Конденсатоотводчик паровой. Принцип работы парового конденсатоотводчика. Конденсатоотводчики - общий сравнительный обзор

Т. Гуцуляк, А. Кирилюк

Из-за постоянного удорожания энергоресурсов все промышленные отрасли заняты поиском альтернативных источников повышения энергоэффективности. Водяной пар, как одно из средств передачи тепловой энергии, становится всё более популярным

Важную роль в эффективном отборе тепла от пара, помимо теплообменников, играют конденсатоотводчики. Их главная задача - отбор от водяного пара как можно большего количества тепла - довольно непроста и зависит не только от наличия самих конденсатоотводчиков в системе, но также и от того, насколько правильно они подобраны. Чтобы правильно выбрать конденсатоотводчик для конкретного производственного процесса, необходимо хорошо знать и понимать принципы его работы и специфику применения пара в данном процессе.

Назначение конденсатоотводчиков

Конденсатоотводчик должен препятствовать уменьшению коэффициента теплопередачи. Уменьшение происходит за счет образования конденсата у потребителя пара, либо в паропроводе. Задача данного оборудования - отводить конденсат, не допуская при этом «пролет» и выпуск пара.

Пар, теряя тепло, необходимое для теплообменных процессов, отдает его стенкам трубопровода, превращаясь в конденсат. Если его не отводить - ухудшается «качество» пара, возникают кавитация и гидроудары. Наилучший вариант, когда конденсатоотводчик способен отводить конденсат, а также воздух и другие неконденсированные газы.

Не существует универсального конденсатоотводчика, подходящего для всех задач и условий применения. Все типы конденсатоотводчиков отличаются по принципу работы, при этом имея свои недостатки и преимущества. Всегда существует лучшее решение для конкретного применения в пароконденсатной системе. Выбор конденсатоотводчика зависит от
температуры, давления и количества образуемого конденсата.

Рис. 1. Основные типы:
а) - механический (поплавковый); б) - термодинамический; в) - термостатический

Существует три принципиально разных типа: механические, термостатические и термодинамические.

Принцип действия механических основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Механические конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип устройств хорошо подходит для теплообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.

Термостатические конденсатоотводчики определяют разницу температуры пара и конденсата. Чувствительный элемент и исполнительный механизм в данном случае - термостат. Прежде чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.

В основе принципа действия термодинамического конденсатоотводчика лежит разница скоростей прохождения пара и конденсата в зазоре между диском и седлом. При прохождении конденсата из-за низкой скорости диск поднимается и пропускает конденсат. При поступлении пара в термодинамический конденсатоотводчик скорость увеличивается, приводя к падению статического давления, и диск опускается на седло. Пар, находящийся над диском, благодаря большей площади контакта, удерживает диск в закрытом положении. По мере конденсации пара давление над диском падает, и диск снова начинает подниматься, пропуская конденсат.

Таблица 1. Типы конденсатоотводчиков

Таблица 2. Сравнение конденсатоотводчиков и их типов

Выбор конденсатоотводчика

Для правильного подбора условного диаметра конденсатоотводчика нужно сначала определить входное давление, см. рис. 3.

Если конденсатоотводчик установлен после паропотребляющей установки, входное давление на 15% ниже давления на входе в установку.

Для примерного расчета противодавления, принимаем, что каждый метр подъема трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.

Перепад давления = Входное давление - Противодавление.

Рассчитать количество конденсата можно, используя техническую документацию производителя паропотребляющего оборудования с учетом коэффициента запаса по расходу конденсата. На основных паропроводах, в теплообменниках и подобном оборудовании запас пропускной способности нужно установить в 2,5 - 3 раза больше расчетного. В других случаях запас больше в 1,5 - 2 раза.

После расчета коэффициента запаса по расходу конденсата, диаметр конденсатоотводчика выбирается по диаграмме
пропускной способности (см. рис.2), которую предоставляет завод-производитель.

Ниже в качестве примера приведены диаграммы пропускной способности AYVAZ SK-51 (данные и рекомендации предоставлены компанией «АЙВАЗ УКРАИНА»).

Рис. 2. Диаграмма пропускной способности SK-51 (1/2”-3/4”-1”)

Пример использования диаграммы (см. рис. 2): для конденсатоотводчика задан расход по конденсату 180 кг/час.

Конденсат отводится от теплообменника при давлении 6 бар и противодавлении 0,2 бар. Перепад давления 6 - 0,2 = 5,8 бар.
Расход по конденсату 180 х 3 = 540 кг/час.
Коэффициент запаса: 3.

Для отвода 540 кг/час конденсата при перепаде 5,8 бар, по синей линии на диаграмме, помеченной цифрой 10 (пропускная способность в данном случае составляет 700 кг/час), выбираем конденсатоотводчик диаметром 1” (Ду25). Цифра 10 обозначает размер отверстия выпускного клапана. Как видно из диаграммы (рис. 2) конденсатоотводчики диаметром 1/2” и 3/4” выбирать в данном случае нельзя, т.к. их пропускная способность по конденсату ниже требуемой.

Использование энергии пара вторичного вскипания

Во время нагрева воды при постоянном давлении её температура и теплосодержание растет. Это продолжается до тех пор, пока вода не закипит. Достигая точки кипения, температура воды не изменяется до тех пор, пока вода полностью не превратится в пар. И поскольку требуется максимально использовать тепловую энергию пара, используются конденсатоотводчики, см. рис 3.

Рис. 3. Использование конденсата и пара вторичного вскипания для теплообмена

Конденсат имеет ту же температуру при заданном давлении, что и пар. Когда конденсат после конденсатоотводчика попадает в зону атмосферного давления, он моментально вскипает и часть его испаряется, т.к. температура конденсата выше температуры кипения воды при атмосферном давлении.

Пар, который образуется при вскипании конденсата, называют паром вторичного вскипания.

Т.е. это пар, который образуется в результате попадания конденсата в атмосферу или среду с низким давлением и температурой.

Расчет количества пара вторичного вскипания:

где:
Эк : Энтальпия конденсата при попадании в конденсатоотводчик при заданном давлении (кДж/кг).
Эв : Энтальпия конденсата после конденсатоотводчика при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг).
Ст : Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении, либо при текущем давлении в конденсатной линии (кДж/кг) трубопровода составляет 0,11 бар противодавления.

Как видно, чем больше разница давлений, тем большее количество пара вторичного вскипания образуется. Тип используемого конденсатоотводчика так же влияет на количество образуемого конденсата. Механические отводят конденсат с температурой близкой к температуре насыщения пара. В то время как термостатические - отводят конденсат с температурой значительно ниже температуры насыщения, при этом количество пара вторичного вскипания уменьшается.

При отборе пара вторичного вскипания нужно учесть, что:

1. Для получения даже малого количества пара вторичного вскипания потребуется большое количество конденсата. Необходимо обратить особое внимание на пропускную способность конденсатоотводчика. Так же нужно учитывать, после регулирующих клапанов давление как правило низкое.
2. Сфера применения должна соответствовать таковой для использования пара вторичного вскипания. Количество пара вторичного вскипания должно равняться или его должно быть немного больше, чем требуется для обеспечения технического процесса.
3. Участок использования пара вторичного вскипания не должен располагаться далеко от оборудования, от которого отводится высокотемпературный конденсат.

Пример расчет количества пара вторичного вскипания в системе, где конденсат отводится сразу после его образования см. ниже.

Возьмем данные из таблицы насыщенного пара: при давлении 8 бар, 170,5°С, энтальпия конденсата = 720,94 кДж/кг. При атмосферном давлении, 100°С, энтальпия конденсата = 419,00 кДж/кг. Разница энтальпий составляет 301.94 кДж/кг. Скрытая теплота парообразования при атмосферном давлении = 2 258 кДж/кг. Тогда количество пара вторичного вскипания составит:

Таким образом, если расход пара в системе равен 1000 кг, то количество пара вторичного вскипания составит 134 кг.

Особенности монтажа конденсатоотводчиков

При установке конденсатоотводчика, следует проследить, чтобы стрелка на его корпусе соответствовала направлению потока, см. рис 4, а).

Конденсатоотводчики поплавкового типа должны устанавливаться строго горизонтально. Некоторые, в специальном исполнении могут устанавливаться вертикально. Вход пара в такие конденсатоотводчики должен быть с нижней стороны, см. рис 4, б).

Конденсатоотводчики должны располагаться ниже подключения паровой линии к оборудованию. В противном случае, возможно подтопление оборудования. В случаях, когда установка конденсатоотводчиков таким образом невозможна, необходимо организовать принудительный отвод конденсата, см. рис 4, в).

Термодинамические конденсатоотводчики работают в любом положении. Однако, горизонтальное положение более предпочтительно при установке см. рис 4, г).

Рис. 4. Правильный монтаж конденсатоотводчика

Конденсатоотводчики не должны устанавливаться друг за другом ни в коем случае. Иначе, второй будет создавать давление, которое негативно скажется на работе первого, который уже смонтирован, см. рис. 5, а).

Фильтры, установленные перед конденсатоотводчиками, должны быть повернуты влево или вправо. В противном случае, в нижней части фильтра будет скапливаться конденсат, что может привести к гидроударам, см. рис. 5, б).

Рис. 5. Установка конденсатоотводчика в системе

Правильный выбор и применение оборудования от производителя AYVAZ - эффективный способ повысить уровень энергосбережения в паровых системах.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm . Подписывайтесь!

Конденсатоотводчик является неотъемлемой частью системы подачи воды. Механизм играют важную роль в поддержании производительности и эффективности водопровода и отопительных систем.

Конденсатоотводчик — автоматический сливной клапан, который различает пар и конденсат. Устройство удерживает конденсат пара и выпускает его при различных давлениях или нагрузках. Приборы должны иметь хорошую способность быстро выпускать воздух и другие неконденсируемые газы, удерживая при этом живой пар.

Почему используются

Пар, образуемый котлом, содержит тепловую энергию, которая используется для нагрева продукта. Когда пар теряет энергию, нагревая продукт, образуется конденсат. Кроме того, часть энергии, содержащейся в паре, теряется за счет потерь излучения от труб и фитингов. Потеряв это тепло, пар превращается в конденсат. Если этот конденсат сразу не сливается, как только он образуется, это может снизить эффективность работы системы за счет замедления передачи тепла в систему. Наличие конденсата в трубопроводе также может привести к физическому повреждению из-за водяного удара или коррозии.

Влага накапливается в нижней части горизонтальной трубы с проходящим через нее паром. По мере накопления конденсата может образовываться сплошной пучок несжимаемой воды, движущейся с большими скоростями. Когда влага внезапно останавливается изгибом трубы, фитингом или клапаном, это может привести к механическому повреждению устройств.

Не менее важно удалить воздух и другие неконденсируемые газы из водопровода по четырем причинам:

• При запуске пар поступает в систему только так быстро, как воздух вентилируется.
• Воздушно-паровая смесь имеет температуру значительно ниже температуры воды, понижая переданную теплоту.
• Воздух является изолятором и прилипает к поверхности труб, что вызывает медленную и неравномерную передачу тепла.
• Растворяется в конденсате, неконденсирующихся газах из кислоты, которая разъедает систему.

Конденсатоотводчики используются в системах отопления, где создается скрытая теплота и транспортируется к определенному продукту (например, нагревают сырую нефть и делают ее менее вязкой). Когда скрытая энергия передается в продукт, пар образует конденсат. Если эта влага не удаляется эффективно из процесса передачи, эффективность системы будет страдать.

Типы конденсатоотводчиков: по принципу работы

Разработаны различные типы конденсатоотводчиков для различных целей. Существенным свойством устройства является возможность различать пар и конденсат. Различные виды механизмов используют разного рода принципа работы и механизмы для отделения пара, влаги и воздуха. При классификации конденсатоотводчика в соответствии с этими принципами работы каждая конструкция имеет преимущества и ограничения, которые необходимо учитывать при выборе конденсатоотводчика для конкретного применения.

Как правило, на основе принципа, используемого для различения пара и конденсата, конденсатоотводчики классифицируются следующим образом:

• механические (поплавковые) — различают пар и конденсат в зависимости от разницы в их плотностях. Пар всегда легче и, следовательно, имеет плотность намного ниже, чем конденсат. Механический тип конденсатоотводчика позволит выгружать только тяжелый конденсат и удерживать пар. Быстрое удаление воздуха и других неконденсирующихся газов имеет важное значение для надлежащего функционирования систем отопления и подачи горячей воды. Поплавковые ловушки поставляются с дополнительным вентиляционным отверстием, которое быстро удаляет воздух и другие газы во время пуска.
• термостатические
• термодинамические

Виды и принцип действия механических конденсатоотводчиков

Механические конденсатоотводчики понимают разницу в плотности между паром и конденсатом. Конденсат от этого типа механизма постоянно разряжается, в результате чего никто не мешает процессу. Эти типы устройств наиболее распространены сегодня в системах, требующих больших разрядных мощностей, которые включают в себя большинство технологических процессов.

Существуют два основных типа механических паровых ловушек, которые обычно используются

1. сферический
2. поплавковый колокольного типа (перевернутый открытый).

Поплавковый конденсатоотводчик со сферическим поплавком

Сферический поплавок – конденсатоотводчик идеально подходят для применения в технологическом отоплении. Устройства сконструированы таким образом, что седло конденсатоотводчика всегда погружается под воду, предотвращая потерю пара. Разряд непрерывный и модулируется со скоростью конденсации. На него не влияют изменения входного давления. Отдельное термостатическое вентиляционное отверстие независимо продувает воздух, обеспечивая быстрый запуск.

Принцип действия

Влага, попавшая в конденсатоотводчик, сразу же выпускается через дополнительный вентилятор большой мощности. Когда конденсат попадает в корпус механизма, поплавок шара полый, плавает над конденсатом. По мере увеличения уровня конденсата конденсатоотводчик заставляет поплавок шара подниматься и помещать модулирующий выпускной клапан в положение, которое будет непрерывно пропускать конденсат, когда он попадает в оборудование. Уровень конденсата в корпусе конденсатоотводчика поддерживается над выпускным клапаном, чтобы обеспечить уплотнение от потери пара.

Преимущества сферического поплавка конденсатоотводчика:

• Разгружать конденсат непрерывно так же быстро, как он образуется
• Высокая воздухоотводящая способность через вспомогательное уравновешенное воздушное вентиляционное отверстие, которое саморегулируется для изменения давления воды.
• Высокая тепловая эффективность как на легких, так и на тяжелых нагрузках. Непрерывный модулирующий разряд не создает перепада давления, которые могут влиять на управление в воздушных нагревателях, обмотках и трубах.
• Блокировка парового замка
• Встроенная впускная и выпускная система, простая установка по низкой цене. Также доступны конденсатоотводчики с вертикальными входами и выходами
• Надежная, стойкая устойчивость к водяному удару.
• Широкий выбор отверстий для давления на входе.

Ограничения

1. Нельзя использовать при высокой степени перегрева.
2. Конденсатоотводчики, подвергнутые низким температурам, должны быть защищены изоляцией
3. Водяной удар может повредить поплавок.

Поплавковый конденсатоотводчик колокольного типа (перевернутый открытый)

Как видно из названия, конденсатоотводчики имеют внутри перевернутый стакан. Механизм использует его в качестве поплавкового устройства, соединяя корпус с головкой клапана. Когда пар или воздух поступают в стакан, он приобретает плавучесть и закрывает клапан. Влага заставляет стакан терять плавучесть, открывая клапан конденсатоотводчика и позволяя удалять влагу. Это механический тип конденсатоотводчика работает по принципу плавучести.

Принцип работы:

1. Вначале стакан опускается на дно конденсатоотводчика, а седло конденсатоотводчика открыто. При пуске в воздух попадает поплавок и выгружается через отверстие для отвода воздуха.
2. Когда конденсат попадает в конденсатоотводчик, он образует водяное уплотнение внутри. Вес стакана удерживает клапан, и поэтому конденсат может течь вокруг дна. При низких нагрузках или в условиях сверхтекучести устройство может понадобиться «загрунтовать» водой перед запуском системы.
3. Когда пар входит в нижнюю часть стакана, он становится плавучим и поднимается. Это позиционирует рычаг конденсатоотводчика таким образом, что механизм закрывается.
4. Стакан потеряет свою плавучесть, поскольку часть пара конденсируется из-за радиационных потерь, а оставшийся — выходит через вентиляционное отверстие. Вес стакана вытащит клапан со своего места, и цикл повторяется.
5. Перевернутые конденсатоотводчики прерывают выпуск конденсата с перебоями и при температуре пара.

Преимущества:

• Устойчив к водяному удару

Недостатки:

• Низкие нагрузки или условия высокой температуры могут привести к потере водяного уплотнения. В таких ситуациях конденсатоотводчик будет выделять живой пар.
• Плохая вентиляция.
• Прерывистый сброс конденсата.

Особенности работы и преимущества

Иногда полагают, что нагрузка конденсата может регулироваться с помощью обычного клапана вместо конденсатоотводчика, просто регулируя открытие клапана вручную в соответствии с количеством образовавшегося конденсата.

Теоретически это возможно. Однако диапазон условий, необходимых для достижения этого, настолько ограничен, что на практике это не реалистичное решение.

Самая большая проблема с этим методом заключается в том, что при открытии клапана, чтобы выпустить фиксированное количество жидкости, невозможно компенсировать колебания нагрузки конденсата. Действительно, количество конденсата, генерируемого в системе, не является фиксированным. В случае конденсатоотводчика нагрузка конденсата при запуске отличается от нагрузки при нормальной работе. Колебания нагрузки на продукт также приводят к различию в количестве образующегося конденсата. Аналогично, в случае трубопроводов для транспортировки воды нагрузка конденсата может различаться в зависимости от температуры наружного воздуха или в результате сильного дождя или снега.

Разработаны различные типы механизмов конденсатоотводчиков для автоматического сброса неконденсируемых газов. Наиболее широко используемые механизмы — это те, которые зависят от различий в температуре, удельного веса и давления. Каждый из этих типов конденсатоотводчика имеет свои преимущества и применение.

Пар – один из наиболее эффективных теплоносителей, который моментально передает всю тепловую энергию потребителю при соприкосновении с теплопередатчиком. Кроме того, газообразной фазе легко придать требуемые характеристики – необходимую температуру и давление.Но при взаимодействии пара и оборудования образуется большое количество конденсата, что приводит к гидроударам, снижению тепловой мощности и ухудшению качеств газообразной фазы.

Для борьбы с выпадающими на поверхности труб капельками воды необходимо использовать паровой конденсатоотводчик. На зарубежных предприятиях подобную арматуру именуют «ловушкой для пара», что полностью отражает функциональное назначение прибора.

Ловушки для пара

купить конденсатоотводчик представляющий собой одну из разновидностей промышленной трубопроводной арматуры, которая предназначена для предотвращения выпадения конденсата при использовании пара и более эффективного использования его тепловой энергии. В результате серии опытов было доказано, что внедрение конденсатоотводчика в комплекс оборудования сохраняет до 20 % полезной энергии острого пара. Виды конденсатоотводчиков В зависимости от конструкции и реализованного принципа работы, трубопроводная арматура может быть механической, термодинамической или термостатической. Любой тип паровых конденсатоотводчиков должен отвечать двум основным требованиям: отведение конденсата без потерь острой газообразной фазы; автоматический отвод воздуха из системы. Конденсат образуется из-за потерь паром тепла в теплообменниках, а также в момент прогрева установок трубопроводов, когда часть газообразной фазы превращается в воду. Выпадение большого количества влаги снижает энергоэффективность оборудования, ускоряет его износ. Поэтому так важно с ним бороться.

Механические конденсатоотводчики

Механическая арматура является наиболее надежной, и от того популярной, «ловушкой для пара». Ее принцип работы основан на разности в плотностях водяного пара и конденсата, а основным исполнительным элементом является поплавок. В зависимости от конструкции поплавка выделяют следующие виды арматуры: конденсатоотводчик паровой поплавковый сферический открытого или закрытого типа; поплавковый элемент колокольного типа, или конденсатоотводчик перевернутый закрытый. Каждый тип арматуры работает по своей определенной схеме, обладает преимуществами и недостатками, знание которых позволит реализовать наиболее эффективную схему работы на предприятии. Конденсатоотводчики со сферическим поплавком Основу конструкции этого типа арматуры составляет сферический поплавок. Он расположен во внутренней полости выпускного клапана и соединен с клапаном-рычагом. Кроме того, в состав конденсатоотводчика входит термостатический клапан.Принцип работы парового конденсатоотводчика с шаровидным поплавком можно разбить на два этапа: Конденсат через патрубок поступает в прибор, заполняет внутреннюю полость и поднимает поплавок, который тянет за собой рычаг-клапан и открывает отверстие для удаления воды. При поступлении в прибор горячего пара срабатывает термоклапан, пар начинает накапливаться в полости и заставляет поплавок опуститься на дно, выходное отверстие перекрывается. Так происходит отделение конденсата от пара. Благодаря наличию в конструкции термостатического клапана происходит автоматическое удаление освободившегося газа, а также предотвращается появление воздушной пленки в полости, которая заклинивает прибор.

Преимущества и недостатки

Типичным представителем арматуры со сферическим поплавком является конденсатоотводчик паровой FT-44. Основные плюсы и минусы устройств разберем на его примере. Главное, что отмечают специалисты, – это нечувствительность прибора к переменным нагрузкам.Устройство способно непрерывно отводить конденсат как при температуре насыщения паров, так и при больших нагрузках. Устойчивое и непрерывное отделение неконденсируемых газов – следующее преимущество арматуры. Все это в сочетании с долгим сроком службы обусловлено простой конструкцией аппарата. Главным же недостатком прибора являются большие размеры, что повышает потери тепла на неизолированные элементы корпуса. Высокая чувствительность к гидроударам и требовательность к «чистоте пара» (возможно заиливание клапана) – еще два минуса конденсатоотводчиков этого типа. Конденсатоотводчики колокольного типа Как ясно из названия, главным элементом этого типа парового конденсатоотводчика является колокол, или поплавок «перевернутый стакан». Сам прибор имеет цилиндрическую форму, довольно громоздкий (больше, чем предыдущий представитель), но обладает большим набором преимуществ.В начальном положении перевернутый поплавок находится на дне клапана и своим дном упирается в вертикальную трубку. К стакану прикреплен рычаг золотника, который расположен в крышке арматуры.

В английском языке отсутствует прямой перевод слова конденсатоотводчик.

Конденсатоотводчик именуется Steam trap , что переводится как паровая ловушка.

Эти определения красноречиво характеризуют различие в философии решения этой проблемы двумя различными технико-экономическими культурами. Российская (советская) инженерная мысль сконцентрирована на процессе отвода конденсата из паровой области теплообменных аппаратов, не останавливаясь на том, как достигается эффективность теплопередачи в паро-конденсатном цикле. Для удаления конденсата в определенных случаях можно найти схемы с использованием пролетного пара. Англо-говорящие коллеги в этой же проблеме подошли с другой стороны: при конденсации пара его потери в технологическом процессе должны отсутствовать.

Следует констатировать, что в массовом применении в промышленности и паровом отоплении второй подход оказался более перспективным. Как известно, пролетный пар является основным компонентом в общей сумме потерь пара в системах пароиспользования. Его доля составляет в среднем порядка 25-30% общего потребления пара. Не говоря об истоках, сформировавшееся пренебрежение к «ловле пара» привело к дискредитации применения конденсатоотводчиков, прекращению развития их производства и сопутствующих схем использования. Завышенные расходы пара являются повсеместным признаком производств, созданных в рамках философии отвода конденсата любыми средствами, причиной ускоренного старения оборудования и трубопроводов, неумолимого падения конкурентной способности выпускаемой продукции.

К сожалению, типичной картиной на производстве является наличие неработающего конденсатоотводчика, в котором внутренние части удалены персоналом для обеспечения отвода конденсата. Сожаление вызывает не то, что конденсатоотводчик неисправен, а то, что его «модернизация» обеспечила приемлемые условия для работы основного оборудования.

Сегодня широкое применение нашли порядка десяти типов конденсатоотводчиков. Как правило, все типы выпускаются ведущими изготовителями. По основному принципу действия можно выделить три класса приборов:
-
-
-

Каждый изготовитель имеет особое пристрастие к той конструкции, которая определила развитие предприятия, технология производства и применения которой им наиболее развиты. Таких предприятий, специализирующихся на разработке, производстве и применении «всех» типов конденсатоотводчиков, в мире также не более десятка.

Компания Армстронг Интернешнл является одной из старейших в мире компанией в данной области и, несомненно, одной из мудрейших. Визитной карточкой компании является конденсатоотводчик с перевернутым стаканом (с отрезанным снизу закрытым поплавком), изобретенный Адамом Армстронгом в 1911 году. В отличие от разрезанного поплавка, плавающего в конденсате подобно ковшику, перевернутый стакан совершил целую революцию в области конденсатоотвода. Вошедший во все учебники конденсатоотводчик составил основу успешного развития семейного бизнеса. А опыт, приобретенный в течение века в борьбе с потерями пара, определил мировую славу университетов Армстронг.

«Неразделенное знание ведет к потере энергии» - утверждение, определяющее кредо компании, базируется на вековом собственном опыте. Большинство советов, оценок и руководств, приведенных здесь, взяты из материалов, присылаемых регулярно компанией своим партнерам, и не требует специального разрешения для публикации. Они вошли в руководства многих конкурирующих между собой предприятий и служат одной цели: обеспечить устойчивые темпы снижения потребления пара за счет эффективного применения качественного оборудования.

Существуют и экзотические модели приборов, доказывающие гибкость и неуспокоенность инженерной мысли в изобретении устройств, формирующих физическую границу фазового перехода пара при передаче нагреваемой среде своей скрытой теплоты. Невостребованные в советское время модели продолжают поиск своей области применения и своих инвесторов.

1.1. Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом

Запатентован А.Армстронг в 1911 г. в США.

1. Конденсат заполняет внутреннее пространство конденсатоотводчика и поднимается к седлу, установленному в крышке прибора. Стакан под собственным весом находится внизу корпуса, удерживая золотник, укрепленный на донышке стакана, от закрытия проходного сечения седла. Конденсат истекает через седло в конденсатопровод под действием разности давлений на входе конденсатоотводчика и в конденсатопроводе.
2. Когда пар начинает поступать в конденсатоотводчик, он попадает в открытую полость стакана, выдавливает конденсат и, занимая больший объем, создает подъемную силу, заставляющую стакан всплыть и закрыть седло.
3. Пар начинает конденсироваться, разделяясь на жидкую и газообразную фазы. Последняя поступает вверх через вентиляционное отверстие в донышке стакана и отодвигает стакан (золотник) от седла.
4. Конденсат и «воздух» уходят через седло в крышке конденсатоотводчика, объем воздуха в стакане уменьшается и он под собственным весом начинает опускаться,

Преимущества

1. Седло находится в верхней части прибора и практически всегда свободно от загрязнения.
2. Конденсат отводится при температуре насыщения.
3. Открытый стакан поплавка не боится гидроударов, обеспечивая длительный срок службы прибора.
4. Золотник при работе притирается (подбивается) к седлу, что повышает герметичность прибора и исключая наличие пролетного пара.
5. За счет выбора типоразмера седла отводит конденсат в широком диапазоне расходов и перепадов давлений.
6. Функционирует при высоких давлениях и температурах.
7. При поломке седло не блокируется и остается открытым (важное требование для пароспутников).
8. Доступные опции: фильтр, обратный клапан - устанавливаются в корпусе прибора, не увеличивая габариты узла.

1. Широкий ряд седел и корпусов с подтвержденными характеристиками пропускной способности;
2. Унифицированный свободно плавающий механизм присоединения стакана из нержавеющей стали (отсутствие перекосов и заклинивания стакана);
3. Широкий ряд встраиваемых аксессуаров (обратный клапан, фильтр, клапан защиты от замерзания, термоклапан отвода воздуха, датчик контроля работоспособности прибора);
4. Специальная модификация прибора для работы на перегретом паре;
5. Исполнения горизонтального, вертикального (снизу вверх) и произвольного подключения конденсатоотводчиков с помощью универсальной присоединительной головки, в том числе с отводом конденсата сверху вниз;
6. Модификация конденсатоотводчика для работы на воздуховодах путем установки иглы для разрыва пузырьков или масляной пленки, что существенно при отводе конденсата с существенным наличием масла.

1. Ограниченная пропускная способность по отводу воздуха.
2. Необходимость предварительного заполнения корпуса конденсатом для исключения проскоков пара при начальном запуске (организация гидрозатвора).

Так как при охлаждении водяного пара образуется конденсат и воздух (в первую очередь углекислый газ, который вступая в реакцию с конденсатом образует угольную кислоту – основную причину коррозии стальных конструкций и оборудования), а седло находится в нижней части, что исключает возможность отвода неконденсируемых газов через него, то поплавковые конденсатоотводчики для обеспечения функционирования имеют термостатический воздушный клапан, который выполняет две функции: удаление неконденсируемых газов и исключение образования в корпусе воздушной пробки.

Слабость закрытого (полого) поплавка к гидроударам, засорение («заиливание») седла твердыми частицами вследствие эрозии внутренних поверхностей трубопроводов и отложением солей, большой объем неконденсируемых газов, образующихся при конденсации водяного пара, стимулировали конструкторов на поиски различных модификаций поплавкового механизма (свободно плавающий поплавок; рычаг, оснащенный иглой для очистки седла; клапан для удаления воздушной пробки, ...). Основной областью применения поплавковых конденсатоотводчиков остается зона свободного истечения конденсата больших объемов.

Принцип действия:

1. При заполнении прибора конденсатом поплавок поднимается и открывает выпускное отверстие (седло), расположенное в нижней части конденсатоотводчика.
2. При поступлении в прибор пара, закрывается термостатический воздушный клапан и под давлением пара и собственной тяжестью поплавок опускается, закрывая выпускное отверстие.

1. Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщения пара и больших расходах.
2. Устойчивый и непрерывный отвод больших объемов неконденсируемых газов.
3. Большой срок службы.
4. Нечувствительность к переменным нагрузкам.

1. Большие габариты и, соответственно, высокие тепловые потери на неизолированном корпусе.
2. При поломке, как правило, блокируется седло.
3. Чувствителен к гидроударам и образованию воздушной пробки.
4. Седло склонно к «заиливанию».
5. Дополнительные приборы (фильтр, обратный клапан) устанавливаются вне корпуса, увеличивая габариты узла отвода конденсата.

Принцип действия:

1. Конденсатоотводчик состоит из камеры «вскипания», образуемой свободным пространством над золотником-диском, перекрывающим вход и выход из камеры.
2. Холодный конденсат своим давлением на входе поднимает диск в корпусе клапана, открывая проходной канал между входом и выходом для отвода конденсата.
3. При поступлении пара скорость истечения среды под диском возрастает, а давление падает, вынуждая диск опускаться и прикрывать проходной канал.
4. Горячий конденсат, попадая в камеру более низкого давления за диском, вскипает и формирует повышенное давление над диском.
5. Под действием двух сил сверху и снизу диск закрывается и садится на седло.
6. Пар вторичного вскипания над диском конденсируется, образуя вакуум, который поднимает диск. Конденсат начинает поступать под диском в корпус и камеру «вскипания» конденсатоотводчика, цикл повторяется.

1. Отвод конденсата при температуре насыщенного пара.
2. Компактные размеры и широкий диапазон давлений и температур эксплуатации
3. Низкие тепловые потери
4. Сравнительно низкая цена
5. При поломке седло остается открытым (в качественно изготовленном приборе).

1. Не пропускает неконденсируемые газы.
2. Чувствителен к загрязнениям. Требует обязательной установки фильтра.
3. Циклическое повышение давления в конденсатопроводе при работе.
4. Допускает проскоки острого пара.
5. Требует высоких скоростей для работы (давление на входе должно превышать противодавление, как правило, не менее чем в 2 раза).
6. Ограниченный срок службы (из-за интенсивного износа диска).

Принцип действия

1. Горячий конденсат проходит через сужающее устройство с скоростью, пропорциональной квадратному корню из разности давлений на «шайбе».
2. Попадая в область низкого давления за сужением, конденсат вскипает, пар вторичного вскипания создает дополнительное противодавление и формирует гидрозатвор перед проходным сечением.
3. При постоянном перепаде давлений и проходном сечении, отвечающем расходу конденсируемого пара, устройство обеспечивает устойчивый отвод конденсата при отсутствии пролетного пара.

1. Простота и доступность изготовления.
2. Компактность.
3. Непрерывный отвод конденсата при температуре насыщенного пара (при адекватном расчете).

1. Заиливание или эрозия кромки проходного сечения. «Отказ» конденсатоотводчика выражается в закрытии седла или появлению пролетного пара.
2. При колебаниях нагрузки теряется устойчивость отвода конденсата (появляется пролетный пар и/или обводнение паропровода (возвратное течение конденсата).
3. Вторичный пар ведет к повышению давления в конденсатопроводе.
4. Нестационарный режим работы оборудования приводит к неработоспособности данной конструкции (потере гидрозатвора, постоянным гидроударам, пролету пара через седло, либо обводнению парового пространства).

В настоящее время данная конструкция приобретает усилиями ряда компаний второе «цивилизованное» дыхание. Использование сопла вентури, рассчитанного на рабочие условия, обеспечивает условия «саморегуляции» в некотором диапазоне, что улучшает эксплуатационные свойства данного типа конденсатоотводчиков.

• термостатический конденсатоотводчик, сбалансированный по давлению;
• терможидкостной конденсатоотводчик;
• биметаллический конденсатоотводчик.

Принцип действия.

1. Холодный конденсат поступает в корпус конденсатоотводчика и, обходя гофрированную емкость (сильфон) с жидкостью, отводится через калиброванное седло прибора. Жидкость имеет кривую температуры насыщения (t-P), близкую к кривой насыщения воды.
2. При повышении температуры конденсата в корпусе конденсатоотводчика жидкость, залитая в термостатический элемент, вскипает при давлении, близком к рабочему давлению пара, и расширяется в сильфоне.
3. Сильфон при повышении внутреннего давления жидкости изменяет габариты и заставляет золотник закрыть седло.
4. Пар конденсируется и конденсат охлаждается, жидкость в термостатическом элементе конденсируется, под действием «вакуума» внутри и давления пара извне сильфон возвращается к начальной форме, открывая седло.
5. Цикл повторяется.

Пропускная способность термостатического конденсатоотводчика определяется перепадом давления на седле и его проходным сечением. Регулировка проходного сечения выполняется путем начальной установки золотника в седле относительно заданной температуры охлаждения конденсата в корпусе прибора, что ведет к различной интенсивности охлаждения конденсата до седла. Сильфон автоматически настраивается к изменению нагрузки, имея максимальную пропускную способность при холодном конденсате. При повышении температуры конденсата проходное сечение незначительно уменьшается за счет расширения жидкости, а при температуре кипения жидкости (при температуре конденсата, близком температуре насыщения пара) проходное сечение резко уменьшается за счет расширения сильфона или капсулы, обеспечивая минимальный расход конденсата на прогретом оборудовании. При появлении пара седло закрывается полностью.

Преимущества

1. Компактность
2. Пониженная температура конденсата на выходе
3. Пониженное давление в конденсатопроводе

1. При «отказе» закрывается седло
2. Не работает на перегретом паре
3. Чувствителен к гидроударам и резким колебаниям давления
4. Чувствителен к размораживанию
5. Ограниченный срок службы сильфона

Термостатические конденсатоотводчики с деформируемой капсулой на рынке появились в начале 80-х годах ХХ века. Встроенный термоэлемент представляет капсулу с наполнителем, который при изменении температуры деформирует изнутри форму капсулы, при этом изменяется пропускная способность и быстродействие конденсатоотводчика. Капсула заменяется в корпусе прибора в считанные минуты. Появление быстро восстанавливаемых конденсатоотводчиков было вызвано необходимостью обеспечить высокую живучесть систем парового отопления, где на радиаторах устанавливались термостатические конденсатоотводчики. Быстрая замена капсулы открыла вторую жизнь паровому отоплению, широко используемому в офисных, гостиничных, больничных зданиях и университетских городках США.

Отличительной особенностью термостатических конденсатоотводчиков является наличие конденсата в корпусе прибора (и перед ним), иначе говоря его «подтопленность». Этим обеспечивается формирование гидрозатвора и охлаждение конденсата на выходе на 10 °С и ниже температуры насыщения. Данная особенность является существенной - снижает образование вторичного пара и позволяет утилизировать в определенных системах (прежде всего системах парового отопления) теплоту в конденсате, охлаждаемом в паровой области тепловых аппаратов.

«Подтопленность» прибора ограничивает его применение при низких температурах, а также в случаях, когда паровая область теплообменного аппарата должна быть осушена при температуре насыщения.

3.2. Конденсатоотводчик биметаллический:

Принцип действия:

1. Пластина, выполненная из двух слоев металла с различными коэффициентами теплового расширения, изгибается при изменении температуры среды, поднимая золотник и открывая проходное сечение.
2. Изгиб пластины вызывает изменение положения золотника.
3. Давление пара на клапан, закрывающее седло, и изгиб пластин по действием температуры, поднимающий клапан, определяют равнодействующую сил, которая автоматически регулирует положение золотника.
4. Установленное проходное сечение по температуре охлажденного конденсата обеспечивает минимальный расход на рабочих параметрах.
5. При установленной температуре и отсутствии конденсата конденсатоотводчик полностью закрывается.
6. Ход и скорость хода штока (расход конденсата) регулируются числом пластин в широких пределах изменения температур и давлений.

1. Непрерывный отвод конденсата при высоких температурах и низких давлениях
2. Изменяющаяся и регулируемая пропускная способность в широких пределах
3. Высокая пропускная способность
4. Компактность
5. Ремонтнопригодность

1. Чувствительность к загрязнениям
2. Повышенная эрозия седла и золотника
3. При «отказе» может быть в любом положении
4. На насыщенном паре низкая скорость реакции на колебания давления
5. Чувствителен к «размораживанию»

3.3. Термостатический конденсатоотводчик с терможидкостью

На рынке появились в конце 80-х годах ХХ века, также как и термостатические конденсатоотводчики с заменяемой капсулой.

Принцип действия:

1. Термоэлемент изменяет свой объем пропорционально температуре конденсата.
2. Изменение объема термоэлемента ведет к изменению положения золотника на седле и соответствующему изменению проходного сечения конденсатоотводчика.

Характеристика термоэлемента изменяет пропускную способность в широких пределах от холодного конденсата до минимального уровня в зависимости от температуры, действующий на термоэлемент. Регулирование расхода по температуре позволяет выпускать различные конструкции термостатических клапанов и реализовать различные энергоэффективные режимы отвода конденсата, например, при низких давлениях пара, отводить конденсат по температуре окружающего воздуха и т.п.

Преимущества:

1. Непрерывный отвод конденсата и неконденсируемых газов
2. Компактность
3. Работает при низких давлениях и низких температурах
4. Адаптивная пропускная способность
5. Снижение температуры конденсата

1. При «отказе» может быть в любом положении.
2. Чувствителен к гидроударам
3. Не работает при высоких давлениях и больших расходах
4. Чувствителен к «размораживанию» (если конденсат не сливается самотеком вниз).

А.Ю. Антомошкин, инженер, ООО «Спиракс-Сарко Инжиниринг», г. Санкт-Петербург

Выбор конденсатоотводчика

Отсутствие или неправильный выбор конденсатоотводчика приводят к огромным потерям в пароконденсатной системе. Вместе с тем правильно подобранный, рассчитанный и установленный конденсатоотводчик - это энергосберегающее устройство, способное сэкономить значительные средства и чрезвычайно быстро окупиться.

Очень часто пренебрегают тем фактом, что эффективность любого теплового оборудования в конечном счете зависит от организации конденсатоотвода. Только опытный инженер может выявить ошибки, которые приводят к снижению производительности теплового оборудования и к повышению эксплуатационных расходов.

Совершенствовать системы конденсатоотвода энергетику на своем предприятии будет гораздо легче, если он будет знать назначение, конструкцию и характеристики конденсатоотводчиков.

Выбор конденсатоотводчика зависит от типа оборудования и заданных условий эксплуатации. Этими условиями могут быть колебания рабочего давления, нагрузки, а также противодавление на конденсатоотводчике. Кроме этого, могут быть поставлены условия коррозионной стойко-

сти, стойкость к гидроударам и замерзанию, а также выпуска воздуха во время пуска системы.

Термин «конденсатоотводчик» не совсем правильно отражает назначение этого устройства. Гораздо понятнее прямой перевод с английского языка: steam trap означает «паровая ловушка». Значит, главная задача конденсатоотводчика - запирать пар в теплообменнике до полной конденсации, а затем отводить образовавшийся конденсат. Причем делать это конденсатоотводчик должен автоматически, при любых колебаниях нагрузки и параметров пара.

Самое главное, что надо запомнить - в природе не существует универсального конденсатоотводчика, но в то же время для конкретной системы всегда есть оптимальное решение. И чтобы найти его, прежде всего, стоит рассмотреть имеющиеся варианты и их особенности.

Существует три принципиально разных типа конденсатоотводчиков.

1. Термостатические конденсатоотводчики (рис. 1). Этот тип конденсатоотводчиков определяет разницу температур пара и конденсата. Чувствительным элементом и исполнительным механизмом является термостат. Прежде, чем конденсат будет отведен, он должен быть охлажден до температуры ниже температуры сухого насыщенного пара.

Главная особенность всех термостатических конденсатоотводчиков - это необходимость до-охлаждения конденсата на несколько градусов относительно температуры конденсации перед тем, как клапан откроется. То есть все они в большей или меньшей степени инерционны.

Особенности термостатических конденсатоотводчиков:

Высокая производительность при относительно малом размере и весе;

Свободный выпуск воздуха во время пуска;

Этот тип конденсатоотводчика не замерзает (если за конденсатоотводчиком нет подъема конденсатной линии, и конденсат не зальет его при отключении пара);

Простые в обслуживании.

2. Механические конденсатоотводчики (рис. 2). Принцип действия этих конденсатоотводчиков основан на разнице плотности пара и конденсата. Клапан приводится в действие шаровым поплавком или поплавком в виде перевернутого стакана. Такие конденсатоотводчики обеспечивают непрерывный отвод конденсата при температуре пара, поэтому этот тип конденсатоотводчика наиболее подходит для теп-лообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.

Преимущества этого типа:

Хорошо работает на малых нагрузках и на него не влияют внезапные колебания нагрузки и давления;

Высокая производительность (до 100-150 т конденсата в час);

Устойчивы к гидроударам и надежны в эксплуатации.

При установке механических конденсатоотводчиков надо иметь в виду ряд его особенностей. Во-первых, в корпусе конденсатоотводчика с перевернутым стаканом всегда должна быть вода (гидрозатвор). Если конденсатоотводчик потеряет это водяное уплотнение, то пар будет беспрепятственно выходить через открытый клапан. Это может произойти там, где возможно резкое падение давления пара, которое приведет к вскипанию конденсата в корпусе. Если конденсатоотводчик с перевернутым стаканом используется на тех технологических установках, где возможны колебания давления, то на входе в конденсатоотводчик необходимо установить обратный клапан. Это поможет предотвратить потерю гидрозатвора.

Во-вторых, поплавковый конденсатоотводчик может быть поврежден при замерзании, поэтому корпус конденсатоотводчика должен быть хорошо теплоизолирован в случае его установки на открытом воздухе.

3. Термодинамические конденсатоотводчики (рис. 3). Основным элементом конденсатоотводчиков этого типа является диск. Их работа основана на разнице скоростей конденсата и пара при протекании в зазоре между седлом и диском.

Преимущества этого типа:

Работают без настройки или изменения размеров клапана;

Компактны, просты, имеют малый вес и достаточно большую производительность для своих размеров;

Этот тип конденсатоотводчиков может использоваться при высоких давлениях и на перегретом паре; устойчив к гидроударам и вибрациям; устойчив к коррозии, т.к. все части выполнены из нержавеющей стали;

Не разрушаются при замерзании и не обмерзают при установке в вертикальной плоскости и выпуске в атмосферу; правда, работа в таком положении может привести к износу краев диска;

Простое обслуживание и ремонт.

Однако, термодинамические конденсатоотводчики недостаточно устойчиво работают при очень низком входном давлении и высоком противодавлении.

Следует особо отметить, что ни у одного из типов конденсатоотводчиков нет абсолютных преимуществ или недостатков по сравнению с другими. Есть перечисленные выше особенности, которые, в совокупности со спецификой работы теплообменного оборудования, и определяют выбор типа и размера конденсатоотводчика.

Требования, предъявляемые к конденсатоотводчикам

Очевидно, что конденсатоотводчик является существенной частью любой пароконденсатной системы и оказывает весьма существенное влияние на ее функционирование. Его нельзя рассматривать изолированно, в отрыве от всей системы. Выбор конденсатоотводчика диктуется многими факторами, важнейшие из которых мы рассмотрим ниже. Однако, ставя перед собой задачу оснащения (или переоснащения) технологических установок конденсатоотводчиками, мы должны ответить на следующие вопросы:

Удается ли поддерживать параметры и заданный тепловой режим (температуру) установки и ее производительность?

Отличается ли реальное паропотребление от паспортного для данного технологического режима?

Наблюдаются ли гидроудары?

Если вы сталкиваетесь с этими проблемами - значит, конденсатоотводчики не работают или выбраны неправильно.

Очень часто бывает так, что при установке неправильно выбранного конденсатоотводчика внешне не наблюдается никаких проблем. Иногда конденсатоотводчик даже может быть полностью закрыт без видимых последствий, как например, на паропроводах, где неполный дренаж в одной точке означает, что оставшийся конденсат переносится в следующую точку дренажа. Проблема может возникнуть, если и в следующей точке конденсатоотводчик не будет выполнять поставленную задачу.

Если же мы определили, что нам необходимо установить новые конденсатоотводчики, их выбор определяется следующими требованиями.

Выпуск воздуха. При пуске, т.е. в начале процесса, паровое пространство теплообменников и паропровод заполнены воздухом, который, если его не удалить, ухудшает процесс передачи тепла и увеличивает время разогрева. Время запуска увеличивается, и снижается эффективность работы установки. Желательно выпустить воздух до того, как он смешается с паром. Если воздух и пар смешаются, то разделить их можно будет только после конденсации пара. Воздушники могут потребоваться отдельно для паропроводов, но в большинстве случаев воздух выпускается через конденсатоотводчики.

В этом случае термостатические конденсатоотводчики имеют преимущества перед другими типами, т.к. они полностью открыты во время пуска.

Поплавковые конденсатоотводчики c шаровым поплавком не обладают такими возможностями, если их не оснастить встроенными термостатическими воздушниками. Такой воздушник позволяет выпускать значительное количество воздуха и, кроме того, обеспечивает дополнительную пропускную способность по холодному конденсату, что очень важно при холодных пусках.

Термодинамические конденсатоотводчики могут выпускать относительно небольшие количества воздуха, чего, однако, вполне достаточно при дренаже магистральных и спутниковых паропроводов, т.е. там, где этот тип чаще всего применяется.

Конденсатоотводчик с перевернутым стаканом имеет весьма ограниченную вентиляционную способность в силу принципа действия и конструкции. Тем не менее, установленный в параллель с таким конденсатоотводчиком термостатический воздушник позволяет свести к минимуму этот недостаток.

Отвод конденсата. Выпустив воздух, конденсатоотводчик затем должен отвести конденсат и не пропустить пар. Утечка пара ведет к неэффективности и неэкономичности процесса. Если скорость передачи тепла в технологическом процессе очень важна, то конденсат должен быть отведен немедленно после его образования при температуре пара. Одной из основных причин снижения эффективности теплового оборудования является затопление парового пространства, вызванное неправильным выбором типа конденсатоотводчика. Те же явления будут наблюдаться, если конденсатоотводчик имеет недостаточную пропускную способность, особенно на пусковых режимах.

| скачать бесплатно О выборе конденсатоотводчиков и требованиях, предъявляемых к ним , Антомошкин А.Ю.,