Отвод конденсата от крупных теплообменных аппаратов, потребляющих от нескольких десятков до сотен тонн пара в час, может осуществляться различными способами. Одним из самых распространенных способов является применение конденсатосборника с системой регулирования уровня (рис. 1).
В сосуд-конденсатосборник из теплообменного аппарата стекает конденсат, а на выходе из сосуда устанавливается обычный регулирующий клапан. Клапан поддерживает уровень в конденсатосборнике, предотвращая попадание пролетного пара в конденсатопровод. Таким образом, регулирующий клапан является квазиконденсатоотводчиком. Однако регулирующий клапан не является автономным устройством, и, по сути, функцию конденсатоотводчика выполняет не только он, а конденсатосборник и вся система управления, состоящая из датчика уровня, микропроцессорного контроллера и собственно регулирующего клапана с электрическим или пневматическим приводом и позиционером. Такая система требует наличия внешнего питания (электрического или пневматического), а также обслуживания приборов КИПиА и исполнительных механизмов.
Достоинство подобных систем выражается в том, что система состоит по существу из самых обычных компонентов, таких как традиционный регулирующий клапан, обычный вертикальный или горизонтальный сосуд и простейшая с точки зрения автоматизации САУ.
Такой способ не является единственным и имеет, в свою очередь, ряд ограничений, связанных с конкретными техническим условиями. Это и ограниченное пространство, и стоимость монтажа и обслуживания (особенно для зон с требованиями взрывозащищенного исполнения приборов), и ряд других моментов, совокупность которых может быть причиной рассмотрения другого способа отвода конденсата, являющегося, однако, более традиционным для маленьких теплообменников. Мы говорим о полноценном конденсатоотводчике, то есть об автономном клапане прямого действия, не требующим ни внешнего питания, ни конденсатной емкости, ни КИПиА.
Конденсатоотводчики, обслуживающие огромные расходы конденсата, конечно, существуют, но по понятным причинам они не производятся массово. Попросту нет такого количества объектов, чтобы конденсатоотводчики для ультрарасходов производились большими сериями, в большом количестве и разнообразии. Производителей таких «монстров» не так много на мировом рынке. На российском рынке присутствует еще меньше.
Конденсатоотводчик, способный эффективно отводить конденсат с расходами в десятки и сотни тонн в час, по определению не может быть простым и иметь традиционную для данных устройств конструкцию по «механическим» причинам. Известно, что при отводе конденсата конденсатоотводчик должен гарантированно открывать и плотно закрывать выпускной клапан. Поскольку расходы составляют десятки и сотни тонн в час, седло клапана должно иметь достаточно большой диаметр — от нескольких до десяти и более сантиметров. Чтобы открыть такой клапан при помощи обычного поплавкового механизма, необходимо развить достаточное усилие, а для этого поплавок и весь механизм должны быть просто огромными. Поплавок с размером 30 и более сантиметров, к тому же способный работать на высоких (до 40 бар) давлениях и температурах, превышающих 200°С, — весьма дорогостоящее изделие, производство которого не является простым с точки зрения технологии производства. Металлоемкость, габаритные размеры корпуса и поплавка, вес устройства могут сделать такой конденсатоотводчик по-настоящему золотым как по стоимости самого конденсатоотводчика, так и по стоимости его запасных частей.
Кроме того, чем больше диаметр седла клапана, тем больше вероятность утечки в результате загрязнения или перекоса. Поэтому некоторые производители идут на техническую хитрость — делают двойное седло (двухседельная конструкция с двумя клапанами на одной вертикальной оси), позволяющее уменьшить диаметр, сохранив высокую пропускную способность. Но эта сторона медали имеет и обратную сторону — клапан с двойным седлом, как правило, требует наличия минимально необходимого расхода конденсата для гарантии исключения пролетного пара.
Понимание приведенных выше факторов существенно ограничивает производителей в выборе предлагаемых потребителям линеек конденсатоотводчиков. Учитывая, что потенциальный рынок не так велик, а разнообразие технических условий, наоборот, весьма широко (рабочие перепады давления, рабочие температуры, требования к материалу корпуса и пр.), производители останавливаются на выпуске моделей, способных работать в широком диапазоне рабочих давлений и температур, не разбивая модельный ряд на множество модификаций.
Конденсатоотводчики высокой пропускной способности на сегодняшний день являют собой чудеса инженерной мысли. Это весьма современные и совершенные устройства, несмотря на то, что выглядят они как настоящие технические «динозавры». Во внешнем облике порой трудно найти знакомые очертания привычного образа конденсатоотводчика.
Рассмотрим один из примеров — конденсатоотводчик с пилотным (управляющим) клапаном PowerDyne для ультрарасходов конструкции японской компании TLV (рис. 3). Механизм имеет два клапана для отвода конденсата: клапан для малых расходов (он же пилотный клапан) и клапан для больших расходов. Принцип действия несколько отличается от привычного всем поплавкового конденсатоотводчика. При небольшом расходе конденсата (от сотни кг до нескольких тонн в час) конденсатоотводчик работает как обычный механический конденсатоотводчик со свободноплавающим поплавком. Поплавковый клапан не имеет рычажного механизма и конструктивно довольно прост. Движущейся частью является лишь один ни к чему не закрепленный поплавок, своим движением он регулирует степень открытия клапана. При росте расхода поплавок полностью поднимается. Возрастающее количество конденсата провоцирует рост количества пара вторичного вскипания, образующегося за клапаном при выпуске конденсата. Пар вторичного вскипания через импульсную линию начинает воздействовать своим давлением на пистон, который в свою очередь открывает главный клапан, обеспечивая высокую пропускную способность устройства. Как только весь конденсат вышел, поплавок опускается, давление в цилиндре пистона снижается и пистон закрывает клапан. Воздух и неконденсируемые газы на пусковом режиме стравливаются через настраиваемый воздушный клапан.
Такой принцип действия характерен только для конденсатоотводчиков высокой пропускной способности. Механизм не имеет большого поплавка. Как можно видеть, поплавок достаточно мал и сравним с поплавком самого простого конденсатоотводчика с расходами до пары тонн конденсата в час, а между тем этот конденсатоотводчик способен отводить без малого 200 тонн конденсата в час при перепаде давления до 46 бар и температуре до 400°С.
Другим представителем серии больших конденсатоотводчиков является так называемый конденсатоотводчик-«черепаха» (рис. 5). Его особенностью является возможность легкого доступа к механизму без необходимости демонтажа устройства с трубопровода. Этот конденсатоотводчик имеет традиционный рычажный поплавковый механизм, двухседельный клапан и относительно небольшой поплавок.
Всякий раз, выбирая техническое решение, при рассмотрении задач отвода конденсата инженер должен самостоятельно внимательно оценивать возможные варианты, используя все разнообразие существующих технических средств.
Опыт показывает, что применение так называемых типовых решений в качестве самого простого выбора без оглядки на специфические технические условия по месту приводят к последующим трудностям в эксплуатации системы, а также повышенной стоимости обслуживания при, казалось бы, низкой первоначальной стоимости оборудования. Разнообразие выпускаемых приборов для отвода конденсата на сегодняшний день позволяет выполнять задачи с самыми высокими требованиями как в части выполняемых функций, так и в части прочих параметров, таких как низкая стоимость обслуживания и ремонта, ограничения по габаритам и других важных критериев.
