Принято считать, что термостатический капсульный конденсатоотводчик прост и поэтому надежен. Данное утверждение можно поставить под сомнение. Этот тип конденсатоотводчика либо прост, либо надежен. Смысловая ловушка работает до сих пор. К сожалению, конечные пользователи, выбирающие простоту и надежность термостатических конденсатоотводчиков, могут получить взамен пролетный пар, блокировки конденсатных линий, гидроудары, эрозию корпусов конденсатоотводчиков и трубопроводов. А также постоянные закупки все новых и новых конденсатоотводчиков. Хотя такое поведение и характерно для современного общества потребления, промышленности оно противопоказано. Регулярные закупки конденсатоотводчиков взамен предыдущих, вышедших из строя за короткое время, выгодны поставщикам. Предприятия тратят серьезные деньги, меняя одни плохо работающие или неработающие конденсатоотводчики на подобные. При этом потери из-за плохо функционирующих конденсатоотводчиков никуда не исчезают. Эти потери кратно превосходят стоимость даже самых дорогих конденсатоотводчиков. Специалистам известно, что конденсатоотводчик – один из самых быстроокупаемых клапанов среди ЗРА. И гонка за низкой ценой конденсатоотводчика без внимательного рассмотрения предмета закупки может обходиться пользователям весьма дорого. Выявить плохо работающий конденсатоотводчик непросто. Это обстоятельство усугубляет проблему. И открывает дорогу поставщикам сомнительной техники. Рассмотрим, что из себя представляет термостатический конденсатоотводчик и на что следует обращать внимание при его выборе.
Чувствительным элементом конденсатоотводчика является герметичная капсула со спиртосодержащей жидкостью внутри (рис. 1). У капсулы есть двигающаяся часть – мембрана. Она соединена с клапаном, выпускающим конденсат из конденсатоотводчика. Капсула всегда погружена в рабочую среду, то есть конденсат, воздух и пар, которые могут находиться внутри конденсатоотводчика. При нагреве капсулы жидкость внутри капсулы вскипает, давление растет и мембрана деформируется. Клапан закрывается. Охлаждение мембраны вызывает обратный процесс. Жидкость внутри конденсируется, давление падает, объем уменьшается. Мембрана приходит в исходное положение, открывая клапан. Жидкость в капсуле имеет кривую насыщения, на несколько градусов ниже, чем кривая насыщения воды (рис. 2). Чем горячее конденсат, поступающий в конденсатоотводчик, тем ближе температура, при которой клапан конденсатоотводчика закроется. Конденсатоотводчик открывается, когда температура конденсата ниже, чем температура насыщения, на определенное количество градусов (в зависимости от характеристик спиртосодержащей жидкости). Термостатический конденсатоотводчик закрывается не тогда, когда в него приходит пар. А когда в него приходит конденсат, еще не достигший температуры насыщения. Конденсатоотводчик задерживает перед собой конденсат до тех пор, пока он не остынет. Как же конденсатоотводчик понимает, когда ему открыться или закрыться, если давление конденсата, а значит, и температура насыщения может изменяться? Поскольку капсула погружена в конденсат, давление конденсата давит на мембрану капсулы, воздействуя на жидкость внутри. При изменении давления жидкости температура кипения также изменяется. Конденсатоотводчик автоматически перестраивает температуру открытия/закрытия в соответствии с текущим давлением конденсата, следуя вдоль кривой насыщения во всем диапазоне рабочих давлений конденсатоотводчика. Именно поэтому термостатический капсульный конденсатоотводчик называется сбалансированным по давлению.
Что же такого сложного может быть в капсуле? Может быть, и ничего, но капсула достаточно миниатюрная. Ее диаметр составляет порядка 40 мм. В нее помещается буквально несколько капель рабочей жидкости. Ход клапана – менее 1 мм. При этом капсула должна обеспечивать порядка 6 млн циклов срабатываний за год. Очевидно, что мембрана, которая является единственной движущейся деталью, должна быть прочной и гибкой одновременно. Прочность должна быть таковой, чтобы выдерживать возможные гидроудары и термоудары. Это касается как самой мембраны, так и сварного шва, где мембрана крепится к корпусу капсулы. Конденсатоотводчик должен обеспечивать одинаковую температуру доохлаждения конденсата во всем диапазоне рабочих давлений. Например, 21 или 32 бар. Это общепринятые стандарты.
Мембрана должна быть гибкой, но прочной. Достичь этого не просто, учитывая требование многолетнего ресурса.
Опыт показывает, что среди присутствующих на рынке конденсатоотводчиков далеко не все капсулы обеспечивают соблюдение заявленных характеристик. Множество моделей капсул являются геометрическими копиями известных производителей. Характеристики в свою очередь тоже переписаны с оригиналов. Стоят ли за ними результаты лабораторных испытаний, опыт исправления недостатков, результаты анализа статистики применения и прочее, неизвестно. Точнее сказать, известно, что, скорее всего, если и были испытания, то весьма поверхностные. Произвести надежную капсулу не так просто, как может показаться, глядя на саму капсулу. За внешней простотой скрываются прецизионные технологии механической обработки, сварки и выбора материалов.
В качестве примера можно привести капсулу, известную как «Х-элемент» (рис. 3). Высокотехнологичная и инновационная капсула сильно отличается от прочих. Это обусловлено длительной эволюцией, которая вынудила инженеров-разработчиков на протяжении многих лет совершенствовать конструкцию и материалы. Вплоть до сегодняшнего времени.
Х-элемент имеет не одну, а четыре мембраны. Две верхние и две нижние (рис. 4). На поперечном разрезе видно, что мембраны сильно изогнуты. Своеобразная форма предназначена для снижения нагрузки на сварной шов. Он располагается по окружности мембраны и крепит мембрану к корпусу капсулы. За счет волнистой формы при регулярной деформации мембраны движение стального листа в районе шва минимизировано. Лист металла мембраны в районе шва практически не двигается, не создавая механические напряжения, повышая при этом ресурс.
При разрыве двух верхних мембран клапан конденсатоотводчика открывается. То же самое происходит при разрыве двух нижних мембран.
Конденсатоотводчик при поломке «нормально открытый». Это свойство весьма полезно, так как выход из строя не вредит потребителю. Если бы клапан был «нормально закрытый» либо блокировался в открытом или закрытом положении в зависимости от типа поломки, потребитель мог бы затапливаться конденсатом до момента выявления неисправности и ее локализации. Неисправный открытый конденсатоотводчик, хотя и пропускает пролетный пар, все же эти потери можно на время минимизировать запорной арматурой в обвязке. Форма клапана у Х-элемента (рис. 5) отличается от обычного шарика, садящегося на седло. Конические или шарообразные затворы уязвимы с точки зрения позиционирования и засорения. Плоское посадочное место даже при боковых смещениях плотно перекрывает поток. Центральное отверстие обеспечивает функцию нормально открытого клапана при разрыве нижних мембран.
Вопрос устойчивой работы капсулы относительно линии насыщения во всем диапазоне рабочих давлений зависит от свойств спиртосодержащей жидкости. Замечено, что у многих капсул фактический рабочий диапазон значительно уже, чем это заявлено в описаниях. У неполноценных капсул открытие может сопровождаться дребезгом, происходить с опережением либо, наоборот, с задержкой. «Зоны риска» – это начало и конец диапазона рабочих давлений. Не стоит обольщаться, если, скажем, конденсатоотводчик работает в среднем диапазоне. Дело том, что, кроме отвода конденсата, устройство должно отводить воздух. То есть фактический рабочий диапазон всегда шире.
Говоря о термостатических капсулах, мы говорим не только про конденсатоотводчики. Практически все поплавковые конденсатоотводчики, кроме собственно поплавкового клапана, имеют в конструкции второй клапан. И это воздухоотводчик. Обычно производители унифицируют изделия и в качестве воздушника применяют одинаковые капсулы, что для конденсатоотводчиков, что для воздушников. Иногда в капсулах воздухоотводчиков применена другая жидкость. С более сильной разницей срабатывания относительно кривой насыщения. Таким образом, поплавковый конденсатоотводчик, даже имеющий надежную конструкцию поплавкового механизма, может перестать работать из-за термостатической капсулы с неудовлетворительными свойствами.
Нельзя забывать об отдельном классе устройств, таких как воздухоотводчики для пара. Как следует из предыдущего раздела, в основе работы воздушника все та же капсула.
Таким образом, даже если пользователь решит не рисковать и не использовать термостатические конденсатоотводчики, ему это не удастся сделать. Потому что капсулы есть и в поплавковых конденсатоотводчиках, и в воздухоотводчиках. Решением является внимательный выбор. Перед покупкой стоит ознакомиться с документацией на конденсатоотводчики. Если про капсулу в ней ничего не написано, есть высокая вероятность, что капсула просто ненадежная и изготовлена на неизвестном никому предприятии. Было бы странно ничего не писать про капсулу, если она представляет собой основной элемент конденсатоотводчика!
Ресурс термостатического конденсатоотводчика (рис. 6), то есть время его работы в тяжелых условиях промышленной эксплуатации, в полной мере зависит от свойств капсулы. Для промышленных производств именно время является одним из ключевых и ценных ресурсов. Неработающий конденсатоотводчик крадет это время. Оно уходит на ремонты, простои, срывы технологических процессов, что, как следствие, ведет к снижению производительности. Капсулы времени бывают не только в сериалах. Повседневная инженерная жизнь дает нам немало интересных сюжетов. И надежная капсула термостатического конденсатоотводчика – настоящая капсула времени. Она сохраняет время тем, кому оно действительно важно.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №2 (95)
