Паровые теплообменники и системы пароспутников: Передовые методы для инженеров-проектировщиков

Паровые теплообменники и системы пароспутников: Передовые методы для инженеров-проектировщиков

Алекс Чу (Alex Chu), инженер промышленных паровых систем подразделения полевых инженерных работ компании Swagelok

Правильное проектирование парового теплообменника или системы пароспутника прежде всего требует полного понимания эксплуатационных характеристик, при которых будет функционировать система. Неудовлетворительная работа чаще всего связана с тем, что инженер-проектировщик не учел все характеристики паровой системы. Необходимо провести тщательный анализ эксплуатационных параметров и документации паровой системы. Непонимание контекста применения обычно приводит к ненадлежащему контролю или выбору компонентов системы.

Распространенные проблемы при проектировании и выборе продукта

При проектировании промышленной паровой системы необходимо учитывать базовые факторы, чтобы избежать преждевременного выхода из строя или ухудшения параметров. Специалисты компании Swagelok изучили различные области применения технологического теплообмена в различных локациях и отраслях и обнаружили, что самые распространенные проблемы вызваны либо неправильным выбором компонента, либо ненадлежащей практикой установки. Вот примеры таких проблем:

• Неприемлемое качество конечного продукта
• Преждевременный выход компонентов из строя
• Слабый температурный контроль
• Недостаточный теплообмен
• Гидравлический удар
• Загрязнение теплообменного оборудования
• Нарушения технических условий и стандартов

Передовые методы проектирования паровых систем

Следуя некоторым простым принципам и проверенным полевым методам, можно избежать распространенных проблем, связанных с проектированием промышленной паровой системы. Следует изучить перечисленные в статье передовые методы и включить их программу проектирования, техобслуживания и спецификации паровой системы вашего предприятия, прежде чем выбирать компоненты парового теплообменника и пароспутника.

1. Устраните образование и перенос конденсата при подаче пара

Клапан регулировки подачи пара предназначается для регулирования потока пара в диапазоне от 0 до 100 %. В ситуациях с низким или нулевым потоком перед впускным отверстием регулирующего клапана может накапливаться конденсат. Скопление конденсата перед клапаном может вызвать гидравлический удар. Кроме того, конденсат, проходя через клапан регулировки пара, может привести к его преждевременной поломке.

Избежать образования конденсата можно несколькими способами. Установка отстойника конденсата, улучшение изоляции, правильное выравнивание паровой трубы или установка парового сепаратора перед клапаном — лишь некоторые из них. Эти методы позволяют либо предотвратить образование конденсата, либо отвести конденсат от регулирующего клапана, выводя его при помощи конденсационных горшков.

2. Следуйте инструкциям по динамическому диапазону регулирования для регулирующих клапанов

Для компонентов теплообменной системы требуются регулирующие клапаны правильного размера, чтобы обеспечить эффективный контроль рабочей температуры и срок службы седла. Основной фактор при выборе регулирующих клапанов — диапазон нагрузок, амплитуда регулировки величины или рабочий диапазон клапана.

У всех клапанов будет определенное количество неконтролируемого потока, в частности при предельных значениях хода клапана, из-за погрешностей в герметичности и линейности потока.

Ниже приводятся некоторые нормативы по динамическому диапазону для регулирующих клапанов:

• Динамический диапазон «контроль камеры = 40:1» обеспечивает наивысшую степень управляемости
• Динамический диапазон «запорный регулирующий клапан = 30:1»
• Динамический диапазон «распределительный клапан = 20:1»

Регулирующие клапаны неправильного размера могут приводить к плохому контролю технологической температуры, преждевременному износу седел клапанов и чрезмерному шуму.

3. Установите манометры давления перед регулирующим клапаном и за ним

Манометры давления дают информацию, необходимую для понимания условий внутри системы. Целесообразно установить манометры давления перед регулирующим клапаном и за ним, а также на обратный отвод для конденсата после конденсационного горшка. Это обеспечит точные данные, которые помогут понять характеристики давления пара, проходящего через паровой теплообменник. Кроме того, все манометры давления следует устанавливать с отводящим змеевиком (гибким выводом), чтобы предотвратить повреждения, вызванные высокой температурой, и с запорным клапанным блоком двойного отсечения для обеспечения возможности техобслуживания.

4. Установите вакуумные прерыватели

В любой паровой системе, которую можно изолировать от источника пара и которая не сообщается с атмосферой, требуется установка вакуумных прерывателей. Это такое оборудование, как линии подачи пара, котлы, пластинчатые или кожухотрубные теплообменники. При остывании пара внутри оборудования образуется конденсат. Поскольку конденсат может занимать лишь до 1/1700 объема при той же массе по сравнению с газообразной фазой, образуется вакуум.

Вакуумные прерыватели защищают паровые системы от имплозии, когда система отключается, препятствуя возникновению вакуума. В целом рекомендуется, чтобы все паровое оборудование было оснащено воздушными клапанами и вакуумными прерывателями, установленными в местах, обозначенных производителем оборудования.

5. Установите автоматические воздушные клапаны

Во время отключения и техобслуживания в паровые системы попадает воздух. Его необходимо выпустить до возобновления работы системы. Наличие воздуха в системе парового теплообменника оказывает негативное влияние на теплообмен и часто служит причиной задержек при запуске. Воздух в системе может образовывать тонкие пограничные слои на поверхностях теплообмена, создавая изолирующий эффект и затрудняя передачу тепла. Воздушная пленка толщиной всего в 1/1000 дюйма обладает таким же эффектом, что и 13 дюймов меди или 3 дюйма чугуна.

Не следует привязывать конденсационный горшок к воздушным клапанам, так как они располагаются на самой низкой точке в системе, и горячий воздух устремляется туда, вместо того, чтобы попадать в наивысшую точку. Автоматические воздушные клапаны — один из наиболее эффективных способов удалить воздух из паровой системы. Воздушный клапан, установленный в конце главного паропровода или в самой высокой точке оборудования вместе с вакуумным прерывателем, будет открываться при поступлении воздуха.

6. Избегайте обратного давления в теплообменном оборудовании

7. Предотвращайте перегрев пара

Стандартные области применения парового обогрева требуют подачи насыщенного пара 100 % качества. Этот уровень качества подразумевает пар, не содержащий капель конденсата. Следует предотвращать подачу в теплообменник перегретого пара или пара более высокой температуры, чем предел его насыщения. Перегретый пар содержит меньше энергии на единицу объема, чем насыщенный пар, что может приводить к снижению параметров, если не учесть это при первоначальном проектировании паровой системы. Перегревание пара можно контролировать путем установки пароохладителя.

8. Запорные шаровые краны

Шаровые краны могут стать безопасным, надежным и экономически выгодным решением для герметичной изоляции в паровой системе. Шаровые краны позволяют быстро определить состояние изоляции по расположению рукояток. Шаровые краны размером до двух дюймов можно приобрести со стопорными рукоятками, что обеспечит наиболее безопасный способ блокировки или маркировки. Обязательно согласуйте этот момент с отделом безопасности и контроля, чтобы гарантировать соответствие правилам объекта или местным нормам в отношении процедур блокировки или маркировки в паровой системе.

9. Правильно выбирайте и оценивайте размеры конденсационных горшков

Существует множество различных механических конструкций конденсационных горшков. Для разных областей применения предназначаются разные конструкции, но некоторые из них надежнее остальных. Для применения в паровом теплообменнике для плавного регулирования потока лучше всего подойдет механический конденсационный горшок. Для пароспутника можно выбрать различные типы конденсационных горшков в зависимости от нужд применения.

Другие соображения при выборе конденсационных горшков включают оценку размера, исходя из максимального и минимального расхода, требований к заполнению, вентиляции, функционального испытания и вариантов монтажа. Компания Swagelok рекомендует использовать универсальный монтаж для меньших по размеру конденсационных горшков в целях простоты техобслуживания и замены.

Возможность проверки конденсационных горшков без специального оборудования будет полезна, особенно в замкнутом обратном трубопроводе. Этого можно достичь, установив ниже по потоку обводную линию, чтобы можно было легко и быстро выполнить визуальную проверку отвода конденсата.

10. Установите сетчатый фильтр, чтобы предотвратить загрязнение

В паропроводе может распространиться загрязнение по причине коррозии и побочных продуктов. Загрязняющие вещества могут застревать в механизме регулирующего клапана, седле запорного клапана и седле конденсационного горшка, приводя к преждевременной поломке или загрязнению этих компонентов. Сетка будет выступать в качестве фильтра, предотвращая попадание инородных материалов в паровую систему.

При установке сетчатого фильтра всегда устанавливайте продувочный клапан со стопорным устройством и отводите выбросы из клапана в безопасное место. Обязательно установите сетку с фильтрующей секцией в горизонтальном положении, чтобы предотвратить скопление конденсата в корпусе сетчатого фильтра.

Хотите узнать подробнее о том, как усовершенствовать паровые системы на своем предприятии? Запишитесь на обучающий курс по работам с паром от компании Swagelok, чтобы освоить управление паровыми системами, адаптированными под вашу отрасль и конкретные нужды. Обратитесь в уполномоченный центр продаж и сервисного обслуживания компании Swagelok, чтобы подать запрос на индивидуальное обучение на вашем предприятии.

Запишитесь на обучающий курс по работам с паром от компании Swagelok