spirax_sarco
spirax_sarco Вся сила — в паре.
Пароконденсатные системы для промышленных предприятий
В последнее время предприятия активно предпринимают меры по сбережению энергии, cегодня этот вопрос как никогда актуален. Как один из вариантов экономии рассматривается вопрос о понижении рабочего давления парового котла. В самом деле, если большинство технологических процессов на Вашем предприятии требуют пара давлением 4 ати или ниже, то зачем вырабатывать пар давлением 10 ати?
Давайте сразу определимся, что снижение рабочего давления котла действительно экономит топливо, просто потому, что количество энергии, необходимое для получения пара при низком давлении, меньше, чем при высоком давлении, но такое сбережение не настолько эффективно, насколько некоторые могут об этом думать. Часто называют цифры экономии 5 и более процентов. Что же на самом деле принесёт понижение рабочего давления котла?
Паропроизводительность котла при номинальном давлении рассчитывается из условия уноса пара с определённой скоростью с поверхности воды определённой площади.
Рассмотрим котел производительностью 5000 кг/час котел с поверхностью испарения 7м2, рассчитанный для работы при 10 ати с удельной паропроизводительнотью (нагрузкой зеркала испарения) 0,2 кг/м2с.
При расчетном давлении 10 бар удельный объем пара составляет 0,177 м3/кг. Скорость уноса пара при этом будет составлять произведение 0,2 кг/м2с и удельного объема — 0,177 м3/кг:
Что же произойдет, если мы понизим давление в котле до 5 ати?
Не секрет, что удельный объём пара низкого давления больше удельного объёма пара высоко давления.
Удельный объём пара при 5 ати составляет 0,315 м3/кг. Сохраняя расчетную скорость уноса пара 0,035 м/с, получим максимальную удельную паропроизводительность котла в новых условиях:
Таким образом, производительность котла при давлении 5 ати и той же самой скорости уноса пара составит: 
Очевидно, что производительность котла оказалась снижена (почти вдвое), и все потому, что удельный объем пара при низком давлении выше.
Таким образом, снижение давления в котле приводит к снижению номинальной производительности. Отсюда видно, что снижение давления пара в котле возможно, если паропотребление предприятия это допускает. Если же паропотребление остается высоким, то скорости уноса пара будут выше номинальных, и это приведёт к таким последствиям, как:
*высокая турбулентность водяной поверхности в котле,
*унос воды – влажный пар,
*унос химикатов – грязный пар.
Эти отрицательные моменты приводят к различным проблемам в паровой системе, таким как:
*сложность поддержания заданного уровня котловой воды,
*высокий эрозионный износ запорной и регулирующей арматуры,
*ухудшение качества теплообменных процессов на паропотребляющем оборудовании.
Всё это может серьёзно сказаться на общих производственных затратах.
Сколько же составит экономия при снижении давления пара с 10 до 5 ати? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо просто заглянуть в паровые таблицы.
Энтальпия насыщенного пара при давлении 10 ати составляет 2781,7 кДж/кг. При давлении 5 ати энтальпия насыщенного пара составит 2756,9 кДж/кг. Разница составляет 24,8 кДж/кг или 0,89%. Снижение затрат при производстве того же количества пара, но более низкого давления составит всего 0,89%!
Таким образом, получив небольшую экономию топлива, можно получить излишне высокие затраты на обслуживание оборудования и снижение производительности оборудования. Стоит ли экономия на топливе того, чтобы рисковать производительностью производства? Решать Вам.
Источник
spirax_sarco
Вся сила — в паре.
Пароконденсатные системы для промышленных предприятий
В настоящее время существует огромное количество производственных процессов в пищевом производстве, которые используют пар. Специфика пищевого производства диктует особенные требования к пароконденсатной системе, одним из которых является необходимость подавать пар разного давления различным потребителям. Поэтому правильный выбор редукционных и регулирующих клапанов является одним из ключевых моментов при проектировании пароконденсатной системы.
Довольно часто на практике возникает сложная задача, когда необходимо точно поддерживать давление пара независимо от колебаний расхода пара, вызванного изменениями режима работы паропотребляющего технологического оборудования. В качестве примера можно привести работу автоклавов (мясоперерабатывающих, консервных и др. производств), которые при разогреве потребляют гораздо больше пара, чем указанное в технических характеристиках среднечасовое потребление пара.
При этом работа автоклавов зачастую независима друг от друга. В то время как один автоклав только выходит на режим, второй может отключиться, вызвав тем самым резкое изменение расхода пара. Редукционный же клапан, который подает пар на группу автоклавов, естественно, выбирается на максимальный расход пара, который возможен в случае, если все автоклавы выходят на режим одновременно. В результате при номинальном расходе и средней или низкой загруженности оборудования, что встречается очень часто, редукционный клапан работает в самом начале диапазона открытия. При расходе пара 2-5% от максимального расчетного клапан может переходить в режим «открыт-закрыт», подавая пар порциями и создавая циклические колебания давления.
Снижение давления пара в этом случае может осуществляться либо с помощью клапанов прямого действия, не требующих подвода никакой дополнительной энергии, либо регулирующими клапанами с пневмоприводами (рис. 1), применение клапанов с электроприводами не рекомендуется.
Рисунок 1. Регулирующий клапан с пневмоприводом.
По конструктивному исполнению клапаны прямого действия можно разделить на два основных типа: с диафрагменным приводом (рис. 2) и с пилотным управлением (рис.3). Каждый тип имеет свои особенности, которые необходимо учитывать в зависимости от того, в каком режиме клапан будет работать, расхода пара, точности поддержания давления, оборудования, на которое будет подаваться пар.
Рисунок 2. Клапан с диафрагменным приводом
Преимуществами клапанов с диафрагменными приводами является их большая пропускная способность, нечувствительность к качеству пара, устойчивость к вибрации и гидроударам. Такие клапаны рекомендуется использовать при подаче пара на группу оборудования, потребляющего пар одинакового давления.
Рисунок 3. Редукционный клапан с пилотным управлением.
Главным преимуществом редукционного клапана с пилотным управлением является высокая точность поддержания за ним давления, однако данные клапаны чувствительны к качеству пара, то есть наличию в паре влаги и грязи. Пропускная способность данных клапанов, как правило, меньше, поэтому их основное назначение подавать пар на конкретное оборудование, чувствительное к точности поддержания давления.
Для точного поддержания давления во всем диапазоне расходов пара и предотвращения проблем, связанных с колебаниями давления, существует два решения.
Первое – это разбиение оборудования на небольшие группы или установка редукционного клапана на каждое паропотребляющее оборудование. Второй вариант – это редукционная станция на основе 2-х клапанов установленных параллельно (рис. 4). Настройка данной системы проводится таким образом, что каждый из клапанов работает только в своем заданном диапазоне расходов. При небольшом расходе пара работает один клапан, при увеличении расхода второй клапан подключается автоматически.
Рисунок 4. Редукционная станция
Например, в системе их 2-х клапанов от 100% до 30% расхода работает основной клапан Ду80, когда расход попадает в зону его низкой чувствительности — от 30% до 0% вступает в работу другой клапан Ду40 при том, что основной клапан уже закрыт.
Выбор типа клапана и его Ду всегда должен осуществляться квалифицированными специалистами с учетом всех условий работы как самого редукционного клапана, так и работы технологического оборудования, динамики процессов, а также влияния других параметров.
Источник
h-p-t диаграмма. Редуцирование давления
Что произойдет в паровой установке высокого давления, если давление перед теплообменником снижается с помощью редукционного клапана или в паровой установке низкого давления, если давление управляется регулятором давления?
Процесс снижения давления насыщенного пара с помощью регулятора или редуктора давления вызывает изменение давления пара, однако при этом энтальпия пара остается неизменной, потому что не производится работа и не происходит передача тепловой энергии.
Процесс редуцирования давления может быть отображен на h-t-p диаграмме, если от точки пересечения линии насыщения пара с линией давления провести горизонтальную линию до пересечения с линией желаемого давления.
- Редуцирование давления пара с 20 до 10 бар:
Очевидно, что точка пересечения линии 10 бар находится в зоне перегретого пара. Редуцированный пар становится при этом перегретым.
Редуцирование давления пара со 150 до 60 бар:
Очевидно, что точка пересечения с линией давления 60 бар находится в зоне парообразования/конденсации. Часть пара конденсируется, потому что энтальпия насыщенного пара при давлении 150 бар составляет 2615 кДж/кг и при этом меньше, чем энтальпия пара с давлением 60 бар именно 2785 кДж/кг. Пересечение лежит на линии х = 0,9, это означает, что 10% пара будет сконденсировано. Пар влажный.
Редуцирование давление пара с 60 до 10 бар:
Процесс редуцирования давления насыщенного пара с 60 до 10 бар несколько сложнее. В начале процесса горизонтальная линия проходит в зоне парообразования/конденсации, при этом происходит конденсация. Далее линия достигает зоны перегретого пара и часть этого конденсата снова испаряется.
 |
| Изображение: Примеры с h-t-p диаграммой. |
Разгрузка конденсата
На изображении выше в любом месте линии кипения задается точка (рабочего состояния) А. Если от точки А давление снижается, например с 50 до 10 бар, то горизонтальная линия проходит в зоне парообразования и конденсации влево и на пересечении с линией 10 бар определяет характеристику х = 0,2. Это значит, что 20% конденсата вновь испариться.
Влажный пар
Если быть точным, влажного пара не существует. Мы имеем дело или с паром или с конденсатом.
Удельный вес конденсата выше по сравнению с удельным весом пара. В горизонтальном трубопроводе конденсат выпадает непосредственно на дно трубопровода. Если речь идет о влажном паре, имеется ввиду пар, который в следствии тепловых потерь при транспортировке несет с собой конденсат. Будучи удельно более тяжелым, конденсат захватывается паром, движущимся с большой скоростью. И как прямой результат этого происходят гидроудары.
Нет ничего необычного в том, что котловая вода захватывается паром. Причиной тому могут быть:
- перегрузка котла,
- слишком высокий уровень воды в котле
- или загустевание котловой воды.
В этих случаях парообразование в котле происходит настолько быстро, что при его отделении от поверхности воды часть котловой воды захватывается паром.
Признаком наличия котловой воды в паре может быть образование белых отложений в местах неплотностей трубопроводных элементов оборудования.
Температура паро-воздушной смеси
Свойство паро-воздушной смеси описывается законом Дальтона. Пар и воздух имеют разное значение парциального давления. Сумма парциальных давлений определяет суммарное давление смеси.
Предположим, суммарное давление в сосуде 4 бар, а смесь состоит на 75% из пара и на 25% из воздуха. Пар в этом случае имел бы парциальное давление 0,75 х 4 = 3 бар, в то время как парциальное давление на долю воздуха составляло бы 0,25 х 4 = 1 бар.
Температура смеси соответствует температуре насыщенного пара при давлении 3 бар, а именно 133,5 оС. Насыщенный пар без примеси воздуха при давлении 4 бар имел бы температуру 143,6оС. В таблице приведены значения температуры смеси в зависимости от соотношения смеси и давления пара.
| » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | ||
| » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> |
| » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> |
| » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | » st=»» yle=»border: 1px dashed rgb(172, 172, 172);»> | Источник | ||
