Конденсатоотводчики

Конденсатоотводчики (Пароотводчик) — это промышленная трубопроводная арматура, предназначенная для автоматического удаления конденсата и неконденсирующихся газов из паровой системы. Пароуловители работают, определяя разницу между массой и объемом пара и конденсата, что позволяет выпускать конденсат, предотвращая потерю пара. Помимо удаления конденсата, конденсатоотводчики помогают поддерживать давление в паровой системе, что повышает эффективность системы и снижает затраты на электроэнергию. Пароуловители также помогают продлить срок службы системы, предотвращая повреждения от гидроударов, коррозии и образования накипи. При правильном определении размеров, выборе и обслуживании конденсатоотводчиков предприятия могут обеспечить бесперебойную и эффективную работу своих паровых систем.

Конструкция

По своему строению различают три основных типа устройства.

Поплавковый (механический):

• с перевернутым стаканом ‒ расположение седла наверху изделия предотвращает его загрязнение, при повреждениях оно остается в открытом состоянии, конденсат отводится при температуре насыщения. Аппарат устойчив к высоким нагрузкам и температурным значениям, непригоден для работы на перегретом паре;
• с открытым поплавком ‒ отводит воздух и неконденсируемые газы при повышенных нагрузках, имеет простое строение, отсутствуют трущиеся элементы;
• с закрытым поплавком ‒ влага удаляется в непрерывном режиме, не обладает чувствительностью к переменным нагрузкам, во время эксплуатации может образоваться воздушная пробка.

Термодинамический ‒ принцип действия основан на разности скоростей пара и конденсата. Для эффективной работы входное давление должно превосходить противодавление, как минимум, в два раза. Прибор не требует регулировки, устойчив к полному размораживанию.

Термостатический ‒ в качестве рабочего элемента выступает капсула, внизу которой находится седло, являющееся запирающей деталью. Выполняет функцию воздухоотводчика. Бывает:

• биметаллический ‒ рабочий орган представляет собой набор пластин, каждая из которых состоит из двух металлических слоев;
• сбалансированный по давлению ‒ действие зависит от разницы температур кипения термостатируемой жидкости и воды при рабочей нагрузки пара;
• с терможидкостью ‒ особенность изделия в том, что температурные значения, действующие на термоэлемент, определяют пропускную способность.

Монтаж оборудования

Конденсатоотводчики позволяют дренировать магистральные трубопроводы, транспортирующие пар критических и сверхкритических параметров, выводить излишнюю влагу от теплообменников.

Система пароснабжения предрасположена к образованию гидравлических ударов, причинами которых, в большинстве случаев, являются предельное количество конденсата, высокая скорость теплоносителя.

Чтобы исключить гидроудары в паропроводе, устройства ставят на горизонтальных линиях, непосредственно за паропотребителями, на протяжении всей магистрали через расстояние примерно 30‒50 метров на прямых трубных участках.

Пропускная способность первого аппарата за паровым котлом должна составлять более 20% производительности котла. Если протяженность трассы превышает 1 км, то этот показатель должен быть равен 100%.

Приборы устанавливают перед всеми подъемами, вентилями, на коллекторах. Для лучшего дренирования паропровода применяют агрегаты с дренажными карманами, соответствующей обвязкой.

Узел отвода конденсата дополнительно укомплектовывают смотровым стеклом, обратным клапаном, запорным вентилем, осуществляющим плавное перекрытие трубного просвета. Ввиду чувствительности конденсатоотводчиков к загрязнениям, качества и «возраста» котлов и трубопроводов необходимо использовать сетчатый фильтр. Он защищает оборудование от попадания частиц окалины, грязи, посторонних предметов.

Монтаж воздухоотводчиков (термостатических устройств) осуществляют в верхних точках системы близко к теплообменникам. Вместе с ними ставят прерыватели вакуума.

источник

Конструктивные особенности и области применения

Термостатические конденсатоотводчики

Эти устройства работают, учитывая разницу температур пара и конденсата. Выпуск конденсата производится, когда его температура понизится до установленного уровня. Данные конденсатоотводчики представлены несколькими разновидностями, которые отличаются конструкцией запирающего элемента.

Капсульные. Запирающее устройство выполнено в виде капсулы. Они предназначены для теплового оборудования, размещенного в отапливаемых помещениях.

Конструкции с биметаллическим клапаном. Их достоинство в том, что они блокируют выход пара, позволяя при этом беспрепятственно стекать конденсату.

Механические

Конденсатоотводчики данного типа имеют следующие особенности:

Отлично функционируют при низких нагрузках, для них не представляют опасности перепады давления.

По своей производительности, которая достигает 100 тонн конденсата в час, превосходят все остальные типы.

Они не боятся самых сильных гидравлических ударов, исключительно надежны в эксплуатации.

По конструкции рабочего органа механические конденсатоотводчики разделяются на несколько групп.

Поплавковые. Запирающий элемент выполнен в виде поплавка круглой формы. Для пропуска воздуха служит специальный биметаллический клапан.

Достоинством их является высокая производительность, но они непригодны для работы в условиях отрицательных температур.

Колокольные. В конструкции этих конденсатоотводчиков присутствует устройство, напоминающее перевернутый колокол, внутри которого расположен поплавок. Открытие канала для стока конденсата происходит, когда он наполняет колокол и поплавок поднимается.

Иногда при перепадах давления в данной конструкции пропадает затвор. Избежать этого можно установив на входе обратный клапан.

Термодинамические

Их работа основана на различной скорости движения пара и конденсата. Запирающее устройство выполнено в виде диска. При отсутствии конденсата и высокой скорости пара, диск прижимается к особому элементу, седлу, и препятствует выходу конденсата. Но по мере конденсации пара он поднимается и образовавшийся конденсат стекает.

Основные преимущества устройств данного типа:

От всех остальных они отличаются компактностью и небольшой массой;

Высокое давление и перегретый пар не препятствуют их функционированию;

Выдерживают отрицательные температуры, им не страшно замерзание.

Таковы основные типы кондесатотводчиков, их свойства и сфера применения. Многообразие этих устройств дает возможность выбрать наиболее подходящее для любых конкретных условий.

Монтаж конденсатоотводчиков

Конденсатоотводчики, как и регулятор уровня, очень важны для качественной и надежной работы оборудования. Они устанавливаются и для отвода конденсата, образующегося при работе теплообменного оборудования, и для дренажа магистральных паропроводов. Их главная задача — удаление конденсата, который образуется из-за тепловых потерь. На всем протяжении паропровода следует предусмотреть узлы отвода конденсата. Они должны располагаться на горизонтальных участках трубопроводов на расстоянии не реже, чем каждые тридцать метров. Пропускная способность самого первого конденсатоотводчика за котлом должна быть не менее двадцати процентов от производительности котла. Если длина трубопровода более тысячи метров, показатель должен быть 100%.

Установка конденсатоотводчика нужна перед всеми подъемами, регулирующими клапанами, а также на коллекторах. Отвод конденсата осуществляется с помощью карманов отстойников. Для труб, диаметр которых меньше пятидесяти миллиметров, размер отстойника может быть равен основному трубопроводу. Если диаметр больше, рекомендуется использовать отстойники меньшего типоразмера. В нижней части желательно установить запорную арматуру в виде крана либо глухой фланец для очистки системы. Чтобы избежать засорения конденсатоотводчика, отвод конденсата необходимо предусмотреть на определенном расстоянии от нижней части отстойника.

Принцип действия биметаллического конденсатоотводчика

Принцип работы биметаллического конденсатоотводчика основан на свойстве термоупругости биметаллических шайб. Биметалл состоит из двух пластин металла с различным коэффициентом температурного расширения. Верхняя пластина имеет больший коэффициент температурного расширения, чем нижняя.

На Рис. 2.1 показаны две биметаллические шайбы в холодном состоянии, причем они располагаются друг к другу сторонами с меньшим коэффициентом температурного расширения. При нагревании они изгибаются в противоположных направлениях (Рис. 2.2). Чем выше температура, тем сильнее деформация.

На шток затвора (6) биметаллического конденсатоотводчика собирается пакет из нескольких друг на друга попарно собранных биметаллических шайб (3). Биметаллические пластины лежат плоско и затвор (4) полностью открыт. Поступающий в конденсатоотводчик воздух и конденсат отводятся под действием перепада давления между паровой и конденсатной сетью. При нагревании от поступающего горячего конденсата биметалл прогибается и пакет пластин (3) расширяется. Если температура поднимается на несколько градусов выше температуры насыщения, то затвор (4) под действием расширения биметаллических пластин прижимается к седлу (5) и перекрывает проток через конденсатоотводчик.

Рис. 3: Принцип работы биметаллического конденсатоотводчика

Таким образом, расширение биметаллических шайб не просто воздействует на закрытие конденсатоотводчика, а еще и длительно удерживает затвор (4) в закрытом состоянии при температуре насыщения.

В закрытом состоянии на затвор (4) действует сила, создаваемая давлением системы, которая пытается его открыть. Чтобы удержать затвор (4) в закрытом состоянии, биметаллический пакет (3) должен располагать усилием закрытия, которое больше сил, действующих на его открытие. По мере остывания конденсата усилие на закрытие также уменьшается. После достижения определенной температуры, давление из системы преодолевает усилие от закрытия пакета биметаллических пластин и затвор (4) открывается.

Большинство биметаллических конденсатоотводчиков настраиваются таким образом, что при достижении температуры ниже температуры кипения на 15 °K они открываются, а при достижении температуры меньшей на 5 °K температуры насыщения снова закрываются.

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.

Основные типы

Сегодня еще встречается картина, когда этот прибор установлен, но неисправен или не работает, чтобы увеличить мощность. Этот неверный подход, потому что конденсатоотводчик способен вовремя задержать пар и выпустить воду. В результате не придется тратиться на постоянный ремонт и замену оборудования.

• Так как устройству приходится работать в крайне неблагоприятных условиях, то для его производства применяют только особо прочные материалы.  Различные условия позволили создать несколько основных типов.
• Поплавковые конденсатоотводчики могут быть как внутренними, так и внешними. Внутри корпуса установлен рычажный механизм и сферический поплавок, или применяется принцип перевернутого стакана. После поступления пара конденсат вместе с воздухом выдавливается через седло в крышке, стакан опускается и цикл повторяется. Такой прибор очень неприхотлив, выдерживает перепады давления и гидроудар, может работать при высоких температурах. Новые поплавковые электронные модели умеют удалять конденсат без потери сжатого воздуха. Цикличность работы позволяет использовать поплавковый вид в различных теплообменных системах и нагревателях, сушилках и варочных котлах.
• Термодинамический конденсатоотводчик использует для работы основные законы термодинамики. Здесь есть камера вскипания, где концентрируется холодный конденсат, и при поступлении пара и закипания срабатывает автоматический клапан затвора, происходит удаление конденсата. Преимуществом такого прибора считается компактность, небольшие тепловые потери и способность отводить конденсат при температуре насыщенного пара. Цена на такой конденсатоотводчик тоже вполне умеренная.
• Термостатический вид можно подразделить на три основных типа. Это может быть конденсатоотводчик, у которого сбалансировано давление, а также терможидкостный и биметаллический. Пропускная способность у термостатической модели будет зависеть от перепада давления и проходного сечения. Практически происходит непрерывный отвод конденсата и газов. Температура конденсата не столь высока, а компактные размеры позволяют устанавливать его в системах парового отопления. Терможидкостные и биметаллические модели тоже обладают такими же преимуществами и это позволяет использовать их в различном оборудовании, тем более что они имеют большую пропускную способность.

Электроника не обошла стороной это устройство, и сегодня на них устанавливают как таймер, так и сенсоры, чтобы повысить производительность.

Широкий выбор

Этот сегмент рынка представлен большим ассортиментом различных видов и типов.

Многие отечественные и зарубежные компании разрабатывают свои модели, которые с каждым годом становятся все совершенней

Технологические секреты содержатся в тайне, поэтому стоит обратить внимание на уже известных производителей, которые доказали эффективность своих приборов

Не стоит пренебрегать установкой конденсатоотводчика, так как замена дорогостоящего оборудования потребует гораздо больше вложений, не говоря уже о времени на установку.

Лучше изучить характеристики и выбрать конденсатоотводчик, который способен проработать долгие годы, а заменить вышедший из строя элемент тоже не составит особого труда.

Принцип работы конденсатоотводчика

Конденсатоотводчик с закрытым поплавком (рис. 1,а) работает непрерывно. Он состоит из металлического корпуса 3, накрытого крышкой 2. На крышке установлен направляющий стакан, внутри которого перемещается стержень 4, связанный с поплавком 5 и расположенный над ним. Под поплавком находится клапан 6. Поплавок и клапан соединены тягой 8.

Конденсат поступает внутрь корпуса 3 через патрубок 9. При повышении уровня конденсата поплавок 5 поднимается (всплывает) вместе с клапаном 6. При этом сливное отверстие открывается, и конденсат через патрубок 7 выводится из корпуса.

Если конденсат поступает непрерывно, то клапан 6 все время поднят. Если же конденсат поступает в корпус периодически, то по мере его удаления поплавок опускается, пока клапан 6 не закроет сливное отверстие.

Конденсатоотводчик с открытым поплавком (рис. 1,б) состоит из корпуса 9, в который через патрубок 3 вводится конденсат. При заполнении корпуса конденсатом поплавок 1, имеющий форму стакана, поднимается. Внутри стакана на стержне 8 закреплен клапан 4.

Поднимаясь вместе со стаканом, клапан доходит до отверстия в верхней перемычке и закрывает его. Конденсат, продолжающий поступать внутрь корпуса, достигает верхней кромки стакана и начинает заливать его. Поплавок, заполненный конденсатом, опускается вместе с клапаном 4, отверстие в перемычке открывается.

По трубе 2 конденсат выдавливается из поплавка за счет избыточного давления в корпусе и через открывшееся отверстие в перемычке удаляется по патрубку 7, после чего стакан снова всплывает, и цикл повторяется.

КО с открытым поплавком оснащается обратным клапаном 5 и продувочным вентилем б. Слив остатка конденсата из корпуса производится так же, как и в конденсатоотводчике с закрытым поплавком, через нижнее отверстие, закрываемое пробкой. Конденсатоотводчики обязательно устанавливаются ниже нагревательной камеры аппарата, при этом расстояние от места вывода конденсата (из теплообменника) до Конденсатоотводчика должно быть не менее 0,5 м.

Непрерывность работы аппаратов при отключении конденсатоотводчиков для осмотра или ремонта обеспечивается наличием обводной линии. Недостатками поплавковых конденсатоотводчиков являются сложность устройства, невысокая надежность в работе (в частности, из-за возможности образования течи в поплавке, отчего производительность конденсатоотводчика с открытым поплавком снижается, а конденсатоотводчик с закрытым поплавком вообще перестает действовать). При подборе КО по каталогам рекомендуется принимать расчетную производительность в 4 раза выше фактического количества Конденсата, поступающего из теплообменного аппарата.

э

Три категории конденсатоотводчиков в зависимости от принципов работы

У каждой модели конденсатоотводчика есть свои характеристики. И различия в их рабочих процессах напрямую связаны с тем, подойдут они или нет для конкретных областей применений. Конденсатоотводчики можно разделить на три типа в зависимости от их принципов работы:

Механические конденсатоотводчики

К механическим конденсатоотводчикам относят рычажно-поплавковые и свободнопоплавковые конденсатоотводчики Free Float, а также конденсационные горшки с открытым поплавком. Механические конденсатоотводчики работают за счет разницы в плотности между паром (или воздухом) и конденсатом.

Для получения более подробной информации о работе механических конденсатоотводчиков прочитайте следующую статью:

Как работают механические конденсатоотводчики: принцип действия и преимущества

Термодинамические конденсатоотводчики

Существует две разновидности термодинамических конденсатоотводчиков: дисковые и поршневые. Термодинамические конденсатоотводчики работают за счет разницы кинетической энергии высокоскоростного пара (газа) и медленно движущегося конденсата (жидкости).

Для получения более подробной информации о работе дисковых конденсатоотводчиков прочитайте следующую статью:

Как работают дисковые конденсатоотводчики: механизм и преимущества

Термостатические конденсатоотводчики

Сюда относят биметаллические, безынжекторные и экстензионные термостатические конденсатоотводчики. Принцип их работы основывается на разнице температуры конденсата, близкой к температуре пара, и переохлажденного конденсата (или низкотемпературного воздуха).

Как установить конденсатоотводчик

Приспособление представляет собой вид трубопроводной арматуры, автоматически осуществляющий отвод конденсата, который образуется в результате тепловых потерь пара в теплообменном оборудовании или при прогреве трубопровода. Жидкость, появляющаяся при конденсации, в некоторых случаях становится причиной гидравлических ударов, снижения мощности и качества транспортируемого теплоносителя. Поэтому возникает необходимость ее ликвидации.

Конденсатоотводчики используют для удаления лишней влаги от:

• теплообменников: скоростных и емкостных подогревателей, калориферов, змеевиков и пр.;
• паропроводов: основных и вспомогательных, коллекторов, сепараторов.

В первом случае прибор осуществляет гидравлическое разделение паровой и конденсатной сторон. Снижает энергетические потери в системе, увеличивает эффективность ее работы. Пар, сконденсировавшись, передает тепло нагреваемой среде. Если он выходит из устройства, не успев сконденсироваться (тогда его называют «пролетным»), то количество теплопотерь увеличивается, может составлять более 15%.

Во втором случае аппарат защищает трубопровод от коррозионных, эрозионных процессов, повышает его пропускную способность. Выведение ненужной жидкости из паропровода другими способами, например, с помощью запорно-регулирующей арматуры типа вентилей содействует дополнительным потерям тепла. Поэтому клапаны в этой роли практически никогда не используют.

Термостатические конденсатоотводчики

Данный тип оборудования управляется температурой конденсата. К этому типу относятся уравновешенные по давлению и биметаллические конденсатоотводчики. В уравновешенных по давлению конденсатоотводчиках предусмотрено наличие ёмкости с особой жидкостью — термостатом. Принцип действия такого оборудования следующий: пар заполняет конденсатоотводчик и жидкость в ёмкости (в этом случае в качестве термостата чаще всего используется толуол) начинает расширяться, в результате чего клапан закупоривает проходное отверстие. В биметаллических конденсатоотводчиках используется биметаллический элемент, специальные пластины, которые, выгибаясь при нагревании и воздействуя на запорный орган, также обеспечивает отвод конденсата. Добавим, что отвод конденсата из системы в термостатических конденсатоотводчиках, как и в случае с механическими, осуществляется периодически. К несомненным достоинствам уравновешенных по давлению конденсатоотводчиков отнесём высокую производительность, лёгкость и компактность, устойчивость к гидроударам, а также простоту в обслуживании. Кроме того, эти термостатические конденсатоотводчики отлично показывают себя при работе при отрицательных температурах. А биметаллические хороши тем, что они не только демонстрируют абсолютную устойчивость к гидроударам, но и могут работать с перегретым паром.

«Термическая» арматура

Термостатические и термодинамические конденсатоотводчики функционируют за счет способности различных сред расширяться и сужаться при повышении или понижении температуры. Вместе с ростом температуры, например, при поступлении пара, запорный элемент расширяется и перекрывает канал, который отводит конденсат.

Принцип работы других устройств основан на изменении давления внутри системы в результате взаимодействия плотной (холодной) и разреженной (горячей) среды. Основными элементами в таких устройствах являются биметаллические пластины. На фото паровой конденсатоотводчик представлен с биметаллическим элементом.

Конденсатоотводчики: типы и разновидности

Существует три принципиально разных типа конденсатоотводчиков:

• термостатические,
• механические,
• термодинамические.

Термостатические конденсатоотводчики

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.

Рисунок 1. Термостатический конденсатоотводчик

Главная особенность всех термостатических конденсатоотводчиков – это необходимость доохлаждения конденсата на некоторое количество 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.
• Устойчивость к замерзанию (если за конденсатоотводчиком нет подъема конденсатной линии, и конденсат не зальет его при отключении пара).
• Простота в обслуживании.

Механические конденсатоотводчики

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 конденсатоотводчиков оптимально подходит для теплообменных аппаратов с большими поверхностями теплообмена и интенсивным образованием больших объемов конденсата.

Рисунок 2. Механический конденсатоотводчик

Преимущества этого типа:

• Хорошо работает на малых нагрузках, и на него не влияют внезапные колебания нагрузки и давления.
• Высокая производительность (до 100 – 150 тонн конденсата в час).
• Устойчивость к гидроударам и надежность 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.Термодинамические конденсатоотводчики

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

Термодинамический конденсатоотводчик

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 вибрации. Коррозионно устойчив, так как все части выполнены из нержавеющей стали.
• Не разрушаются при замерзании и не обмерзают при установке на вертикальной плоскости и выпуске в атмосферу. Правда, работа в таком положении может привести к износу краев диска.
• Простота обслуживания и ремонта.

Следует 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.