Odwadniacz

Odwadniacz pary jest ważnym elementem systemu parowego. Odwadniacze pary odgrywają ważną rolę w utrzymaniu wydajności i niezawodności systemu parowego. Zadaniem odwadniacza jest usuwanie kondensatu, powietrza i innych gazów niekondensujących z urządzenia parowego, nie pozwalając jednocześnie na wydostawanie się żywej pary. Zapotrzebowanie na odwadniacze, wymagania dotyczące ich działania, standardowe tryby pracy, rozwiązywanie problemów i powiązane wymagania zostały omówione w tym przewodniku.

Odwadniacz

Co to jest odwadniacz?

Odwadniacz pary należy do rodziny automatycznych zaworów spustowych, które zatrzymują parę wodną i kondensat. Odwadniacze pary zatrzymują parę i odprowadzają kondensat pod różnym ciśnieniem lub obciążeniem. Odwadniacze pary powinny mieć rozsądną wydajność, aby z łatwością usuwać powietrze i inne nieskraplające się gazy, jednocześnie utrzymując z powrotem parę. W przemyśle para wodna jest używana codziennie do celów leczniczych lub jako siła napędowa do sterowania mechanicznego. Odwadniacze pary są używane w celu zapewnienia, że para nie zostanie utracona w takich zastosowaniach.

W oficjalnym oświadczeniu ANSI definiuje odwadniacz jako:

"Samodzielny zawór, który automatycznie odprowadza kondensat z obudowy zawierającej parę, pozostając szczelnym dla pary pod napięciem lub, w razie potrzeby, umożliwiając przepływ pary z kontrolowaną lub regulowaną prędkością. Większość odwadniaczy przepuszcza również gazy nieskraplające się, pozostając szczelnymi dla pary pod napięciem".

Dlaczego odwadniacz jest potrzebny?

Mówiąc prościej, odwadniacze są używane do eliminacji kondensatu i nieskraplających się gazów z systemu parowego.

Para wodna powstaje, gdy woda odparowuje, zmieniając swój stan skupienia na gazowy. Aby wystąpiło zjawisko parowania, cząsteczki wody muszą mieć wystarczającą ilość energii do zerwania wiązań między cząsteczkami. Ta energia dostarczana do przekształcenia cieczy w gaz nazywana jest "ciepłem utajonym".

Para wytwarzana przez kocioł zapewnia energię cieplną potrzebną do podgrzania produktu. Gdy para utraci swoją energię poprzez podgrzanie produktu w procesie, powstaje kondensat. Większość energii znajdującej się w parze jest często marnowana z powodu wycieków promieniowania z zaworów i złączek. Ponieważ ciepło to jest tracone, para ulega kondensacji i staje się nasycona. Jeśli ten kondensat nie zostanie natychmiast usunięty, gdy tylko się pojawi, wydajność operacyjna urządzenia może zostać zminimalizowana poprzez spowolnienie przepływu ciepła do fazy. Jeśli kondensat jest obecny w układzie parowym, może powodować uszkodzenia fizyczne spowodowane uderzeniami wodnymi lub korozją.

W dolnej części poziomego przewodu gromadzi się kondensat, nad którym porusza się para wodna. Jeśli kondensat gromadzi się, tworzy gęstą masę nieściśliwej wody, która porusza się z dużą prędkością. Gdy kolanko rury, złączka lub zawór gwałtownie zablokują tę masę wody, może to spowodować mechaniczne uszkodzenie rury lub złączki.

Podobnie ważne jest wyeliminowanie powietrza i innych nieskraplających się gazów z systemu parowego ze względu na cztery krytyczne aspekty.

• Po wznowieniu pracy, jeśli w układzie znajduje się powietrze, para nie może dostać się do układu, dopóki powietrze nie zostanie usunięte.     
• Mieszanina powietrza i pary ma temperaturę znacznie niższą od temperatury pary, co zmniejsza ilość przekazywanego ciepła.
• Powietrze spowalnia przenoszenie ciepła, ponieważ przylega do wewnętrznej powierzchni rury lub zbiornika.
• Rozpuszczone w kondensacie, nieskraplające się kwaśne gazy, które powodują korozję systemu.

Jak działa odwadniacz?

Działanie wszystkich odwadniaczy można podzielić na trzy podstawowe kategorie: prędkość, temperatura lub gęstość. Z biegiem czasu opracowano różne typy odwadniaczy, aby dostosować je do różnych zastosowań. Ważną funkcją odwadniacza jest możliwość odróżnienia pary od kondensatu. Różne typy odwadniaczy wykorzystują różne kryteria operacyjne i metody rozróżniania pary, kondensatu i powietrza. Każdy typ odwadniacza, sklasyfikowany zgodnie z tymi zasadami działania, ma zalety i wady, które należy uwzględnić przy wyborze odwadniacza do konkretnego zastosowania.

Ile jest różnych typów odwadniaczy?

Odwadniacze pary można podzielić na dwa główne typy ze względu na ich zasady działania:

1. Odwadniacze mechaniczne: Odwadniacze mechaniczne działają w oparciu o koncepcję ciężaru właściwego, w porównaniu do innych typów odwadniaczy, które zależą od zmiany temperatury lub prędkości/zmiany fazy. W odwadniaczach mechanicznych zawór otwiera się i zamyka w wyniku przemieszczenia pływaka, który unosi się i opada wraz ze wzrostem ilości kondensatu.

Istnieją dwie główne konstrukcje pułapek mechanicznych: pułapki pływakowe i odwrócone pułapki kubełkowe. Pułapki pływakowe zazwyczaj wykorzystują zamknięty kulisty pływak, podczas gdy odwrócone pułapki kubełkowe wykorzystują wyporny, cylindryczny kubek odwrócony do góry dnem.

Pływalność jest kluczowym elementem działającym u podstaw wszystkich rodzajów pułapek mechanicznych, ale mechanizmy i koncepcje działania są nieco inne.

• Odwadniacz z pływakiem kulowym: Uwzględnia on wpływ zarówno temperatury, jak i gęstości. Pływak kulowy otwiera zawór główny, gdy wystarczająca ilość kondensatu dociera do syfonu, aby podnieść pływak, odprowadzając kondensat. Gdy urządzenie opróżnia się, kula opada i zawór zamyka się. Oddzielny element termostatyczny w górnej części pułapki otwiera się w celu uwolnienia powietrza i nieskraplających się gazów, gdy tylko spowodują one niewielki spadek temperatury w pułapce.

Odwadniacz z pływakiem kulowym

• Odwracany odwadniacz kubełkowy: Wykorzystuje on odwrócone do góry dnem wiadro lub otwarty pływak, który działa w oparciu o różnicę gęstości pary i wody. Para przepływająca pod odwróconym i zanurzonym wiadrem umożliwia unoszenie się pary i zamknięcie zaworu spustowego. Kondensat wypełniający odwadniacz sprawia, że wiadro tonie, zwalniając zawór odwadniacza w celu usunięcia kondensatu. Niewielki otwór wentylacyjny w górnej części kubełka umożliwia przepływ zgromadzonego powietrza w celu odprowadzenia kondensatu.

Odwracany odwadniacz kubełkowy

2. Odwadniacz termodynamiczny: Odwadniacze termodynamiczne są cenione za niewielkie rozmiary i elastyczność w szerokim zakresie ciśnień. Mogą one mieć podstawową konstrukcję i pracować w pozycji poziomej lub pionowej. Te właściwości sprawiają, że odwadniacze termodynamiczne są popularną alternatywą dla szerokiej gamy zastosowań związanych ze śledzeniem, kroplowaniem i lekkim przepływem pary.

Istnieją dwa podstawowe typy odwadniaczy termodynamicznych: termodynamiczne tarczowe i termodynamiczne impulsowe (odwadniacze termostatyczne).

• Termostatyczny odwadniacz: Ciśnienie określa temperaturę pary nasyconej. W komorze parowej para traci entalpię parowania (ciepło), tworząc kondensat o temperaturze pary. W wyniku dalszej utraty ciepła temperatura kondensatu będzie spadać. Odwadniacz termostatyczny przepuści kondensat, gdy zaobserwowana zostanie niższa temperatura. Gdy para dostanie się do odwadniacza, temperatura wzrośnie i odwadniacz zostanie zamknięty.

Odwadniacz termostatyczny

• Odwadniacz termodynamiczny: Pułapki termodynamiczne są najbardziej powszechnym typem pułapek, są one zbudowane w oparciu o teorię prędkości. Kondensat i powietrze docierają do odwadniacza i przemieszczają się do obszaru zasuwy, ogrzewania i sterowania. Gdy para wodna lub para błyskawiczna dostaje się do wejścia, prędkość przepływu wzrasta, a tarcza jest ciągnięta w kierunku gniazda. Dysk jest zamykany wraz ze wzrostem ciśnienia w komorze kontrolnej. Kontrolowany wzrost ciśnienia pary nad powierzchnią uszczelniającą dysku powoduje ponowne otwarcie odwadniacza i kontroluje prędkość cykli.

Odwadniacz termodynamiczny

Dlaczego odwadniacze są tak ważne? 

Produkcja i przechowywanie pary do ogrzewania procesów i pomieszczeń w fabryce kosztuje. Jest to zbyt kosztowne, by je marnować. Para jest doprowadzana z pieca do tysięcy lub setek odgałęzień. Odwadniacz zapobiega wydostawaniu się pary z urządzenia na końcu każdego odgałęzienia.

Jeśli kondensat nie jest odprowadzany, przepływająca para i małe fale w rurze mogą zostać zepchnięte razem z szybciej poruszającą się parą. Siła pary znajdującej się za korkiem wytwarza falę wodną o sile tarana, jeśli jedna z fal uderzy w górną część rury. Ta sztuczka wodna będzie taranować herbaty, kolana, pompy, pływaki w niektórych syfonach i inne urządzenia. Takie zachowanie może być bardzo szkodliwe i jest jednym z rodzajów uderzeń wodnych.

Para, kondensat i powietrze dzielą tę samą przestrzeń wewnątrz jednostki wymiany ciepła. Ponieważ kondensat, powietrze i nieskraplające się gazy są oddzielane natychmiast po ich wytworzeniu, para ma większą powierzchnię do przenoszenia energii cieplnej. Para wodna w obecności wody lub powietrza jest medium przenoszącym energię, które jest mniej efektywne niż para sucha.

Co się stanie, jeśli odwadniacz zostanie przepalony?

Jeśli przeoczy się awarię pojedynczego odwadniacza, część pary może zostać wydmuchana i uwolniona do atmosfery. Wyprodukowanie pary kosztuje średnio $5/1000 funtów, co oznacza utratę tysięcy dolarów rocznie. Obecne badania odwadniaczy wykazały, że przeciętny wadliwy odwadniacz traci 50 funtów pary na godzinę. Roczna strata wynosi ponad 400 000 Ib pary przy współczynniku $2044. Pomnóż to przez 100, aby oszacować skalę standardowej maszyny parowej, a drobne straty pary zaczną się sumować do prawdziwych pieniędzy. Małe odwadniacze są sekretem oszczędzania pary, nie dlatego, że są podatne na awarie, ale dlatego, że jest ich kilka.

Z funkcjonalnego punktu widzenia, odwadniacz wydmuchowy może mieć wpływ na system wymiany ciepła. Jeśli uszkodzony odwadniacz jest podłączony do przewodu powrotnego kondensatu, w którym odprowadzane są inne odwadniacze, nieoczekiwana ilość żywej pary może zwiększyć ciśnienie w przewodzie powrotnym, powodując przeciwciśnienie w innych odwadniaczach. Odwadniacze nie działają prawidłowo przy wysokim ciśnieniu wstecznym. W obu przypadkach podwyższone ciśnienie wsteczne może powodować cofanie się kondensatu w innych częściach systemu.

Co się stanie, jeśli odwadniacz zablokuje się i nie będzie odprowadzał pary?

Gdy odwadniacz na przewodzie pary nie jest zamknięty, zamknięty zawór nie pozwala na przepływ pary i kondensatu przez niego i gromadzi się w przewodzie. Kondensat nadal przemieszcza się do niskich punktów i gromadzi się tam, mogąc częściowo zablokować przepływ pary i spowodować uderzenie wodne. Jeśli przewód zostanie wystawiony na działanie temperatur poniżej zera, kondensat może zamarznąć, a przewód może zostać uszkodzony.

Niektóre z głównych problemów, które można zaobserwować, to

• Uderzenie wodne i skok ciśnienia.
• Rejestrowanie wody w procesie.
• Uszkodzenie rurociągów i urządzeń procesowych.
• Kompromis bezpieczeństwa.

Co sprawia, że jeden typ pułapki jest lepszy od drugiego?

Zależy to całkowicie od zastosowania i wymagań operacyjnych odwadniacza, który ma być używany. Zależy to również od tego, czego oczekuje się od odwadniacza. Odwadniacze są powszechnie stosowane do następujących wymagań:

• Aby zminimalizować straty pary.
• Aby uzyskać maksymalną wydajność z używanego sprzętu do wymiany ciepła.
• Zapewnia płynną i bezawaryjną pracę.
• Wydłużenie żywotności urządzeń obecnych w systemie.
• Niezawodność działania nawet w warunkach zanieczyszczonej pary.

Gdzie powinny znajdować się pułapki?

DostępnośćWszystkie odwadniacze ulegną awarii. Odwadniacze muszą być okresowo testowane, aby uszkodzony odwadniacz nie marnował pary przez miesiące lub lata. Metoda inspekcji jest prostsza, jeśli do odwadniacza można podejść bez wysiłku. Często lista pozycji odwadniaczy ułatwia zlokalizowanie wszystkich odwadniaczy.

Poniżej maszyny jest odprowadzany. Chociaż wężownica nagrzewnicy i jej odwadniacz będą działać przy ciśnieniu pary 250 psi, kondensat musi zostać wciągnięty do odwadniacza w pewnym punkcie grawitacji. W przypadku większości wymienników ciepła zasadą jest umieszczenie wlotu odwadniacza na wysokości około 10 do 12 cali. Poniżej relacji odpływu kondensatu. Należy zapewnić 6-calową kieszeń na zanieczyszczenia, aby chronić syfon przed zanieczyszczeniami i rozmiarami.

Przewody parowe wymagają dodatkowej uwagi, ponieważ para o dużej prędkości utrudnia usuwanie kondensatu. Odcinek skroplin powinien być odpowiednio zaprojektowany, na tej samej wysokości co linia główna, do i powyżej 4 cali, należy użyć połowy rozmiaru linii głównej, ale nie mniej niż 4 cale.

Blisko obiektu jest opróżniany. Jak wspomniano powyżej, przepływ grawitacyjny przenosi kondensat do syfonu. Mniej więcej w tym samym czasie powietrze i para są wypychane w górę przez rurę. Aby ograniczyć problemy związane z tym przeciwprądem, należy zatrzymać długie odcinki rur prowadzące do odwadniacza.

Podsumowując.

Odwadniacze pary są urządzeniami bezpieczeństwa, które są stosowane w celu zwiększenia wydajności i jednocześnie obniżenia kosztów operacyjnych procesu. W tym artykule przedstawiliśmy krótkie wprowadzenie do odwadniaczy. Ntgd jest profesjonalnym producent odwadniaczyJeśli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z nami