В промышленном производстве, где в технологических процессах используется насыщенный пар и есть потребители пара, работающие на разном давлении, существуют задачи, требующие установки редукционных клапанов. Назначение редукционного клапана (или редуктора, как его еще называют) – снижать давление пара, поступающего от внешнего источника, до уровня, необходимого конкретному потребителю или группе потребителей, и стабилизировать его на заданном уровне при колебаниях давления пара на входе. Снабжение технологической установки паром накладывает определенные требования к средствам снижения давления, среди которых качество пара, быстрота реакции на изменение давления на входе, точность во всем диапазоне нагрузок, простота, ремонтопригодность и прочие критерии, приоритетность которых зависит от технических условий и требований.
Критерии выбора клапана
Основным и единственным назначением автономного редукционного клапана для пара является снижение давления пара и поддержание давления на выходе на постоянном уровне, в том числе при колебаниях давления на входе и изменениях расхода пара на потребителе. Обратим внимание, что редукционный клапан сам по себе довольно уязвим и требователен, что делает его практически бесполезным без обвязки, то есть без необходимого набора элементов, совокупность которых составляет редукционную установку (РУ). Следовательно, серьезное рассмотрение вопросов снижения давления пара невозможно без оглядки на окружение основного элемента редукционной установки, которым и является сам редукционный клапан. Другими словами, редуктор является необходимым, но недостаточным элементом системы редуцирования, и отсутствие внимания к окружению клапана есть большая ошибка инженера, озадаченного подбором клапана. Рассматривая заключительную, а именно третью составляющую выбора, особенно популярную в отдела закупок предприятий – стоимость редукционного клапана – становится очевидным, что стоимость редуктора как такового, без рассмотрения состава его окружения и вне его собственных технических характеристик, не только не сообщит ничего объективного, но и может ввести в заблуждение.Результатом таких ошибок обычно являются зря потраченные деньги, которые по факту являлись псевдоэкономией. Можно купить самый недорогой редукционный клапан, но при этом стоимость его обвязки может в несколько раз перекрыть стоимость самого редуктора, а затраты на монтаж и обслуживание и вовсе сделают его «золотым». Рассмотрим эти аспекты более подробно.
Важные аспекты
Редукционная установка представляет собой комплект оборудования, среди которого запорная арматура на входе, выходе и обводной линии, фильтр грубой очистки, сепаратор, предохранительный клапан, узел (один или два) отвода конденсата от паропровода. Пример типовой компоновки РУ приведен на рис 1. Запорная арматура перед и после редукционного клапана требуется для возможности быстрой замены или ревизии клапана. При перекрытии основного потока пара через редуктор, пар на время может быть направлен по обводной линии, где устанавливается запорно-регулирующий вентиль. Как и любой автоматический клапан, редуктор требует защиты от загрязнений, окалины и прочих механических включений, поэтому инструкция на любой редукционный клапан содержит рекомендацию установки фильтра грубой очистки.
При отсутствии специальных требований к размеру и количеству частиц, любые рекомендации поставщика по применению специальных, так называемых "мелких сеток для пара" в составке фильтра, являются необоснованными и навязываемыми поставщиками оборудования.
Двигаемся далее и переходим к сепаратору пара. Пар от котельной редко когда имеет 100 % сухость, вместе с тем влажный пар, попадая на седло редуктора, может быстро приводить к его эрозии. Капли конденсата, двигаясь в потоке пара с высокой скоростью, порядка 30 м/с в трубе и 70?80 м/с на седле клапана, неизбежно повышают скорость его износа. Один из таких драматических примеров можно видеть на рис. 3 и 4. Следует иметь в виду, что сам факт наличия сепаратора еще не говорит о том, что задача осушки пара решена, и клапан будет защищен от эрозии. Итак, пар должен быть сухим не только на входе, но и на выходе РУ, то есть потребитель для его эффективной и безопасной работы должен получать именно сухой пар. Тип сепаратора и правильность его подбора определяют его эффективность. Подбор сепаратора, гарантирующий максимальную эффективность прибора, должен осуществляться с учетом расхода, скорости и падения давления для конкретной модели сепаратора, и отсутствие этих характеристик в описании сепаратора говорит о том, что производитель не проводил испытаний либо умышленно скрывает невысокие характеристики своего устройства. Следовательно, сепаратор, так же как и редуктор, должен быть правильно подобран для гарантии работоспособности установки, и подбирается он не «по диаметру трубы».
Работа сепаратора невозможна без установки конденсатоотводчика на дренажном выходе сепаратора. Установка конденсатоотводчика связана также с необходимой его обвязкой. Выбор конденсатоотводчика является не менее важным аспектом, и существует ряд критериев выбора самого конденсатоотводчика, и здесь также важно не ошибиться.
Вопросы подбора конденсатоотводчиков являются отдельной большой темой, и в рамках настоящей статьи они не затрагиваются.
Некоторые особенности
Далеко не всегда подбор, закупка и установка редукционных клапанов осуществляется с учетом всех особенностей подбора всех составляющих установки, однако есть возможность исключить часть из них уже на этапе выбора только одного лишь клапана. Речь идет о клапанах, в составе которых по умолчанию присутствует и фильтр, и сепаратор, и конденсатоотводчик. Такие клапаны представляют собой, по сути, узел регулирования по умолчанию. В составе такого узла нет только запорной арматуры и предохранительного клапана. Пример редукционной установки в составе комбинированного редукционного клапана представлен на рис. 2. Клапан TLV серии COSPECT является автономным редукционным клапаном с пилотным управлением, однако с несколькими существенными отличиями от другой известной конструкции, приведенной на рис 5. Клапан COSPECT имеет верхнее расположение главной мембраны, что делает ее нечувствительной к гидроударам, так как на нее не попадает конденсат на пуске. Мембрана имеет малый диаметр, выполнена из нержавеющей стали и служит практически весь срок эксплуатации редуктора без замены. Все импульсные линии (обратной связи и управляющие) являются внутренними и имеют короткую длину, что исключает риски их повреждения при транспортировке, монтаже и обслуживании. Такая компоновка обеспечила возможность встроить в конструкцию сразу несколько принципиально важных элементов, ранее расположенных отдельно от редуктора, а именно:
• Фильтр;
• Циклонный сепаратор пара;
• Конденсатоотводчик со свободно плавающим поплавком.
Выводы
Внимательный анализ данной конструкции говорит о том, что клапан не только не стал сложнее и дороже с точки зрения его последующего обслуживания, но даже и выиграл в этом отношении. Что представляет собой фильтр? Это, по существу, просто сетка, для демонтажа которой, как и отдельно стоящего фильтра, достаточно открутить четыре болта на заглушке. Для обслуживания фильтра на редукторе также достаточно снять нижнюю часть, крепящуюся на тех же четырех болтах. Циклонный сепаратор – это геометрическая фигура, не имеющая движущихся частей и вовсе не требующая никакого обслуживания. Особенность сепаратора в данном случае в том, что конструкция циклона заранее адаптирована под расходные характеристики редукционного клапана. Снизу, под сепаратором расположен конденсатоотводчик со свободно плавающим поплавком – устройство с одной движущейся частью, которой является поплавок. Данная конструкция конденсатоотводчика отличается повышенной живучестью, простотой обслуживания и ремонта, потому что состоит буквально из двух частей: поплавка и седла, в отличие от громоздких и конструктивно сложных рычажных поплавковых конденсатоотводчиков. Комбинированный клапан с интегрированными элементами обвязки с точки зрения обслуживания не дороже клапана с обычной обвязкой, однако имеет следующие преимущества:
• В два раза меньше монтажный размер РУ и ниже вес установки;
• В четыре раза меньше ответных фланцев и сварочных швов – ниже стоимость материалов при монтаже, ниже риски утечек, ниже стоимость проверки герметичности сварочных швов.
• Все встроенные компоненты подобраны под расходные характеристики редуктора, следовательно, нет рисков быть переразмеренными или неверно подобранными.
Достоинства комбинированных клапанов позволили несколько расширить их линейку, в частности, кроме редукционных клапанов существуют как традиционные регулирующие клапаны для универсальных промышленных применений (рис. 6), так и узкоспециализированные мультирегуляторы для прецизионного управления давлением (рис.7).
Подводя итог этой короткой статьи, хочется отметить, что в современном мире многообразие технических средств позволяет в полной мере осуществить проектирование именно такой редукционной установки, которая идеально подходила бы под конкретные условия, не пренебрегая и не жертвуя при этом некоторыми важными свойствами. Рекомендуем внимательно изучать и анализировать это многообразие, выделяя важные и пропуская малозначительные для конкретной задачи критерии.
Опубликовано в журнале "Вестник арматуростроителя" № 2 (37) 2017
Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 2 (37) 2017
