Trappola per vapore

La trappola per vapore è un componente importante di un sistema a vapore. Le trappole per vapore hanno un ruolo importante nel mantenere la produttività e l'affidabilità del sistema a vapore. Il ruolo di una trappola per vapore è quello di rimuovere la condensa, l'aria e altri gas incondensabili da un dispositivo a vapore, senza consentire la fuoriuscita di vapore vivo. La necessità di utilizzare le trappole per vapore, i requisiti relativi al loro funzionamento, le modalità di funzionamento standard, la risoluzione dei problemi e i requisiti correlati sono tutti argomenti trattati in questa guida.

Trappola per vapore

Che cos'è una trappola per il vapore?

Una trappola per vapore fa parte della famiglia di valvole di scarico automatiche che determinano il vapore e la condensa. Le trappole per vapore trattengono il vapore e scaricano la condensa in presenza di pressioni o carichi diversi. Le trappole per vapore devono avere una capacità ragionevole di espellere facilmente l'aria e altri gas non condensabili mantenendo il vapore vivo. Nelle industrie, il vapore viene utilizzato quotidianamente per scopi curativi o come forza motrice per il controllo meccanico. Le trappole per vapore vengono utilizzate per garantire che il vapore non vada perso in queste applicazioni.

In una dichiarazione ufficiale, l'ANSI definisce una trappola per vapore come:

"Valvola autonoma che drena automaticamente la condensa da un involucro contenente vapore, pur rimanendo a tenuta di vapore vivo o, se necessario, consentendo al vapore di fluire a una velocità controllata o regolata". La maggior parte delle trappole per vapore è in grado di far passare anche i gas non condensabili, pur rimanendo a tenuta del vapore vivo".

Perché è necessario un sifone per il vapore?

In parole povere, le trappole per vapore vengono utilizzate per eliminare la condensa e i gas non condensabili dal sistema del vapore.

Il vapore viene prodotto quando l'acqua vaporizza e cambia il suo stato in gas. Affinché si verifichi il fenomeno della vaporizzazione, le molecole d'acqua devono disporre di un'energia sufficiente a rompere i legami tra le molecole. Questa energia fornita per trasformare un liquido in un gas è chiamata "calore latente".

Il vapore prodotto dalla caldaia fornisce l'energia termica necessaria per riscaldare il prodotto. Quando il vapore perde la sua energia a causa del riscaldamento del prodotto nel processo, si forma la condensa. La maggior parte dell'energia contenuta nel vapore viene spesso sprecata a causa di perdite per radiazioni da valvole e raccordi. Poiché questo calore viene perso, il vapore si condensa e diventa saturo. Se la condensa non viene rimossa immediatamente non appena si forma, le prestazioni operative del dispositivo possono essere ridotte al minimo rallentando il flusso di calore verso la fase. La presenza di condensa in un sistema a vapore può causare danni fisici dovuti a colpi d'ariete o corrosione.

Sul fondo di un condotto orizzontale, la condensa viene raccolta con il vapore che si muove sopra di essa. Se la condensa si accumula, crea una massa densa di acqua incomprimibile che si muove ad alta velocità. Se una curva del tubo, un raccordo o una valvola blocca bruscamente la massa d'acqua, può causare danni meccanici al tubo o al raccordo.

È altrettanto importante eliminare l'aria e altri gas non condensabili dal sistema a vapore per quattro aspetti critici.

• Alla ripresa del funzionamento, se l'aria è presente nel sistema, il vapore non può entrare, finché l'aria non viene espulsa.     
• Una miscela aria-vapore ha una temperatura molto inferiore a quella del vapore, il che riduce il calore trasmesso.
• L'aria rallenta il trasferimento di calore perché si aggrappa alla superficie interna del tubo o del recipiente.
• Disciolti nella condensa, gas acidi non condensabili che corrodono il sistema.

Come funziona un sifone a vapore?

Il funzionamento di tutte le trappole per vapore può essere classificato in base a uno dei tre principi di funzionamento fondamentali: velocità, temperatura o densità. Nel corso del tempo, sono stati costruiti vari tipi di trappole per vapore per soddisfare le diverse applicazioni. La funzione importante di una trappola per vapore è la capacità di distinguere tra vapore e condensa. I vari tipi di trappola per vapore utilizzano diversi criteri e metodi di funzionamento per differenziare tra vapore, condensa e aria. Se classificati in base a questi principi di funzionamento, ogni tipo presenta vantaggi e svantaggi che devono essere presi in considerazione quando si sceglie una trappola per vapore per una particolare applicazione.

Quanti tipi diversi di trappole per vapore esistono?

Le trappole per vapore possono essere suddivise in due tipi principali in base ai loro principi di funzionamento:

1. Trappole meccaniche per il vapore: Le trappole per vapore meccaniche funzionano in base al concetto di gravità specifica, rispetto ad altri tipi di trappole per vapore che dipendono dalla variazione di temperatura o dalla variazione di velocità/fase. Nelle gabbie meccaniche, la valvola si apre e si chiude grazie allo spostamento di un galleggiante che si alza e si abbassa con l'aumento della condensa.

Esistono due modelli principali di trappole meccaniche: le trappole a galleggiante e le trappole a secchio rovesciato. Le trappole a galleggiante utilizzano generalmente un galleggiante sferico chiuso, mentre le trappole a secchio rovesciato utilizzano una coppa cilindrica galleggiante capovolta.

L'assetto è un elemento chiave alla base di tutti i tipi di trappole meccaniche, ma i meccanismi e i concetti di funzionamento sono leggermente diversi.

• Trappola per vapore a galleggiante a sfera: Incorpora l'effetto della temperatura e della densità. Un galleggiante a sfera apre la valvola primaria quando la condensa raggiunge il sifone in quantità sufficiente a sollevare il galleggiante, scaricando la condensa. Quando la macchina si scarica, la sfera si abbassa e la valvola si chiude. Un componente termostatico separato nella parte superiore del sifone si apre per il rilascio dell'aria e dei gas non condensabili, non appena inducono un leggero calo di temperatura nel sifone.

Trappola per vapore a galleggiante a sfera

• Trappola per vapore a secchiello rovesciato: Utilizza un secchio capovolto o un galleggiante aperto, che funziona in base alla differenza di densità tra vapore e acqua. Il vapore che scorre sotto il secchio rovesciato e sommerso permette al vapore di galleggiare e di chiudere la valvola di scarico. La condensa che riempie il sifone permette al secchio di affondare, sbloccando la valvola del sifone per rimuovere la condensa. Un piccolo sfiato nella parte superiore del secchio consente all'aria immagazzinata di fluire attraverso di esso per scaricare la condensa.

Trappola per vapore a secchiello rovesciato

2. Trappola termodinamica per vapore: Le trappole per vapore termodinamiche sono apprezzate per le loro dimensioni ridotte e la flessibilità in un'ampia gamma di pressioni. Possono avere una struttura di base e funzionare sia in orizzontale che in verticale. Queste caratteristiche rendono le trappole per vapore termodinamiche un'alternativa popolare per un'ampia gamma di applicazioni di tracciatura, gocciolamento e flusso leggero di vapore.

Esistono due tipi fondamentali di trappole per vapore termodinamiche: a disco termodinamico e a impulso termodinamico (trappola per vapore termostatica).

• Trappola termostatica per il vapore: La pressione determina la temperatura del vapore saturo. Nella camera di vapore, il vapore perde l'entalpia di evaporazione (calore), creando condensa alla temperatura del vapore. Come conseguenza di un'ulteriore perdita di calore, la temperatura della condensa diminuirà. Una trappola termostatica consente il passaggio della condensa quando si osserva questa temperatura più bassa. Quando il vapore entra nella trappola, la temperatura aumenta e la trappola si chiude.

Trappola termostatica per vapore

• Trappola termodinamica per vapore: Le trappole termodinamiche sono il tipo più comune di trappole e si basano sulla teoria della velocità. La condensa e l'aria raggiungono la trappola e si dirigono verso la porta, il riscaldamento e l'area di controllo. Quando il vapore o il vapore di flash entra nell'ingresso, la velocità del flusso aumenta e il disco viene tirato verso la sede. Il disco si chiude con l'aumento della pressione nella camera di controllo. Il rigonfiamento controllato della pressione del vapore sulla superficie di tenuta del disco provoca la riapertura della trappola e controlla la velocità del ciclo.

Trappola per vapore termodinamica

Perché le trappole per il vapore sono così importanti? 

Produrre e mantenere il vapore per il riscaldamento dei processi e degli ambienti della fabbrica costa. È troppo costoso per sprecarlo. Il vapore viene prelevato da un forno in migliaia o centinaia di rami. La trappola per vapore impedisce al vapore di uscire dal dispositivo alla fine di ogni ramo.

Se la condensa non viene estratta, il vapore che scorre e le piccole onde all'interno del tubo possono essere spinte insieme al vapore che si muove più velocemente. La forza del vapore dietro l'otturatore produce un'ondata d'acqua simile alla forza di un ariete, se una delle onde colpisce la parte superiore del tubo. Questo scherzo dell'acqua si ripercuoterà su tette, ginocchia, pompe, galleggianti in alcuni sifoni e altre apparecchiature. Questo comportamento può essere molto dannoso ed è uno dei tipi di colpo d'ariete.

Vapore, condensa e aria condividono lo stesso spazio all'interno di un'unità di scambio termico. Poiché la condensa, l'aria e i gas non condensabili vengono separati appena creati, il vapore ha una superficie maggiore per trasmettere l'energia termica. Il vapore in presenza di acqua o aria è un mezzo di trasferimento dell'energia meno efficace del vapore secco.

Cosa succede se una trappola per il vapore si rompe?

Se si trascura il malfunzionamento di una singola trappola, una parte del vapore può fuoriuscire ed essere rilasciata nell'atmosfera. La produzione di vapore costa in media $5/1000 lb, e ogni anno si possono perdere migliaia di dollari. Le attuali indagini sulle trappole hanno rilevato che una trappola difettosa perde in media 50 libbre di vapore all'ora. La perdita annuale ammonta a più di 400.000 Ib di vapore al tasso di $2044. Moltiplicando questo dato per 100, per stimare la portata di una macchina a vapore standard, le piccole perdite di vapore iniziano a diventare denaro vero. Le piccole trappole sono il segreto del risparmio di vapore, non perché siano vulnerabili al collasso, ma perché ce ne sono molte.

Dal punto di vista funzionale, una trappola a sfioro può avere effetti che si estendono al sistema di scambio termico. Se la trappola guasta è collegata alla linea di ritorno della condensa in cui vengono scaricate le altre trappole, la quantità imprevista di vapore vivo può pressurizzare la linea di ritorno, causando una contropressione per le altre trappole. Qualsiasi sifone per vapore non funziona correttamente in presenza di un'elevata contropressione. In entrambi i casi, l'elevata contropressione può causare il ristagno di condensa in altre parti del sistema.

Cosa succede se un sifone per il vapore si blocca e non scarica?

Quando il sifone sulla linea del vapore non si chiude, la valvola chiusa non permette al vapore e alla condensa di passare attraverso di essa e si accumula nella linea. La condensa continua a spostarsi verso i punti bassi e a raccogliersi lì, con la possibilità di ostruire parzialmente il flusso di vapore e di provocare un colpo d'ariete. Se la linea è esposta a temperature inferiori allo zero, la condensa può congelare e il tubo può rompersi.

Alcuni problemi principali che si possono riscontrare sono:

• Colpo d'ariete e sovrapressione.
• L'acqua è stata registrata durante il processo.
• Danni alle tubazioni e alle apparecchiature di processo.
• Compromettere la sicurezza.

Cosa rende un tipo di trappola migliore di un altro?

Dipende totalmente dall'applicazione e dai requisiti operativi della trappola da utilizzare. Dipende anche da cosa ci si aspetta da una trappola per vapore. Le trappole per vapore sono comunemente utilizzate per i seguenti requisiti:

• Per ridurre al minimo la perdita di vapore.
• Per ottenere la massima resa dall'apparecchiatura di scambio termico utilizzata.
• Per un funzionamento regolare, sicuro e senza problemi.
• Aumentare la durata di vita delle apparecchiature presenti nel sistema.
• Per un funzionamento affidabile anche in condizioni di vapore sporco.

Dove devono essere posizionate le trappole?

AccessibilitàTutte le trappole si guastano e si guastano. Le trappole devono essere controllate periodicamente, in modo che la trappola danneggiata non sprechi vapore per mesi o anni. Il metodo di ispezione è più semplice se la trappola può essere avvicinata senza difficoltà. Spesso, un elenco delle posizioni delle trappole facilita l'individuazione di tutte le trappole.

Sotto il macchinario viene scaricato. Sebbene il serpentino del riscaldatore e la relativa trappola per il vapore funzionino con una pressione del vapore di 250 psi, la condensa deve essere trascinata nella trappola per gravità. Con la maggior parte degli scambiatori di calore, la regola empirica è di posizionare l'ingresso della trappola a circa 10-12 pollici. Sotto la relazione dello scarico della condensa. Per proteggere il sifone dallo sporco e dalle dimensioni, è necessario prevedere una tasca per lo sporco di 6 pollici.

Le condutture del vapore richiedono un'attenzione supplementare, poiché il vapore ad alta velocità rende difficile la rimozione della condensa. Il gocciolatoio deve essere progettato in modo adeguato, alla stessa altezza della linea principale, fino a 4 pollici e oltre, utilizzare la metà della dimensione della linea principale, ma non meno di 4 pollici.

Vicino alla struttura svuotamento. Come già detto, il flusso di gravità trasporta la condensa verso il sifone. Contemporaneamente, l'aria e il vapore vengono spinti verso l'alto attraverso il tubo. Per ridurre i problemi legati a questo controflusso, è opportuno interrompere i lunghi percorsi delle tubazioni fino al sifone.

In sintesi.

Le trappole per vapore sono dispositivi di sicurezza che vengono utilizzati per aumentare la produttività e allo stesso tempo ridurre i costi operativi del processo. In questo articolo abbiamo fornito una breve introduzione alla trappola per vapore. Ntgd è un professionista produttore di trappole per vapore, non esitate a contattarci se avete qualche domanda