Долгое время принято было считать, что конденсатоотводчик – это довольно простое, доступное и малоответственное устройство, что производителей конденсатоотводчиков много, что они выпускают приблизительно одно и то же, и нет проблем заменить один на другой, всё, что при этом требуется – выбрать склад поближе и цену пониже.
Безусловно, в ряде случаев это уместно, но, скорее, мы говорим о частных случаях. Они не могут и не должны заменять собой закономерности. Общее положение дел таково, что работоспособность и безопасность эксплуатации любой промышленной пароконденсатной системы зависит не только от факта наличия конденсатоотводчиков. Прежде всего работоспособность системы зависит от того, какой тип конденсатоотводчика подобран, как установлен и каким образом обвязан. Если это понимать, то станет ясно многообразие конденсатоотводчиков, представленных на рынке оборудования для пароконденсатных систем. Десяток типов, различающихся принципом действия, несколько десятков модификаций в рамках одного типа и сотни моделей и опций для различных условий применения. Разнообразие требований и условий определяет разнообразие конденсатоотводчиков.
Возвращаемся к стереотипам. Считается, что чем выше расход пара на потребителе, тем менее необходимым становится конденсатоотводчик и более уместна система с конденсатосборником в виде вертикального сосуда и системой контроля уровня с применением уровнемера и регулирующего клапана (рис. 1). Такие системы широко распространены, особенно на предприятиях тяжелой промышленности, нефтехимии, крупных целлюлозно-бумажных комбинатах и пр., т. е. на объектах, где есть крупные теплообменные установки. Поскольку технические условия и требования у разных пользователей могут отличаться, то логично, что и технические средства для удаления конденсата могут быть разными.
Удаление конденсата можно выполнить как регулирующим клапаном через промежуточный конденсатосборник, так и… конденсатоотводчиком (рис. 2). Удивительно, не правда ли? С точки зрения физики процесса нет разницы, крупный ли теплообменник или мелкий. Конденсат из теплообменника в любом случае вытекает самотеком и попадает в устройство, выполняющее роль конденсатоотводчика. В одном случае это система, состоящая из емкостного оборудования, оснащенного системой контроля уровня, в другом случае это механический конденсатоотводчик поплавкового типа. В обеих ситуациях конденсат отводится при условии наличия положительного перепада давления на конденсатоотводчике, т. е. если давление перед конденсатоотводчиком выше противодавления в конденсатной линии.
Для расходов конденсата от нескольких десятков тонн в час, а также если пользователю важно видеть в режиме реального времени все детали процесса (уровень, давление, расходы и пр.), и от этих величин существенно зависит качество технологического процесса и быстрое понимание, из-за чего, скажем, процесс пошел не так, как надо, то, разумеется, система с конденсатосборником и регулирующим клапаном лучше подходит для выполнения задачи отвода конденсата. Такие системы, хотя и громоздкие, более информативны и могут эффективно реагировать на изменяющиеся условия технологического процесса, а значит, поддерживать безостановочную работу.
Если условия таковы, что пользователю нужна простая, но очень надежная система с минимальным количеством компонентов, расположенная, к примеру, не в самом лучшем месте с точки зрения удобства обслуживания, а также если рядом нет квалифицированного персонала, то система с конденсатоотводчиком – это то что надо. Можно установить надежный конденсатоотводчик и на много лет забыть о его существовании. Тем не менее обратная связь от конденсатоотводчика также возможна, для этого существуют соответствующие датчики. В разных отраслях промышленности есть свои традиционные технические решения. Часто это универсальные отраслевые решения, которые можно на стадии проектирования адаптировать под разные технические условия и технологические процессы, меняя лишь характеристики входящих в состав компонентов, включая автоматику. То же касается и технических решений, в основе которых есть конденсатоотводчик. Разумеется, для крупных потребителей существуют и крупные конденсатоотводчики. Настолько большие, что немногие верят в их существование. Это не товары народного потребления, и такие конденсатоотводчики не лежат на складах. А между тем, они предназначены именно для отвода конденсата от крупных потребителей пара, таких как большие технологические кожухотрубные теплообменники, ребойлеры и другие потребители с расходами пара 100 т/ч и выше.
Основа любого механического конденсатоотводчика – это поплавковый механизм. При поступлении конденсата в корпус конденсатоотводчика уровень конденсата растет, поплавок поднимается и открывает клапан для выпуска конденсата. Обычные поплавковые механизмы для расходов до 10…20 т/ч являются небольшими по габаритам и могут обеспечивать плавный отвод конденсата через клапан по мере его поступления. Но чем выше расход конденсата, который должен отводить конденсатоотводчик, тем больше в диаметре клапан и выпускное отверстие и тем выше площадь клапана, на которую воздействует давление внутри конденсатоотводчика. Следовательно, чтобы поплавковый механизм открыл такой клапан, необходимо достаточное высокое усилие. Проблема больших расходов связана именно с конструкцией клапана, т. к. для создания большого усилия поплавок должен иметь соответствующий размер, а рычаг должен иметь большую длину. Таким образом, обычный поплавковый механизм должен был бы иметь по-настоящему гигантские, т. е. неразумные и иррациональные размеры. Кроме того, необходимо исключить так называемый «эффект пробки в ванне». Чтобы открыть клапан на слив, имеющий большой диаметр, необходимо приложить усилие, которое первоначально существенно выше усилия, которое необходимо для последующего открытия, когда клапан уже оторвался от посадочного места. И наоборот. При закрытии клапана он двигается плавно, но как только клапан приблизился к положению закрытия, давление среды со стороны входа в клапан резко бросает клапан на седло. Клапан присасывается к отверстию. Обычная поплавковая конструкция не может работать плавно. От дисбаланса усилий сильно страдает надежность механизма.
Следовательно, конденсатоотводчик для ультра-расходов должен иметь некий специальный механизм, позволяющий совместить сразу несколько условий:
• компактность, чтобы механизм поместился в корпус конденсатоотводчика с разумными габаритами;
• плавность отвода конденсата, чтобы не было рывков при открытии и закрытии клапана на изменяющихся нагрузках;
• надежность механизма, чтобы технологический процесс не останавливался из-за поломки механизма;
• ремонтопригодность конденсатоотводчика, чтобы во время планово-предупредительного ремонта или обслуживания конденсатоотводчик можно было быстро и просто обслужить (без демонтажа с трубы).
Назначение конденсатоотводчиков для больших расходов – обеспечивать бесперебойный отвод конденсата от крупных теплообменных аппаратов. Как правило, такие теплообменники являются частью основного технологического процесса, который, как известно, нельзя прерывать. Не секрет, что часть таких процессов могут функционировать несколько месяцев, год без остановок. Прерывание технологического процесса влечет за собой убытки, не сопоставимые по величине со стоимостью деталей и механизмов, вызвавших его останов. Разумеется, все компоненты обвязки таких теплообменников также должны быть рассчитаны на ресурс, не ниже ресурса самого теплообменника. Конденсатоотводчик – не исключение. Производство конденсатоотводчиков на ультра-расходы – это в любом случае высокие технологии. «Конденсатоотводчик – это ничего сложного! Какой вам нужен Ду?» – это глубокий пережиток середины 80-х годов советского времени, которым порой руководствуются и поныне.
Ниже представлено описание одного из таких высокотехнологичных устройств, которое разработано и выпускается исключительно для тяжелых промышленных условий и гарантирующее надежность на протяжении многих лет непрерывной работы. Это продукт японской компании TLV – поплавковый конденсатоотводчик TLV SW1U (рис. 3) с уникальным клапаном TLY ® лепесткового типа.
Особенностью механизма является наличие специального клапана TLY ® Tetra-Leaf & Yoke, имеющего четырехлепестковую конструкцию (рис. 4), позволяющую клапану работать плавно во всем диапазоне движения поплавка от полного закрытия до полного открытия за счет разгрузки по давлению.
Рассмотрим принцип действия конденсатоотводчика TLV (рис. 5). Если при нормальной работе приток пара сопровождается притоком воздуха, то возникает воздушная прослойка, которая может препятствовать выводу конденсата. Воздух удаляется клапаном в верхней части конденсатоотводчика.
Когда конденсат попадает в конденсатоотводчик, уровень конденсата повышается и поднимает поплавок, автоматически открывая клапан и позволяя конденсату непрерывно сливаться. Во время этого процесса размер проходного сечения клапана изменяется в зависимости от скорости потока конденсата.
Когда конденсат сливается, его уровень падает, в результате чего поплавок опускается, автоматически закрывая клапан. Клапан остается закрытым до тех пор, пока конденсат не попадет в конденсатоотводчик.
В современном инжиниринговом мейнстриме развитие технологий идет в ногу со спросом на такие технологии. Если заказчик формулирует высокие требования к надежности всей технологической установки, то они не должны и не могут игнорироваться ни для одного компонента, входящего в состав установки. От устойчивой работы конденсатоотводчика зависит работа всей системы, причем не только самой технологической установки, но и всей пароконденсатной системы, значимой частью которой является конденсатоотводчик. Следовательно, просчеты в выборе конденсатоотводчика могут отразиться на работе предприятия в целом.
Следует очень внимательно относиться к выбору конденсатоотводчиков и ни в коем случае не гнаться за внешне привлекательными коммерческо-логистическими условиями, более характерными для оборудования из ценового дна, нежели для оборудования, которое просто долго и надежно работает, не приносит проблем и, следовательно, неплановых затрат, порой в несколько раз перекрывающих стоимость такого оборудования.
