
5. Исполнения горизонтального, вертикального (снизу вверх) и произвольного подключения конденсатоотводчиков с помощью универсальной присоединительной головки, в том числе с отводом конденсата сверху вниз;
6. Модификация конденсатоотводчика для работы на воздуховодах путем установки иглы для разрыва пузырьков или масляной пленки, что существенно при отводе конденсата с существенным наличием масла.

Недостатки:

1. Ограниченная пропускная способность по отводу воздуха.
2. Необходимость предварительного заполнения корпуса конденсатом для исключения проскоков пара при начальном запуске (организация гидрозатвора).

1.2. Конденсатоотводчик с закрытым поплавком Данный тип приборов появился в начале ХХ века. Наглядный механизм и непрерывный отвод конденсата при температурах насыщения содействовали широкому распространению данного типа оборудования, особенно для применения в теплообменных аппаратах больших производительностей. Например, с теплообменными аппаратами воздушного охлаждения, пароподогревателях сетевой воды, в системах парового отопления и вентиляции и т.п.

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.

1. При заполнении прибора конденсатом поплавок поднимается и открывает выпускное отверстие (седло), расположенное в нижней части конденсатоотводчика.
2. При поступлении в прибор пара, закрывается термостатический воздушный клапан и под давлением пара и собственной тяжестью поплавок опускается, закрывая выпускное отверстие.

В поплавковых конденсатоотводчиках предусматривается гидростатическая связь уровня расположения поплавка по отношению к закрытию выходного отверстия, обеспечивающая существование гидрозатвора и препятствующая возникновению такого явления, как пролетный пар. Преимущества

1. Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщения пара и больших расходах.
2. Устойчивый и непрерывный отвод больших объемов неконденсируемых газов.
3. Большой срок службы.
4. Нечувствительность к переменным нагрузкам.

Недостатки

1. Большие габариты и, соответственно, высокие тепловые потери на неизолированном корпусе.
2. При поломке, как правило, блокируется седло.
3. Чувствителен к гидроударам и образованию воздушной пробки.
4. Седло склонно к «заиливанию».
5. Дополнительные приборы (фильтр, обратный клапан) устанавливаются вне корпуса, увеличивая габариты узла отвода конденсата.

2.1. Автоматический клапан отвода конденсата прямого действия запатентован в период промышленной революции 20 апреля 1878г. Вильямом Гедж (William Edward Gedge) в Англии. Патент демонстрирует глубокое понимание термодинамики жидкости и газов и математическую четкость инженерной мысли.
Термодинамический конденсатоотводчик является основным оружием в арсенале компании Spirax Sarco (UK).

Принцип действия:

1. Конденсатоотводчик состоит из камеры «вскипания», образуемой свободным пространством над золотником-диском, перекрывающим вход и выход из камеры.
2. Холодный конденсат своим давлением на входе поднимает диск в корпусе клапана, открывая проходной канал между входом и выходом для отвода конденсата.
3. При поступлении пара скорость истечения среды под диском возрастает, а давление падает, вынуждая диск опускаться и прикрывать проходной канал.
4. Горячий конденсат, попадая в камеру более низкого давления за диском, вскипает и формирует повышенное давление над диском.
5. Под действием двух сил сверху и снизу диск закрывается и садится на седло.
6. Пар вторичного вскипания над диском конденсируется, образуя вакуум, который поднимает диск. Конденсат начинает поступать под диском в корпус и камеру «вскипания» конденсатоотводчика, цикл повторяется.

Преимущества

1. Отвод конденсата при температуре насыщенного пара.
2. Компактные размеры и широкий диапазон давлений и температур эксплуатации
3. Низкие тепловые потери
4. Сравнительно низкая цена
5. При поломке седло остается открытым (в качественно изготовленном приборе).

Недостатки

1. Не пропускает неконденсируемые газы.
2. Чувствителен к загрязнениям. Требует обязательной установки фильтра.
3. Циклическое повышение давления в конденсатопроводе при работе.
4. Допускает проскоки острого пара.
5. Требует высоких скоростей для работы (давление на входе должно превышать противодавление, как правило, не менее чем в 2 раза).
6. Ограниченный срок службы (из-за интенсивного износа диска).

2.2. Сужающее устройство Наиболее простое, доступное и широко используемое на практике средство. Наблюдается в виде полуприкрытой задвижки, термодинамического конденсатоотводчика с вынутым диском и других аналогичных ухищрений. Дата первого применения в системах паропотребления не зафиксирована.

Принцип действия

1. Горячий конденсат проходит через сужающее устройство с скоростью, пропорциональной квадратному корню из разности давлений на «шайбе».
2. Попадая в область низкого давления за сужением, конденсат вскипает, пар вторичного вскипания создает дополнительное противодавление и формирует гидрозатвор перед проходным сечением.
3. При постоянном перепаде давлений и проходном сечении, отвечающем расходу конденсируемого пара, устройство обеспечивает устойчивый отвод конденсата при отсутствии пролетного пара.

Преимущества

1. Простота и доступность изготовления.
2. Компактность.
3. Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщенного пара (при адекватном расчете).

Недостатки

1. Заиливание или эрозия кромки проходного сечения. «Отказ» конденсатоотводчика выражается в закрытии седла или появлению пролетного пара.
2. При колебаниях нагрузки теряется устойчивость отвода конденсата (появляется пролетный пар и/или обводнение паропровода (возвратное течение конденсата).
3. Вторичный пар ведет к повышению давления в конденсатопроводе.
4. Нестационарный режим работы оборудования приводит к неработоспособности данной конструкции (потере гидрозатвора, постоянным гидроударам, пролету пара через седло, либо обводнению парового пространства).

Использование полуприкрытой задвижки на дренажах паропроводов ведет к потерям пара, обледенению трубопроводов в зимний период и эрозии седла задвижки. В связи с заиливанием, провокацией гидроударов и невозможностью «ловли» пара при переменных нагрузках «шайба» в качестве штатного средства в проектах практически не находит применения.

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.

3.1. Термостатический конденсатоотводчик, сбалансированный по давлению: Первые термостатические конденсатоотводчики появились в начале ХХ века с сильфонным механизмом.

Принцип действия.

1. 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.
2. При повышении температуры конденсата в корпусе конденсатоотводчика жидкость, залитая в термостатический элемент, вскипает при давлении, близком к рабочему давлению пара, и расширяется в сильфоне.
3. Сильфон при повышении внутреннего давления жидкости изменяет габариты и заставляет золотник закрыть седло.
4. 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.
5. Цикл повторяется.

Такие термостатические клапаны или конденсатоотводчики называют сбалансированными по давлению, так как их функционирование зависит от разности температур кипения термостатирующей жидкости и воды при данном рабочем давлении пара.

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

1. Компактность
2. Пониженная температура конденсата на выходе
3. Пониженное давление в конденсатопроводе

Недостатки

1. При «отказе» закрывается седло
2. Не работает на перегретом паре
3. Чувствителен к гидроударам и резким колебаниям давления
4. Чувствителен к размораживанию
5. Ограниченный срок службы сильфона

Замечание

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:

1. Пластина, выполненная из двух слоев металла с различными коэффициентами теплового расширения, изгибается при изменении температуры среды, поднимая золотник и открывая проходное сечение.
2. Изгиб пластины вызывает изменение положения золотника.
3. Давление пара на клапан, закрывающее седло, и изгиб пластин по действием температуры, поднимающий клапан, определяют равнодействующую сил, которая автоматически регулирует положение золотника.
4. Установленное проходное сечение по температуре охлажденного конденсата обеспечивает минимальный расход на рабочих параметрах.
5. При установленной температуре и отсутствии конденсата конденсатоотводчик полностью закрывается.
6. Ход и скорость хода штока (расход конденсата) регулируются числом пластин в широких пределах изменения температур и давлений.

Преимущества

1. Непрерывный отвод конденсата при высоких температурах и низких давлениях
2. Изменяющаяся и регулируемая пропускная способность в широких пределах
3. Высокая пропускная способность
4. Компактность
5. Ремонтнопригодность

Недостатки

1. Чувствительность к загрязнениям
2. Повышенная эрозия седла и золотника
3. При «отказе» может быть в любом положении
4. На насыщенном паре низкая скорость реакции на колебания давления
5. 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:

1. Термоэлемент изменяет свой объем пропорционально температуре конденсата.
2. Изменение объема термоэлемента ведет к изменению положения золотника на седле и соответствующему изменению проходного сечения конденсатоотводчика.

Отличительной особенностью таких конденсатоотводчиков является непрерывное изменение пропускной способности в соответствие с изменением температуры термоэлемента. Выше рассмотренные термостатические конденсатоотводчики имеют пропускную способность, зависящую от перепада давления на седле и давления (температуры) пара.

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:

1. Непрерывный отвод конденсата и неконденсируемых газов
2. Компактность
3. Работает при низких давлениях и низких температурах
4. Адаптивная пропускная способность
5. Снижение температуры конденсата

Недостатки:

1. При «отказе» может быть в любом положении.
2. Чувствителен к гидроударам
3. Не работает при высоких давлениях и больших расходах
4. Чувствителен к «размораживанию» (если конденсат не сливается самотеком вниз).

Конденсатоотводчики используются для дренажа паропроводов, а так же для отвода конденсата от теплообменных устройств.

Конденсатоотводчики применяют для удаления конденсата, который образуется в паропроводе в результате тепловых потерь в окружающую атмосферу. Применение теплоизоляции частично решает проблему тепловых потерь, но полностью их не исключает. Следовательно, установка узлов отвода конденсата, на различных участках паропровода, необходима.

Узлы отвода конденсата предпочтительно устанавливать не менее чем через 30-50 м там, где паропровод имеет горизонтальные участки. Конденсатоотводчик, который установлен первым за котлом, необходимо установить с не менее чем 20 процентной пропускной способностью от производительности самого котла. Если паропровод имеет длину более 1000 м, то конденсатоотводчик должен иметь одинаковую пропускную способность с производительностью котла. Это необходимо для отвода конденсата в том случае, если имеет место унос котловой воды.

Перед всеми подъемами, на коллекторах и перед регулирующими клапанами, установка конденсатоотводчика принципиально необходима.

Осуществляется отвод конденсата при помощи карманов отстойников. Диаметры карманов равны диаметру труб вплоть до пятидесятого диаметра. Если диаметр паропровода превышает 50мм, то применяются карманы на один/два диаметра меньше. Необходимо карман-отстойник оборудовать сливным краном или заглушкой у нижней его части, для прочистки или продувки системы. Как правило, отстойники устанавливаются на некотором расстоянии от конденсатоотводчика, что бы избежать его засорения.

Узел отвода конденсата

Что бы защитить конденсатоотводчик от загрязнения, перед ним нужно поставить фильтр сетчатый, а что бы предотвратить заполнение конденсатом системы в случае прекращения подачи пара в паропровод, необходимо установить после конденсатоотводчика обратный клапан,а установленные на трубопроводе смотровые стекла, дают возможность контролировать правильную работу системы.

Удаление воздуха

Для того, что бы снизить негативное влияние воздуха, снижающего теплопередачу в теплообменных устройствах, на паропроводе устанавливают термостатические конденсатоотводчики, играющие роль автоматических воздушников. Они устанавливаются непосредственно около теплообменных устройств в верхней точке системы.

Для предотвращения образования вакуума в системе, возникающего вследствие охлаждения системы при ее отключении, наряду с термостатическими конденсатоотводчиками ("воздушниками"), осуществляют установку прерывателей вакуума. При охлаждении паропровода пар конденсируется и, разница в объемах появляющегося конденсата и пара дает эффект разрежения. Таким образом установка вакуумного прерывателя становится необходимостью, что бы не пострадали уплотнения установленного на паропроводе оборудования.

Редукционные станции

Для того, что бы получить пар необходимого давления, обязательно применение редукционных клапанов. Мы предлагаем вашему вниманию мембранные и пружинные редукционные клапаны. Отвод конденсата обязательно делать до редукционного клапана, дабы избежать гидроударов.

Фильтры

Если возраст трубопроводов достаточно приличный, то есть вероятность того, что пар, поступающий к потребителю, сильно загрязнен, м так как средняя скорость подачи пара в паропроводе составляет 15-60 м/с, то при таких скоростях, образовавшаяся грязь и окалина от котлов, может сильно повреждать как сам трубопровод, так и оборудование установленное на нем. Особенно может страдать регулирующая арматура, так как внутри клапанов, между седлом и запорным органом, скорость пара может достигать сотни метров в секунду. Поэтому, перед регулирующими клапанами просто необходима установка сетчатых фильтров и, желательно, что бы в сетке фильтра размер ячейки составлял - 0,25 мм.

В паровых системах, в отличии от водопроводов, фильтры нужно устанавливать строго сеткой вбок, по горизонтали, во избежании образования еще одного конденсатного кармана. В этом случае конденсат, скапливающийся в фильтре увлажняет пар и возникает вероятность появления конденсатных пробок.

Сепараторы пара

Для уменьшения эрозионной устойчивости трубопроводной арматуры и самого паропровода используют сепараторы пара. Это необходимо для того, что бы выделить из сухого пара влажный пар и значительную часть грязи, которые и являются причинами эрозии. Так как конденсатоотводчик срабатывает только на готовый конденсат, то применение сепараторов пара, удаляющих не нужные взвеси, стратегически необходимо. После сепарации, потребителю, подается уже качественный и сухой пар.

Вашему рассмотрению мы представляем центробежные сепараторы.

Центробежный принцип основан на закручивании пароводяной смеси, которая попадает в сепаратор через входной патрубок.

Так как частицы влаги в паре имеют более плотную структуру и обладают массой, то, под действием центробежной силы, они оседают пленкой на боковой стенке сепаратора. После того как эта пленка достигает отбойника в верхней части сепаратора, происходит ее срыв. Затем, вода, оказавшись в нижней части сепаратора пара, выводится через специально предусмотренное дренажное отверстие. На выходном патрубке уже получается сухой пар, свободный от водяной взвеси. Отсепарированная вода поступает в узел отвода конденсата, предусмотренный для того, что бы избежать потери пара. В верхней части сепаратора пара предусмотрено технологическое отверстие для установки автоматического воздушника. Сепараторы следует устанавливать в непосредственной близости от потребителя, регулирующей арматуры и приборов контроля за расходом. Гарантированное время эксплуатации таких сепараторов. как правило, больше времени эксплуатации трубопровода.

Предохранительные клапаны

Наша Компания представляет Вашему вниманию клапан предохранительный пружинный типоразмерами от 10 до 400 мм.

Предлагаем к рассмотрению полноподъемные предохранительные клапаны (ПРЕГРАН 495/496) и пропорциональные клапаны (Prescor Flamco, ПРЕГРАН 095А/095С/095/096/097).

Представленные клапаны могут различаться по типу уплотнений и их конструктивному исполнению.

Предохранительный клапан Prescor, благодаря конструкции диафрагмы, имеет высокую герметичность по штоку.

В свою очередь, клапан ПРЕГРАН 095/097 не является герметичным, так как имеет по штоку уплотнение металл/металл.

Выбор предохранительного клапана должен основываться на принятии во внимание уплотнений клапана и на его конструкционных особенностях.

Главным аспектом требований, применительно к предохранительным клапанам, нужно считать, помимо требуемого давления срабатывания клапана, еще и правильное направление отвода среды, подлежащей сбросу.

Предохранительный клапан для воды должен иметь из выходного патрубка отвод в канализационную систему, то есть вниз. Предохранительный паровой клапан, должен на выходном патрубке иметь отвод вверх, на крышу здания или в иное безопасное для людей место. В связи с этим нужно знать, что после срабатывания клапана и сброса пара, образуется конденсат, скапливающийся затем в выходном патрубке на выходе клапана. Вследствие этого возникает дополнительное давление, которое создает препятствие последующему срабатыванию клапана и сбросу пара при запланированном сбросном давлении.

Иными словами нужно учитывать, что при настройке предохранительного клапана на давление срабатывания 0,5 МПа и выходном трубопроводе, направленном вверх, заполненном водой метров на десять, давление сброса клапана предохранительного будет в районе 0,6 Мпа. В этом контексте следует понимать, что необходимо организовать систему дренажа выходного трубопровода, иначе, при не герметичном уплотнении клапана по штоку, вода может устремиться через крышку.

Установка предохранительного клапан а

____________________________________________________________________________________________________________________

Запорная арматура

То, что пар в трубопроводе движется с высокой скоростью, необходимо всегда учитывать при выборе запорной арматуры. Рекомендации европейских производителей по выбору диаметра паропровода могут существенно отличаться от рекомендаций российских производителей. Характерно то, что когда трубопроводная арматура закрыта, то перед ней образована пробка из конденсата. Опасность гидроудара возрастает при открытии запорной арматуры. Поэтому в как запорную арматуру на паропроводе совершенно рискованно применять шаровые краны. Самый лучший выход здесь, это применить вентиль запорно регулирующий седельчатый. Применение кранов шаровых иногда оправдывают тем, что они не требуют обслуживания в процессе эксплуатации. Но эта проблема уже давно решена, за счет того, что вместо вентилей седельчатых с сальниковой набивкой (тип KV16 / KV40), действительно требующей сервиса, можно поставить вентили запорные с сильфонным уплотнением, намного более долговечным.

Вентиль сильфонный стальной или чугунный (KV45/234A), подобно шаровому крану, в процессе эксплуатации не обслуживается, но при том, что открытие его может происходить плавно, значительно уменьшает вероятность возникновения гидроударов. Но есть технологические процессы, в которых важна резкая подача пара. Для таких случаев можно рассматривать шаровые краны BV16, BV17 или шаровые PEKOS типа Р0 (SSS). Ну и, естественно, перед тем как регулирующая или запорная арматура будет установлена, трубопровод, обязательно, должен быть продут и прощичен, для того, что бы не были повреждены рабочие органы оборудования шлаком или окалиной.

Регулирующие клапаны

Наша Компания предлагает Вам ознакомиться с достаточно большим выбором регулирующих клапанов.

Регулирующие клапаны имеют унифицированное присоединение, и на них могут быть установлены термостаты (регулятор температуры прямого действия), электроприводы (данный вариант может поставляться в комплекте с контроллером и датчиками для погодозависимого и ПИД-регулирования) или пневмоприводы (возможна установка пневмо- или электропневмопозиционеров, контроллеров, пневмошкафов). Более подробную информацию спрашивайте у инженеров нашей компании.

А.Ю. Антомошкин, инженер, ООО «Спиракс-Сарко Инжиниринг», г. Санкт-Петербург

Выбор конденсатоотводчика

Отсутствие или неправильный выбор конденсатоотводчика приводят к огромным потерям в пароконденсатной системе. Вместе с тем правильно подобранный, рассчитанный и установленный конденсатоотводчик - это энергосберегающее устройство, способное сэкономить значительные средства и чрезвычайно быстро окупиться.

Очень часто пренебрегают тем фактом, что эффективность любого теплового оборудования в конечном счете зависит от организации конденсатоотвода. Только опытный инженер может выявить ошибки, которые приводят к снижению производительности теплового оборудования и к повышению эксплуатационных расходов.

Совершенствовать системы конденсатоотвода энергетику на своем предприятии будет гораздо легче, если он будет знать назначение, конструкцию и характеристики конденсатоотводчиков.

Выбор конденсатоотводчика зависит от типа оборудования и заданных условий эксплуатации. Этими условиями могут быть колебания рабочего давления, нагрузки, а также противодавление на конденсатоотводчике. Кроме этого, могут быть поставлены условия коррозионной стойко-

сти, стойкость к гидроударам и замерзанию, а также выпуска воздуха во время пуска системы.

Термин «конденсатоотводчик» не совсем правильно отражает назначение этого устройства. Гораздо понятнее прямой перевод с английского языка: steam trap означает «паровая ловушка». Значит, главная задача конденсатоотводчика - запирать пар в теплообменнике до полной конденсации, а затем отводить образовавшийся конденсат. Причем делать это конденсатоотводчик должен автоматически, при любых колебаниях нагрузки и параметров пара.

Самое главное, что надо запомнить - в природе не существует универсального конденсатоотводчика, но в то же время для конкретной системы всегда есть оптимальное решение. И чтобы найти его, прежде всего, стоит рассмотреть имеющиеся варианты и их особенности.

Существует три принципиально разных типа конденсатоотводчиков.

1. Термостатические конденсатоотводчики (рис. 1). Этот тип конденсатоотводчиков определяет разницу температур пара и конденсата. Чувствительным элементом и исполнительным механизмом является термостат. Прежде, чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.

Главная особенность всех термостатических конденсатоотводчиков - это необходимость до-охлаждения конденсата на несколько градусов относительно температуры конденсации перед тем, как клапан откроется. То есть все они в большей или меньшей степени инерционны.

Особенности термостатических конденсатоотводчиков:

Высокая производительность при относительно малом размере и весе;

Свободный выпуск воздуха во время пуска;

Этот тип конденсатоотводчика не замерзает (если за конденсатоотводчиком нет подъема конденсатной линии, и конденсат не зальет его при отключении пара);

Простые в обслуживании.

2. Механические конденсатоотводчики (рис. 2). Принцип действия этих конденсатоотводчиков основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Такие конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип конденсатоотводчика наиболее подходит для теп-лообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.

Преимущества этого типа:

Хорошо работает на малых нагрузках и на него не влияют внезапные колебания нагрузки и давления;

Высокая производительность (до 100-150 т конденсата в час);

Устойчивы к гидроударам и надежны в эксплуатации.

При установке механических конденсатоотводчиков надо иметь в виду ряд его особенностей. Во-первых, в корпусе конденсатоотводчика с перевернутым стаканом всегда должна быть вода (гидрозатвор). Если конденсатоотводчик потеряет это водяное уплотнение, то пар будет беспрепятственно выходить через открытый клапан. Это может произойти там, где возможно резкое падение давления пара, которое приведет к вскипанию конденсата в корпусе. Если конденсатоотводчик с перевернутым стаканом используется на тех технологических установках, где возможны колебания давления, то на входе в конденсатоотводчик необходимо установить обратный клапан. Это поможет предотвратить потерю гидрозатвора.

Во-вторых, поплавковый конденсатоотводчик может быть поврежден при замерзании, поэтому корпус конденсатоотводчика должен быть хорошо теплоизолирован в случае его установки на открытом воздухе.

3. Термодинамические конденсатоотводчики (рис. 3). Основным элементом конденсатоотводчиков этого типа является диск. Их работа основана на разнице скоростей конденсата и пара при протекании в зазоре между седлом и диском.

Преимущества этого типа:

Работают без настройки или изменения размеров клапана;

Компактны, просты, имеют малый вес и достаточно большую производительность для своих размеров;

Этот тип конденсатоотводчиков может использоваться при высоких давлениях и на перегретом паре; устойчив к гидроударам и вибрациям; устойчив к коррозии, т.к. все части выполнены из нержавеющей стали;

Не разрушаются при замерзании и не обмерзают при установке в вертикальной плоскости и выпуске в атмосферу; правда, работа в таком положении может привести к износу краев диска;

Простое обслуживание и ремонт.

Однако, термодинамические конденсатоотводчики недостаточно устойчиво работают при очень низком входном давлении и высоком противодавлении.

Следует особо отметить, что ни у одного из типов конденсатоотводчиков нет абсолютных преимуществ или недостатков по сравнению с другими. Есть перечисленные выше особенности, которые, в совокупности со спецификой работы теплообменного оборудования, и определяют выбор типа и размера конденсатоотводчика.

Требования, предъявляемые к конденсатоотводчикам

Очевидно, что конденсатоотводчик является существенной частью любой пароконденсатной системы и оказывает весьма существенное влияние на ее функционирование. Его нельзя рассматривать изолированно, в отрыве от всей системы. Выбор конденсатоотводчика диктуется многими факторами, важнейшие из которых мы рассмотрим ниже. Однако, ставя перед собой задачу оснащения (или переоснащения) технологических установок конденсатоотводчиками, мы должны ответить на следующие вопросы:

Удается ли поддерживать параметры и заданный тепловой режим (температуру) установки и ее производительность?

Отличается ли реальное паропотребление от паспортного для данного технологического режима?

Наблюдаются ли гидроудары?

Если вы сталкиваетесь с этими проблемами - значит, конденсатоотводчики не работают или выбраны неправильно.

Очень часто бывает так, что при установке неправильно выбранного конденсатоотводчика внешне не наблюдается никаких проблем. Иногда конденсатоотводчик даже может быть полностью закрыт без видимых последствий, как например, на паропроводах, где неполный дренаж в одной точке означает, что оставшийся конденсат переносится в следующую точку дренажа. Проблема может возникнуть, если и в следующей точке конденсатоотводчик не будет выполнять поставленную задачу.

Если же мы определили, что нам необходимо установить новые конденсатоотводчики, их выбор определяется следующими требованиями.

Выпуск воздуха. При пуске, т.е. в начале процесса, паровое пространство теплообменников и паропровод заполнены воздухом, который, если его не удалить, ухудшает процесс передачи тепла и увеличивает время разогрева. Время запуска увеличивается, и снижается эффективность работы установки. Желательно выпустить воздух до того, как он смешается с паром. Если воздух и пар смешаются, то разделить их можно будет только после конденсации пара. Воздушники могут потребоваться отдельно для паропроводов, но в большинстве случаев воздух выпускается через конденсатоотводчики.

В этом случае термостатические конденсатоотводчики имеют преимущества перед другими типами, т.к. они полностью открыты во время пуска.

Поплавковые конденсатоотводчики c шаровым поплавком не обладают такими возможностями, если их не оснастить встроенными термостатическими воздушниками. Такой воздушник позволяет выпускать значительное количество воздуха и, кроме того, обеспечивает дополнительную пропускную способность по холодному конденсату, что очень важно при холодных пусках.

Термодинамические конденсатоотводчики могут выпускать относительно небольшие количества воздуха, чего, однако, вполне достаточно при дренаже магистральных и спутниковых паропроводов, т.е. там, где этот тип чаще всего применяется.

Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом имеет весьма ограниченную вентиляционную способность в силу принципа действия и конструкции. Тем не менее, установленный в параллель с таким конденсатоотводчиком термостатический воздушник позволяет свести к минимуму этот недостаток.

Отвод конденсата. Выпустив воздух, конденсатоотводчик затем должен отвести конденсат и не пропустить пар. Утечка пара ведет к неэффективности и неэкономичности процесса. Если скорость передачи тепла в технологическом процессе очень важна, то конденсат должен быть отведен немедленно после его образования при температуре пара. Одной из основных причин снижения эффективности теплового оборудования является затопление парового пространства, вызванное неправильным выбором типа конденсатоотводчика. Те же явления будут наблюдаться, если конденсатоотводчик имеет недостаточную пропускную способность, особенно на пусковых режимах.

| скачать бесплатно О выборе конденсатоотводчиков и требованиях, предъявляемых к ним , Антомошкин А.Ю.,