Бывает так, что, работая над практической задачей или проектом, оказываешься в трудной ситуации. Например, сталкиваешься с мелочью, решить которую не хватает опыта или теоретических знаний. Очевидно, что даже интернет далеко не всегда дает ответ на все вопросы. Не будем себя обманывать.
Действительно, глобальная сеть помогает доставать множество информации. В том числе для решения задач в промышленности. Образование, техническая литература, научно-практические конференции и другие традиционные источники информации никуда не исчезли. Но они дополнились сторонними источниками из интернета.
Разумеется, он может здорово помочь, но в большинстве случаев речь идет о часто встречающихся вопросах. Если же задача узкоспециализирована, то поиск ответа превращается в пытку или просто потерю времени. Еще хуже, если ответ найден, но он неверный. Всем известно, что «знатоков» в интернете много. Но не менее важной задачей является распознавание теоретика и практика. И тот, и другой – это важные специалисты, вопрос лишь в том, кто нужен на самом деле в определенной ситуации. Тема сегодняшней статьи – часто встречающиеся «мелочи» в пароконденсатных системах. Под мелочами понимаем вопросы, регулярно задаваемые пользователями и не нашедшими ответов. Нет цели охватить все вопросы. Перечислим несколько самых распространенных.
Да, если давление перед конденсатоотводчиком выше, чем противодавление за конденсатоотводчиком. Например, давление пара перед конденсатоотводчиком 4 бар изб., высота подъема конденсатной линии 10 метров (рис. 1). Труба поднимается на эстакаду. 10 метров подпора – это приблизительно 1 бар. 4 бар – 1 бар = 3 бар. То есть напор конденсата в самой верхней точке будет составлять 30 метров. Достаточно ли этого? Разумеется, причем с весьма большим запасом. Если конденсатная линия протяженная, то следует также посчитать потери давления при располагаемом расходе конденсата при известном диаметре трубы.
Если добавится еще несколько метров потерь давления, то и в этом случае напора конденсата хватит, чтобы он дошел до приемника, то есть конденсатного бака или деаэратора в котельной. Конденсат, как любая другая среда, течет от области высокого давления к области низкого давления. Если давление перед КО выше, чем за КО, конденсат без проблем уходит через конденсатоотводчик.
Есть несколько частных случаев, например тип конденсатоотводчика. Если конденсатоотводчик термодинамический, то значение имеет соотношение давления перед КО и давлением за КО. Если противодавление выше 50 % от входного давления (часто встречающаяся ситуация систем, работающих на низких давлениях пара), то конденсатоотводчик просто неприменим сам по себе и требуется другой тип – термостатический или механический: поплавковый со свободноплавающим поплавком или рычажным механизмом или же КО с перевернутым стаканом.
Второй частный случай – переменное давление перед конденсатоотводчиком. Это характерно для конденсатоотводчиков, отводящих конденсат от теплообменников, оснащенных регулирующим клапаном на подаче пара (рис. 2). Регулирующий клапан в зависимости от положения меняет давление за собой. Если клапан прикрылся настолько, что давление за ним сравнялось или стало ниже, чем противодавление в конденсатной линии, конденсат не потечет через конденсатоотводчик. На нем не будет положительного перепада давления.
При переменной и сильно меняющейся нагрузке теплообменник будет подтапливаться конденсатом. Подтопление ведет к целому ряду проблем, которые мы здесь не рассматриваем. Для исключения эффекта подтапливания и гарантированного отвода конденсата применяются перекачивающие конденсатоотводчики (рис. 3). Это устройства, работающие как простой поплавковый конденсатоотводчик, когда собственного давления конденсата достаточно для его выхода из конденсатоотводчика, и как насос, когда давления недостаточно.
Непонимание вопроса влияния высокого противодавления или вообще самого факта наличия противодавления на способность КО отводить конденсат рождает иллюзию, что все системы отвода конденсата должны быть атмосферными. То есть якобы всегда конденсат должен сперва сливаться после всех конденсатоотводчиков в атмосферную емкость и затем перекачиваться насосами. Нет, это не всегда так. Закрытые системы отвода конденсата не только существуют, но и активно применяются в промышленности.
Чаще всего речь идет о том, что при врезке конденсатной линии от конденсатоотводчика дренажа паропровода (горячий конденсат, линия высокого давления) в конденсатную линию, идущую от теплообменника (конденсат с более низкой температурой и низким давлением), наблюдаются гидроудары. Они могут быть частыми или редкими, сильными или малозаметными. Тот, кто хоть раз сталкивался с подобным эффектом, знает, что ничего хорошего в этом нет. Если знать природу возникновения эффекта, то решение задачи можно быстро придумать самостоятельно. И это не будет дорого стоить.
При попадании конденсата высокого давления в конденсатную линию с более низким давлением часть конденсата вскипает. Образуется пар вторичного вскипания. Вскипание – это попросту образование пузырей, которые затем схлопываются. Получается гидроудар. Если рассеять поток конденсата на мелкие струи, образование пара вторичного вскипания не уменьшится.
Однако размер пузырей уменьшится. Конденсация этих пузырей не сопровождается громкими звуковыми эффектами. Остается только предусмотреть в месте объединения потоков устройство, рассеивающее поток. Некоторые производители имеют уже готовые устройства для рассеивания потока. Но чаще всего заказчик имеет возможность самостоятельно сделать такую штуку просто при монтаже труб (рис. 4).
Достаточно в месте врезки заглушить врезаемую конденсатную линию и просверлить в ней множество отверстий. Цена такой работы чаще всего в несколько раз ниже, чем готовое устройство точно с таким же эффектом.
Это была бы очень хорошая функция, но нет. Она малоосуществима, и не следует принимать желаемое за действительное. Всякие гарантии полной герметичности редукционных клапанов прямого действия или пилотных регуляторов несостоятельны по определению. Герметичность клапана зависит от усилия, прилагаемого к затвору, который садится на седло. Усилие зависит от примененной пружины, а также от перепада давления на клапане. Кроме того, чем больше диаметр седла, тем большее требуется усилие. Соответственно, только сочетание характеристик пружины перепада давления и размеров седла определяет величину усилия. Разумеется, все редукционные клапаны закрываются при отсутствии расхода и некоторое время давление за ними не растет.
Затем из-за неизбежной небольшой утечки давление растет и периодически срабатывает предохранительный клапан, расположенный за редуктором. Производители редукционных клапанов никогда не говорят о способности редукторов полностью отсекать поток с гарантией отсутствия утечек. Таким образом, эффект наличия утечек редукционных клапанов без расхода следует из принципа действия автономных клапанов. Это не проблема и не недостаток. Это особенность, которую следует учитывать. В подавляющем большинстве случаев эта особенность не является критической. Автономные клапаны попросту не применяют, если характер работы потребителя сильно прерывистый и расход пара колеблется в пределах 1…100 %.
Приходилось слушать, кстати, на одном из видеоканалов в интернете, что «проблема утечек паровых редукторов полностью решена при помощи установки мягкого уплотнения затвора». Эта мера помогает, но кратковременно. Пар – абразивная среда по умолчанию. Влажный пар содержит летящие с большой скоростью мелкие капли конденсата. Они съедают не только мягкие уплотнения, но и металл (рис. 5).
Разъеденные уплотнения «металл по металлу» не являются чем-то редким. Остается лишь посочувствовать заказчикам, которые выбрали установку паровых редукторов с мягким уплотнением. Срок службы таких редукторов крайне короткий. А те поставщики, кто такие опции предлагает, уверен, вскоре поймут эту ошибку, когда накопится статистика отказов. Кстати, никто из известных мировых производителей паровых редукторов из Германии, США и Японии не имеет в линейке мягких уплотнений. Эта страница уже перевернута историей.
Назначение редукционного клапана – снижать давление пара и поддерживать его на заданном уровне. Отсутствие расхода пара – это не рабочий режим, а прерывание или остановка рабочего режима. Редукционные клапаны не имеют функции полной герметичности при отсутствии расхода.
При определенных условиях легковой автомобиль или даже мотоцикл может выполнить роль трактора. И очень успешно. Ошибка кроется в маркетинговом названии устройства на английском языке. Pumping trap. Именно так называют механические конденсатные насосы некоторые производители. Если перевести это на русский язык, получится «перекачивающий конденсатоотводчик». Но механический насос – это не конденсатоотводчик. У него нет такой функции. Она появляется только в закрытых от атмосферы системах и только в двух случаях:
• когда на выходе насоса устанавливается отдельный конденсатоотводчик;
• когда давление конденсата, поступающего от источника, ВСЕГДА ниже, чем противодавление. В этом случае ни конденсат, ни пар в принципе не могут уйти в конденсатную линию и, стало быть, насос просто выполняет роль конденсатоотводчика по умолчанию.
Перекачивающий конденсатоотводчик – это самостоятельное устройство, сочетающее в конструкции одного корпуса и одного механизма две функции – насоса и конденсатоотводчика (рис. 6). Всякий раз, когда вам предлагают перекачивающие конденсатоотводчики, следует внимательно разобраться, что именно стоит за коммерческим предложением. Не исключено, что вас вводят в заблуждение умышленно или неумышленно, предлагая вместо перекачивающего конденсатоотводчика механический насос с отдельно установленным конденсатоотводчиком. Такая пара имеет целый ряд объективных недостатков по сравнению с перекачивающим конденсатоотводчиком.
Есть конденсатоотводчики, более устойчивые к гидроударам. Есть менее устойчивые. К первым относятся все типы термодинамических конденсатоотводчиков, современные модели термостатических капсульных (не сильфонных) и биметаллических конденсатоотводчиков, а также конденсатоотводчики со свободноплавающим поплавком. Но чем заботиться о поиске абсолютно защищенного от гидроударов конденсатоотводчика, более разумно выяснить причины возникновения гидроударов в конкретных местах и локализовать эти причины. Это наиболее понятно, если вспомнить, что сам факт наличия гидроудара – это уже подтверждение неисправности пароконденсатной системы.
Искать оборудование и материалы, такие как трубы, крепеж, вентили, конденсатоотводчики и пр., устойчивые к гидроударам, не выход из положения. Наоборот, это усугубление проблемы. Гидроудар – страшная сила. Если усилить трубы, прорвет сварочный шов. Если усилить конденсатоотводчик, улетит теплообменник. Когда говорим «улетит», имеем в виду именно улетит. Последствия гидроударов могут быть всякими: паропровод любого диаметра может сорвать с опор, от задвижки может оторваться фланец, теплообменник может подпрыгнуть, оторвавшись от опор, и так далее. Как предотвратить гидроудар? Этот вопрос должен стоять на первом месте.
Такие вопросы любят задавать молодые специалисты. И на них очень любят отвечать такие же молодые менеджеры по продажам компаний, продающих трубопроводную арматуру. Корректный ответ таков: ни один из производителей техники для ПКС не производит самостоятельно все компоненты, даже если эти компоненты есть в каталогах. Кто-то специализируется на запорной арматуре, и это основной продукт, кто-то на конденсатоотводчиках, редукторах и насосах, кто-то производит эжекторы и регулирующие клапаны. Многие производители добавляют в каталоги прочую технику от своих партнеров под своей торговой маркой и со своей торговой наценкой безусловно.
Уместнее привязываться не к одному бренду, а к конкретным специалистам, которые разбираются в многообразии техники и технологий. Чаще всего они используют оборудование нескольких производителей в зависимости от задачи. И уж точно не станут работать только с одним каталогом одного бренда, заранее ограничивая себя и заказчика в выборе. В следующих публикациях мы подробно остановимся на вопросах сравнения способов регулирования давления пара, применения термокомпрессоров, а также способах регулирования нагрузки по паровой и конденсатной стороне.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 5 (67)
