Почему разные объекты могут требовать применения разных типов конденсатоотводчиков? Как правильно определить, какой тип конденсатоотводчика подходит процессу? Есть ли потребители пара, где установка конденсатоотводчика не рекомендована вовсе? Прежде чем подбирать конденсатоотводчик, необходимо заранее знать ответы на эти три вопроса. В настоящей статье указаны основные сведения по перечисленным выше вопросам.
Как следует из удачно сформулированного названия «конденсатоотводчик», устройство это предназначено для отвода конденсата из пространства, где он образуется или куда он поступает. Это теплообменник либо сосуд для промежуточного сбора конденсата, пароспутник или паропровод. Общий термин «конденсатоотводчик» объединяет в себе великое множество устройств, различных как конструктивно, так и по принципу действия.
Имеется два подхода к выбору типа конденсатоотводчика. Первый способ состоит в определении характеристик процесса, понимании его особенностей, изучения технических условий. По этим данным пользователь самостоятельно делает выбор в пользу того или иного типа конденсатоотводчика. Это самый лучший, но не самый простой путь, в том смысле, что требует наличия опыта. От инженера требуется глубокое понимание процесса, знания типов конденсатоотводчиков, особенностей их поведения в определенных условия и так далее. Если не ориентироваться в разнообразии конденсатоотводчиков, вероятность правильного выбора значительно снижается.
Второй путь проще, и ему следует большинство пользователей. Существует типизация процессов, где могут быть применены определенные конденсатоотводчики. По схожим характеристикам каждому процессу присвоен рекомендованный тип конденсатоотводчика. Обычно в таком случае прописывается два типа конденсатоотводчика: для первого выбора и для второго. Все что должен сделать пользователь, будь он проектировщик или производственник, найти в перечне нужный ему объект и посмотреть, какие типы конденсатоотводчика подходят под данные условия. Таким образом, задача выбора значительно упрощается. Это тоже хороший способ, так как не требует много времени и большого опыта. Достаточно базовых знаний инженера-теплотехника.
Конденсатоотводчики отличаются принципом действия. А именно тем, каким образом устройство определяет, когда в него поступает конденсат, а когда пар. В зависимости от результата такого распознавания конденсатоотводчик управляет клапаном, находящимся внутри устройства. Не следует думать, что, если конденсатоотводчик предназначен для отвода конденсата, значит он будет отводить конденсат во всех установках одинаково хорошо. Некоторые конденсатоотводчики работают циклично, некоторые плавно с модуляцией. Некоторые задерживают перед собой конденсат. Некоторые пропускают часть пара всегда, некоторые никогда, некоторые иногда… Работа конденсатоотводчика зависит от технических условий, а они могут быть очень разными.
Конденсатоотводчик термостатического типа реагирует на температуру конденсата. Работа термодинамического конденсатоотводчика основана на разнице свойств протекания конденсата и пара. Поплавковые конденсатоотводчики относятся к классу механических конденсатоотводчиков и являются автоматическими регуляторами уровня.
Конденсатоотводчики с перевернутым стаканом также относятся к механическим, но устройство механизма и поведение принципиально отличаются от поплавковых. Работа конденсатоотводчиков соплового типа, с сужающим устройством, основана на том принципе, что пар и конденсат имеют разные объемные свойства. Кроме того, буквально каждый из упомянутых типов имеет несколько модификаций, которые влияют на поведение конденсатоотводчиков даже в рамках одного типа. И все это, не говоря о многочисленных опциях для специфических применений.
Чем же так отличаются процессы, что требуют применения разных типов конденсатоотводчиков? В зависимости от технических условий и характера работы объекты могут иметь на выходе конденсат, у которого постоянная либо изменяющаяся температура, давление и противодавление, расход, длительное отсутствие расхода. Разумеется, могут быть комбинации перечисленных выше условий. Требования объекта могут противоречить поведению конденсатоотводчика. Обычно это не позволяет применять одинаковый тип конденсатоотводчика во всех случаях. В зависимости от условий некоторые конденсатоотводчики просто не выполнят свои функции либо выполнят их плохо, с нанесением вреда процессу. Неверно подобранный тип конденсатоотводчика может приносить проблемы. Это, кстати, хорошо бы своевременно доносить до специалистов отделов закупок, страстью которых часто бывает так называемый «подбор аналога». Под аналогом может подразумеваться просто какой-нибудь конденсатоотводчик со схожим диаметром присоединения, условным давлением и материалом корпуса. Часто результатом «подбора аналога» является проблема в работе установки или повышенные эксплуатационные расходы.
Нельзя сказать, что все типы конденсатоотводчиков строго привязаны к конкретным потребителям и процессам. Разумеется, в ряде случаев могут подходить сразу несколько типов. Но некоторые могут подходить лучше. Окончательный выбор зависит от конкретных условий.
Перечислим основные характеристики и особенности конденсатоотводчиков различных типов. Они помогут сделать правильный выбор.
Термодинамический конденсатоотводчик
Достоинства: компактный, малый вес, простая и надежная конструкция, устойчивость к гидроударам и размораживанию, работа в широком диапазоне давлений, устойчивость к вибрациям.
Модель со встроенным воздухоотводчиком, паровой или воздушной рубашкой (рис. 2): быстрое удаление воздуха на пуске, высокая пропускная способность относительно стандартного размера, независимость от внешних погодных условий, ремонтопригодность без замены корпуса, длительный срок службы по сравнению с традиционными конструкциями.
Недостатки: непригодность в условиях низких давлений (ниже 0,5…1 бар) и высоких противодавлений (выше 50 % от давления на входе); неспособность отводить воздух и неконденсируемые газы, блокировка воздухом (для моделей, не оснащенных встроенным воздухоотводчиком); дребезг при длительном отсутствии нагрузки по конденсату.
Применение: дренаж всех видов паропроводов, в том числе высокого давления и с перегретым паром, пароспутники, инструментальный нагрев.
Модель со встроенным воздухоотводчиком, паровой (воздушной) рубашкой: дополнительно к обозначенному выше: небольшие технологические нагреватели, объекты с движущимися механизмами и вибрацией.
Термостатический капсульный или сильфонный, сбалансированный по давлению
Достоинства: компактный, малый вес, отличная способность отвода воздуха и неконденсируемых газов, работа при высоком противодавлении, не требует регулировки при изменении рабочего давления.
Недостатки: задерживает конденсат перед собой до тех пор, пока он не доохладится на несколько градусов ниже температуры насыщения (5…30°С в зависимости от модели капсулы/сильфона), сильфоны и некоторые виды капсул неустойчивы к гидроударам, не подходят для работы на перегретом паре, неустойчив к размораживанию, если нет дополнительных средств для автоматического дренажа.
Применение: паровые отопительные радиаторы, небольшие теплообменники, которые допускают подтопление конденсатом, пароспутники, инструментальный нагрев, отвод воздуха из паропроводов и теплообменников.
Биметаллический конденсатоотводчик
Достоинства: компактный, отличная способность отвода воздуха и неконденсируемых газов, устойчивость к гидроударам и размораживанию, работа с паром высокого давления и перегретого пара.
Недостатки: требует регулировки при широком диапазоне давления, задерживает конденсат перед собой до тех пор, пока он не доохладится на несколько градусов ниже температуры насыщения, медленная реакция на изменение нагрузки, в зависимости от исполнения клапанного механизма, может быть подвержен влиянию противодавления
Применение: пароспутники, инструментальный нагрев, отвод воздуха из паропроводов и теплообменников, в том числе при высоком давлении.
Конденсатоотводчик с сужающим устройством, сопло Вентури
Достоинства: компактный, устойчивость к гидроударам и размораживанию, работа с паром высокого давления, нет движущихся частей.
Недостатки: требует точного расчета размера дроссельного отверстия, для чего рабочие условия, по которым производился расчет, должны быть точно соблюдены; если размер окажется выше, конденсатоотводчик будет пропускать пролетный пар, если ниже, паропровод перед ним, может подтапливаться.
Применение: дренаж паропроводов, сепараторов, коллекторов, небольшие теплообменные аппараты, работающие с постоянной нагрузкой и на постоянном давлении.
Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом
Достоинства: относительная устойчивость к гидроударам и размораживанию, надежный рычажный механизм (у некоторых производителей).
Недостатки: медленно отводит воздух и неконденсируемые газы, может пропускать пар при небольших нагрузках и при резком снижении рабочего давления, не применим для перегретого пара (дизайн некоторых моделей ориентирован на перегретый пар, но конструкция механизма сложна, менее надежна), требуется большой коэффициент запаса производительности (3–5-кратный).
Применение: дренаж паропроводов, небольшие и средние теплообменные аппараты, работающие с более-менее постоянной нагрузкой, защита от размораживания при высоком противодавлении.
Поплавковый конденсатоотводчик с рычажным механизмом и встроенным термостатическим воздухоотводчиком
Достоинства: быстрая реакция на изменение нагрузки, отвод воздуха и неконденсируемых газов, работа при высоком противодавлении.
Недостатки: механизм подвержен износу из-за присутствия трущихся и жестко закрепленных деталей, герметичный поплавок и рычажный механизм неустойчивы к гидроударам, неустойчивость к размораживанию (без дополнительных средств автоматического слива конденсата), сложный, а иногда и нецелесообразный ремонт.
Применение: теплообменные аппараты широкого диапазона нагрузок и давлений, опции для сифонного дренажа.
Поплавковый конденсатоотводчик со свободноплавающим поплавком
Достоинства: быстрая реакция на изменение нагрузки, отвод воздуха и неконденсируемых газов, работа при высоком противодавлении, механизм не имеет рычагов и трущихся частей, быстрый и простой ремонт.
Недостатки: неустойчивость к размораживанию (без дополнительных средств автоматического слива конденсата).
Применение: теплообменные аппараты широкого диапазона нагрузок и давлений, дренаж паропроводов, сепараторов, коллекторов, в том числе с перегретым паром, опции для сифонного дренажа.
Приведем иллюстрацию выбора типа конденсатоотводчика на примере задачи дренажа паропровода. В общем случае подходят и термодинамические, термостатические, механические конденсатоотводчики и сопловые. На первый взгляд получается, что можно применять все типы. Но это не так. Если присмотреться к условиям, то выбор значительно сузится. К примеру, если паропровод расположен в северных широтах и слив конденсата идет на рельеф местности, что характерно для крупных предприятий с распределенной сетью паропроводов, то очевидно, что термостатический конденсатоотводчик по умолчанию подходит хуже остальных. Он отводит конденсат, имеющий температуру, ниже температуры насыщения. В зависимости от модели разница может доходить до 30 °С. При отрицательных температурах окружающей среды возникает высокий риск, что конденсат замерзнет прямо в трубе на выходе конденсатоотводчика, а то и до него. В этом случае термодинамический конденсатоотводчик явно предпочтительнее. Он отводит конденсат с температурой насыщения. Но также пропускает небольшое количество пара при срабатывании. Работа конденсатоотводчика способствует прогреву конденсатной линии за собой. Что касается механических типов, то и тут есть особенности, о которых не все знают. Обыкновенный поплавковый конденсатоотводчик имеет внутри два клапана: клапан выпуска конденсата и клапан выпуска воздуха с неконденсируемыми газами. Клапан выпуска воздуха предназначен для отвода большого количества воздуха в плавном режиме. Такие условия характерны для теплообменных процессов, а не дренажей паропроводов. На пуске достаточно вывести начальный воздух. Далее его просто не будет. Обычный поплавковый конденсатоотводчик просто избыточен для этой задачи. Существуют специальные поплавковые конденсатоотводчики для дренажей паропровода. В них воздух отводится через тот же клапан, что и отводится конденсат. Но для условий отрицательных температур применение поплавковых конденсатоотводчиков ограничено из-за рисков быть размороженными. Поплавок конденсатоотводчиков поплавкового типа в любом случае будет поврежден при замерзании конденсата. Механизм термодинамических конденсатоотводчиков не разрушается из-за замерзания конденсата внутри. Остался на рассмотрении сопловой конденсатоотводчик. Он подходит при условии более-менее стабильного расхода конденсата и, что более важно, давления перед конденсатоотводчиком. Если эти условия выполняются, то он подходит. Поэтому для обозначенной задачи первый выбор за термодинамическим конденсатоотводчиком, второй – за сопловым. Если же конденсат возвращается в котельную, конденсатопровод хорошо утеплен и не имеет высоких рисков быть размороженным, то термостатические конденсатоотводчики становятся более предпочтительными перед термодинамическими. Если паропровод внутренний, нагрузка по пару и давление пара стабильные, то конденсатоотводчик соплового типа может быть рекомендован, как первый выбор. Как видим на простом примере, в зависимости от условий возникает достаточно много вариантов для выбора.
Бытует мнение, что, если есть паровой нагреватель, то на выходе обязательно должен быть предусмотрен конденсатоотводчик. Это неверное мнение. Вот лишь некоторые типы нагревателей, установка конденсатоотводчиков на которые не только ухудшает нагрев, но и в ряде случаев полностью его парализует: все виды теплообменников с сифонным дренажем (бумагоделательные машины, вращающиеся валы в текстильной промышленности, гальванические ванны), вулканизаторы резины, жаровни и тостеры, пресса для склейки, сушильные столы. Отвод конденсата в таких случаях выполняется принципиально иными средствами, такими как системы адаптивной рециркуляции пара, каскадные схемы, установки с конденсатным регулированием и пр.
В следующем номере журнала будет представлена таблица с перечнем технологических и вспомогательных нагревателей с указанием рекомендуемых типов конденсатоотводчиков.
Размещено в номере: Вестник арматуростроителя, №6 (81)
