Насыщенный пар и перегретый, сухой и влажный, острый и мятый, технический и чистый. В зависимости от задач существуют и другие применения. Но сегодня речь о другом паре. Пар вторичного вскипания. Если не все смогут точно его описать, то совершенно нет сомнений, что все его видят буквально каждый день. Стоит только проехать мимо любой промзоны крупного города, из-за забора можно увидеть густые клубы пара (фото 1). Чаще всего выпар из конденсатных баков есть ни что иное, как пар вторичного вскипания. Полезное применение пара вторичного вскипания, разумеется, возможно. Но далеко не всегда делается это правильно. Если вместе с паром вторичного вскипания в бак поступает пролетный пар, то всякие попытки утилизировать эту смесь так или иначе грозят проблемами. И спрятать их не получится. Вспомним, что же такое пар вторичного вскипания.
Чтобы получить насыщенный пар, надо воду сперва довести до кипения. Для этого ей необходимо передать определенное количество теплоты (рис. 1). Температура кипения воды зависит от давления, при котором находится вода. Чтобы довести воду до температуры кипения, находящуюся при более высоком давлении, ей необходимо передать большее количество тепловой энергии, нежели необходимо было бы при атмосферном давлении. Таким образом, чем выше давление воды, тем выше ее теплосодержание при температуре кипения. Далее, чтобы превратить воду в пар, ей следует передать дополнительное количество теплоты. Эта теплота называется «скрытая теплота парообразования». Поэтому энергия пара состоит из двух составляющих: энергии воды и скрытой теплоты парообразования. При конденсации процесс обратный. Пар, попадая в теплообменник, конденсируется, передавая нагреваемой среде скрытую теплоту парообразования. Тепловая энергия жидкости остается в воде. Пар меняет фазовое состояние с газообразного на жидкое, превращаясь обратно в воду, то есть конденсат. После смены фазового состояния теплосодержание пара снижается на величину скрытой теплоты парообразования. Остается теплосодержание воды, находящейся при температуре кипения при располагаемом давлении в теплообменнике. Наконец, конденсат выходит из теплообменника через конденсатоотводчик и попадает в конденсатный бак, находящийся под атмосферным давлением. Возникает вопрос. Конденсат, находящийся в теплообменнике, имеет определенное теплосодержание, соответствующее высокому давлению. Попав в конденсатный бак, конденсат не сможет уже иметь такое же высокое теплосодержание, как и при высоком давлении. Он может содержать только то количество теплоты, которое соответствует своему давлению. Поэтому природа возвращает все к равновесию. Конденсат под высоким давлением, выходя из теплообменника и попадая в конденсатный бак, частично вскипает, высвобождая разницу в теплосодержании воды при высоком и при низком давлении в виде пара. Эта разница и есть пар вторичного вскипания.
Пар вторичного вскипания часто просто сбрасывают в атмосферу как побочный продукт, как издержки. Это происходит по разным причинам, в том числе техническим. Пар вторичного вскипания при атмосферном давлении невозможно транспортировать. Если даже давление чуть выше атмосферного, то ситуация не на много лучше. Для примера для транспортировки пара с давлением 0,2 кгс/см2 в количестве 500 кг/ч на расстояние 200 м требуется паропровод Ду125. Для расхода того же количества пара при давлении 8 бар понадобится труба Ду32. Учитывая, что трубопровод должен быть оборудован запорной арматурой на обоих концах, закреплен и теплоизолирован, экономическая целесообразность транспортировки пара низкого давления не всегда оправдана. Следует понимать, что чем больше длина трубы и количество отводов, тем выше и потери давления. Когда потери давления на трубопроводе сопоставимы с давлением пара, то пар просто не дойдет до потребителя. Именно поэтому средства утилизации пара вторичного вскипания должны находиться в непосредственной близости от источника, то есть конденсатного бака. Не всегда это возможно выполнить. Поэтому причина неиспользования – в отсутствии потребителя этого пара.
Вторая причина, почему пар вторичного вскипания теряется, – психологическая. Обычно пар вторичного вскипания не вызывает проблем в конденсатных баках. Просто потому что он выходит в атмосферу. В баках не возникает гидроударов. Нет вибраций. Нет шума. Он просто не беспокоит никого, как, например, утечка пара высокого давления, которую порой можно наблюдать даже из космоса. Утечки пара высокого давления шумят как реактивный двигатель. Пар вторичного вскипания бесшумно поднимается вверх и становится, так сказать, атрибутом промышленного предприятия, к которому привыкают.
Но что же хорошего, когда деньги соединяются с природой? Соединение с карманом гораздо лучше, не правда ли? Это более гармоничный союз. Пар содержит энергию. Производство энергии оплачивается поставщику топлива, поставщику воды, поставщику химреагентов для водоподготовки, поставщику электроэнергии для электродвигателей горелок и насосов. Поставщиков много – потребитель один. Но он не спонсор. По крайней мере, таковым себя не считает. Но порой вовсе напрасно. И вот почему. Среди желающих получить деньги заказчика не только поставщики ресурсов. Рассмотрим, когда недостатком информированности заказчика пользуются подрядчики, поставляющие и монтирующие избыточные по сути и содержанию инженерные системы. Это просто горы регулирующей и запорной арматуры, значительная часть которой просто не нужна.
Количество образующегося пара вторичного вскипания можно рассчитать более-менее точно. Все, что требуется знать – это расход и давление пара, подаваемого в теплообменник(и). Зная расход пара вторичного вскипания, можно подобрать все необходимые системы для его последующего полезного использования. Напомним, что конденсат идет от конденсатоотводчиков. Хорошо работающие конденсатоотводчики не пропускают пролетный пар, они пропускают только конденсат. Значит, необходимым условием использования пара вторичного вскипания являются хорошо работающие конденсатоотводчики. Как узнать, хорошо ли они работают? Это задача регулярной их диагностики и обслуживания. Менеджмент конденсатоотводчиков является отдельным организационно-техническим мероприятием, от правильности выполнения которого зависит работоспособность систем утилизации пара вторичного вскипания в том числе. Если вопросы полезного использования пара вторичного вскипания решаются в отрыве от мероприятий по регулярной диагностике конденсатоотводчиков, то результатом любых предложений по внедрению систем утилизации является существенная переплата денег на закупку системы. Количество пара вторичного вскипания - это значение, имеющее конечную известную величину. Насчет количества пролетного пара этого сказать нельзя.
Пролетный пар появляется вследствие неисправности конденсатоотводчиков и из-за небрежно открытых обводных линий. Количество неисправных конденсатоотводчиков может изменяться, давление на их выходе – также. Потери пролетного пара могут быть как 5 %, так и 45 % в зависимости от драматизма ситуации. Стало быть, как можно считать систему утилизации пара вторичного вскипания и пролетного пара, если их количество неизвестно и невозможно спрогнозировать? Только одним способом – предложить систему, рассчитанную на максимально возможное количество теряемого пара. А это не что иное, как обман покупателя.
Но диагностика конденсатоотводчиков – это только проверка работоспособности, которая позволяет своевременно обнаружить только начинающиеся потери. Факт наличия и количество пролетного пара зависит от эффективности и надежности конденсатоотводчиков. И действительно, какой смысл регулярно тратить деньги на диагностику таких конденсатоотводчиков, которые ломаются так же часто, как их и проверяют на пролетный пар.
Происходит следующее. Есть предприятие, которое имеет деньги и цель навести порядок в пароконденсатной системе. Такие предприятия всегда привлекают множество поставщиков арматуры. Предприятие видит, что из конденсатного бака по нарастающей увеличивается количество выпара. Расход потребленного газа растет из месяца в месяц, затраты на эксплуатацию увеличиваются. Появляется организация, которая выражает готовность бесплатно выполнить обследование пароконденсатной системы. Разумеется, по результатам обследования рекомендуется поменять значительное количество конденсатоотводчиков. Не имея возможности предложить по-настоящему надежные конденсатоотводчики, а чаще всего бесплатные обследования предлагают поставщики техники из низкого ценового сегмента (Китай, Таиланд, Португалия, Польша, Тайвань), предлагаются довольно дешевые поплавковые конденсатоотводчики рычажного типа или с перевернутым стаканом, которые уже через 1-1,5 года начинают пропускать пролетный пар, и потери снова растут. Что делает предприятие? Оно начинает менять конденсатоотводчики на точно такие же, так как это самый простой путь. Через некоторое время всем становится ясно, что это адская карусель и предприятие просто является донором денег для поставщика таких конденсатоотводчиков. Бесплатное обследование, припоминаете? И тогда происходит следующее. Тот же поставщик говорит: «Ок, вы же видите, конденсатоотводчики – это вообще малонадежный продукт, у вас такие сложные условия, большие перепады давления, расходы… И вот теперь мы вам предлагаем принципиально новое решение, которое позволит вам полностью утилизировать пар вторичного вскипания и заодно пролетный пар, который летит от конденсатоотводчиков. Это вакцина от ваших потерь». Затем предлагается установка, состоящая из нескольких конденсатных баков, куда скидывается конденсат вместе с пролетным паром, все это находится под давлением, так как пролетный пар его непременно создает, в установке регулируется уровень конденсата, давление, контролируется температура, конденсат перекачивается насосами в деаэратор. Чаще всего этот пролетный пар затем попросту вылезает из деаэратора, так как ни его количество, ни его давление не позволяет деаэратору нормально работать. Что же до поставщиков, продав такую систему, они спокойно заявляют, что проблема решена и потребитель более не имеет выпара в атмосферу на производстве, так как система закрытая. И заказчик остается с той же проблемой, только теперь она в другом месте.
Что необходимо делать с паром вторичного вскипания? Во-первых, как уже было упомянуто выше, необходимо быть уверенным, что парк конденсатоотводчиков надежен и конденсатоотводчики могут безаварийно с минимальными затратами на ремонты и обслуживание работать не 1-2 года, а 5-8 лет как минимум. Это под силу далеко не всяким устройствам. Выбор по критерию цены в данном случае исключительно ошибочен. Во-вторых, не следует пренебрегать регулярной диагностикой конденсатоотводчиков. Следует критически относиться к предложениям «быстро пройтись по конденсатоотводчикам с тепловизором». Диагностика конденсатоотводчиков с гарантированным обнаружением только начинающихся утечек пролетного пара – это ультразвуковые методы контроля. Никакие красивые цветные снимки на глянцевой бумаге не заменят сухую распечатку с профессионального прибора для ультразвуковой диагностики конденсатоотводчиков (рис. 2). В-третьих, ни в коем случае не следует соглашаться на утилизацию выпара, если нет уверенности, что выпар не содержит пролетного пара. Пролетный пар, даже впоследствии с пользой утилизированный, приносит целый ряд проблем еще до попадания в конденсатный бак! Это и гидроудары, и эрозия в трубах, и взаимные влияния конденсатоотводчиков, нарушающие процесс отвода конденсата, и следовательно, технологический процесс. Ловить на хвосте и конденсировать пролетный пар – это двигать сани впереди лошади, строить дом с крыши. Играть в прятки с проблемами. Заниматься самообманом и оплачивать его из своего кармана.
На рис. 3 пример создания закрытой ПКС с утилизацией пара вторичного вскипания. Один из основных элементов – термокомпрессор. Он засасывает образующийся пар вторичного вскипания и направляет его в линию среднего давления. Другой пример закрытой системы – на рис. 4. Здесь пар вторичного вскипания направляется непосредственно на подогрев деаэратора. Разумеется, если вместе с конденсатом в бак поступает пролетный пар, то кроме проблем это ничего не создает. Пролетный пар повышает давление, расход, температуру, что предполагает применение гораздо большего количества запорной, регулирующей арматуры, предохранительной арматуры и автоматики. Если баланс нарушается, в конечном счете пролетный пар вынужден будет сбрасываться в атмосферу.
Порой причины, побуждающие что-то делать с паром вторичного вскипания, бывают и вовсе комичными. Например, выпар вызывает запотевание окна директора, и он призывает сотрудников разобраться наконец с этой проблемой. Или вскипающий в дренажном колодце конденсат вызывает эрозию грунта и провалы в земле – так, что прохожим невозможно ходить.
Технически почти всегда есть возможность с пользой применить пар вторичного вскипания. Современный уровень развития техники и технологий позволяет решать самые разнообразные задачи в пароконденсатных системах. Конечно, это не каталожная техника, ее не подберешь по прайс-листам. Нет смысла искать ценовое дно технических решений, чтобы предприятие-потребитель само со своей продукцией не оказалось на дне. Еще раз определим основной тезис: «чем полнее и точнее сформулированы технические условия, тем в конечном счете успешнее результат». Выпускать пар вторичного вскипания в воздух так же аналогично, как и допускать появление пролетного пара в пароконденсатных системах – это непозволительная роскошь в настоящее время.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, № 3 (65)
