Способы понижения давления пара

Выбираем регулятор давления пара. Как правильно это сделать?

Во многих компаниях Вам ответят: «По таблице!». Мы решили чуть больше раскрыть вопрос подбора.

Небольшая справка о предназначении регуляторов давления. К сожалению (а может быть к счастью), на промышленных предприятиях потребители пара имеют различные характеристики работы, а следовательно, у них разное давление и конечно потребление пара. Соответственно котёл подаёт пар с запасом по давлению, по расходу не исключение.

Перед подбором надо знать давление и расход пара

Перед подбором регулятора следует знать следующие параметры:

давление после регулятора пара и

Другими словами: какое давление в системе на входе, на какое давление должен регулятор вывести подачу пара и сколько система потребляет «на свои нужды».

Где берутся эти цифры? Обычно, а вернее, как правило, давление знают лица, ответственные за данный участок. На пищевых предприятиях обычно это либо механик, либо энергетик. Они же, лица, считывают данную информацию с манометров, которые обычно стоят до и после важного участка паропровода.

Но совершенно по-другому обстоит вопрос с расходом пара. Для того, чтобы его посчитать должны стоять узлы учёта пара. И в этом вопросе точно есть осложнение, т.к. поставить узел учёта перед каждым теплообменником никто фактически не имеет возможности. (по крайней мере мы не встречали), т.к. это удовольствие (узел учёта) довольно дорогое. Один такой узел учёта – это сумма с пяти нулями. И что же теперь делать!? – спросите Вы. Тут на помощь придёт физика. Есть таблицы массового расхода пара и в них по диаметру трубы, давлению и скорости пара. Вы её точно найдёте в интернете.При это скорость пара берут условно-усреднено в трёх параметрах 15, 25 и 40 метров/сек. Владея этими данными Вы точно посчитаете расход пара в трубопроводе. Регулятор давления (редукционный клапан) при этом выбирают с небольшим запасом по расходу пара.

По значению расхода пара как раз и подбирается диаметр редукционного клапана. И тут есть момент: разный диаметр, соответственно разная пропускная способность, а теперь ВАЖНЫЙ МОМЕНТ – у разных производителей один и тот же, диаметр может «пропускать» различное значение расхода пара. Другими словами, при замене производителя, обязательно смотрите на этот параметр.

Также, чуть не забыл, расход пара и давление можно посмотреть в паспорте теплообменника, ну это конечно при условии, что они есть. Если не указан расход, то 100% указана тепловая нагрузка в Дж., зная значение которой можно рассчитать расход.

Ещё важно понимать, что регуляторы бывают прямого и непрямого действия:

Регулятор прямого действия (RP45 к примеру) он настраивается в-ручную. В нём пружина, которая постоянно держит настроенное давление.

Регулятор не прямого действия необходим в случае, если нужно регулировать пар в зависимости от какого-либо параметра в теплообменнике. К примеру, нужно чтобы из теплообменник выходила подогретая вода с определённой температурой. В этом случае ставится датчик температуры, от которого сигнал, через автоматическую систему подаётся на электро или пневмопривод редукционного клапана (регулятора давления). Когда необходимо закрытие побыстрей, то ставят пневмо.

Лучшим способом избежать такого разрушения клапана служит установка сепаратора пара

Как сохранить регулятор давления? Ответ относится ко всей арматуре, которая применяется в паропроводе – для сохранения регулятора в системе должен быть пар по возможности без примесей, окалины и ржавчины. Последние здорово разбиваются о седло клапана и его (седло) нисколько не улучшают, а как раз, наоборот. Лучшим способом избежать такого разрушения клапана служит установка сепаратора пара, но многие этим пренебрегают экономя средства, тем самым возможно не экономя в долгосрочных периодах. И конечно обязательно фильтрация, это можно сказать закон сохранения арматуры паропровода.

Ну и последнее, редукционник редукционником, а оборудование дороже. Что делать, если клапан выйдет из строя, да при этом неожиданно? После регулятора, как правило, ставят предохранительный клапан, который позволяет избежать поломку теплообменника.

Наши регулирующие клапана Вы найдёте на странице «РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ»

А лучше пишите/звоните напрямую менеджерам.

Источник

Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

• 
• 

Свежие номера

Сегодня, 19 ноября

Ближайшие мероприятия

Редуцирование пара или как получить дополнительный доход

Л. Ганус, директор G—Team по России и СНГ

Большинство паровых котельных, как на производстве, так и в системе ЖКХ, вырабатывают пар более высокого давления, чем это требуется, а затем снижают давление до более низкого значения.

Такая ситуация типична для паровых котлов типа ДКВР, ДЕ и КЕ российского производства, а также для ряда современных жаротрубных котлов российского и зарубежного производства. Почему такое происходит?

Причин здесь несколько.

Первая и основная причина — выработка пара низкого давления практически на всех котлах происходит при более низком КПД, обычно это на 3–4% ниже номинала. Например, работа котла производительностью 10 т/ч на давлении 3 ата вместо расчетных 10 ата ведет к перерасходу топлива в годовом исчислении в размере почти 220 тысяч м 3 газа. Т. е. работа котла на более низком давлении ведет к явному перерасходу топлива!

Вторая причина — зачастую потребителям требуется пар разного давления, и соответственно сначала вырабатывается пар более высокого давления, а затем он редуцируется (происходит снижение давления до нужного значения в специальных редукционных клапанах).

При редуцировании пара его энергия практически сбрасывается и никак не используется. Необходимо отметить, что в СП 89.13330 (актуализированной версии СНиП II-35-76 Котельные установки. Нормы проектирования) появилась рекомендация устанавливать паровые турбины в котельных тепловой мощностью более 10 МВт. Однако пока надежных небольших турбин российского производства, работающих на низком давлении и небольших расходах, нет.

В Чехии компания G-Team сумела создать небольшие противодавленческие турбины, которые могут устанавливаться параллельно с редукционными клапанами и использовать энергию пара на выработку электричества или как привод для насосов.

В отличие от целого ряда имеющихся на рынке российских и импортных установок, турбины G-Team могут работать на входном давлении в несколько атмосфер, главное, чтобы был перепад давления.

Например, на том же паровом котле производительностью 10 т/ч при перепаде с 10 до 1,2 ата можно получить почти 60 кВт х ч или почти 500 тысяч кВт*ч электроэнергии в год, что при сегодняшнем уровне цен равно почти 2,0 млн руб.

Расчеты показывают, что затраты на установку противодавленческих турбин могут окупаться в течение трех-четырех лет.

Схема подключения паровой турбины и аксонометрический чертеж турбины TR320

В России компанией G-Team в настоящий момент выполнено несколько проектов. Один в Екатеринбурге — в 2014 году на паровой котельной установлена противодавленческая турбина с асинхронным двигателем мощностью 320 кВт, работающая в островном режиме; в г. Усть-Илимске установлена турбина мощностью 700 кВт для привода насоса в 2015 году. В Санкт-Петербурге запроектированы две турбины по 650 кВт для работы параллельно с сетью, проект находится в стадии согласования.

Чешская компания предлагает различные схемы реализации проекта, включая вариант с энергосервисным контрактом, по которому заказчику необходимо только оплатить проектные и монтажные работы по установке турбины российским компаниям. Плата за турбину будет производиться за счет средств, полученных от экономии электроэнергии.

Ниже приведена схема подключения паровой турбины и аксонометрический чертеж турбины TR320.

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

spirax_sarco

Вся сила — в паре.

Пароконденсатные системы для промышленных предприятий

При эксплуатации паровых систем часто возникает вопрос, происходит ли перегрев насыщенного пара при его редуцировании? Требуется ли после редуцирования давления снижать температуру пара до состояния соответствующего его насыщению, например, с помощью редукционно-охладительной установки (РОУ)?

С одной стороны, использование перегретого пара в теплообменных процессах нежелательно, с другой стороны, установка РОУ – технически сложная и недешевая задача, поэтому вопрос о необходимости снятия перегрева исключительно важен.

Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо четко понимать процессы, протекающие при редуцировании пара.

Как известно, общее теплосодержание сухого насыщенного пара (hg) складывается из энергии, содержащейся в воде, нагретой до состояния кипения (hf) и энергии, затраченной на парообразование (hfg):

Как уже упоминалось выше, абсолютно сухого пара в условиях производства добиться невозможно. Современные паровые котлы обеспечивают на выходе степень сухости пара, 90-95%. Кроме того, по мере движения пара по трубопроводам, из-за потерь тепла в окружающую среду, часть пара конденсируется, и в потоке пара летят в виде тумана мельчайшие капельки влаги. Таким образом, в зависимости от состояния теплоизоляции, протяженности паропровода, способа его прокладки (в помещении, на улице, надземная, подземная, канальная или безканальная), наличия узлов дренажа, наличия сепаратора пара перед редукционным клапаном, и т.д., пар может иметь степень сухости от 85 до 99%.

Итак, пар перед редукционным клапаном имеет конкретное теплосодержание, определяемое его давлением, температурой и степенью сухости. Чем ниже давление насыщенного пара, тем ниже его температура. Это значит, что при редуцировании сухой насыщенный пар должен перегреваться, ведь температура пара до редуцирования выше, чем после. Происходит ли это на самом деле? Все зависит от конкретных условий.

Пример 1: Пар, со степенью сухости 0,9, т. е. 90% редуцируется с 8 до 4 бар изб.
Значения удельных энтальпий можно узнать из таблиц состояния водяного пара:

При давлении 8 бар изб.: hf = 743,1 кДж/кг hfg = 2030,9 кДж/кг

При давлении 4 бар изб.: hf = 640,7 кДж/кг hfg = 2108,1 кДж/кг

Степень сухости χ учитывается при определении фактической энтальпии и при давлении 8 бар изб. (на входе в редукционный клапан) составит (2):

743,1 + (2030,9 · 0,9) = 2570,9 кДж/кг

Это количество тепловой энергии остается в паре и после редуцирования, т.е. при снижении давления до 4 бар изб.
В то же время теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. составляет (1):

640,7 + 2108,1 = 2748,8 кДж/кг

Поскольку фактическая энтальпия пара при избыточном давлении 4 бар изб. меньше, чем теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб., пар не перегревается, и в нем остается влага.
Количество влаги, оставшейся в пароводяной смеси определяется из формулы (2):

640,7 + (2108,1 · χ)=2570,9 кДж/кг

Поэтому степень сухости пара при давлении 4 бар изб составит 91,6%.
Поскольку полная энтальпия после прохождения через редукционный клапан меньше, чем полная энтальпия пара при давлении 4 бар изб., пар остается влажным. Фактически, он слегка подсушится с 90% до 91,6%. А это значит, установка о не требуется.

Пример 2: Пар редуцируется с 8 до 4 бар изб., перед редукционным клапаном установлен сепаратор пара, обеспечивающий степень сухости 99%. Значения удельных энтальпий берём из предыдущего примера.
Значение фактической энтальпии при избыточном давлении 8 бар изб. (на входе в редукционный клапан) составит (2):

743,1 + (2030,9 · 0,99) = 2753,7 кДж/кг

Это количество тепловой энергии остается в паре и после редуцирования, т.е. при снижении давления до 4 бар изб.
В то же время, теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. составляет (из прошлого примера) 2748,8 кДж/кг.
Фактическая полная энтальпия пара выше, чем полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. Поэтому пар будет не только на 100% сухой, но и на несколько градусов перегрет.
Степень перегрева можно определить из таблиц перегретого пара или по h-s диаграмме, используя значения фактической энтальпии и давления пара.
Избыточная энергия составляет 2753,7-2748,8=4,9 кДж на 1 кг редуцируемого пара. Эта энергия тратится на повышение температуры пара выше температуры насыщения, а именно, с 152°С до 154,2°С, т.е. на 2,2°С.
При расходе пара 2000 кг/ч (от редукционного клапана пар поступает по трубопроводу Ду100 (Ø108х4) с теплоизоляцией толщиной 50 мм) «избыток» энергии составит:

где Q — тепловой поток, кВт
ms – массовый расход пара, кг/с
h – удельная энтальпия, кДж/кг

где:
ke = 0,05 Вт/м°С — средний коэффициент теплопроводности изоляции
L — длина изолированного паропровода, м
∆t — разность температур пара и окружающей среды, °С
d2 – внешний диаметр изоляции, м (0,108+0,05+0,05=0,208 м)
d1 — внутренний диаметр паропровода, м (для расхода пара 2000 кг/ч и давления 4 бар изб. составит 0,1 м)

Отсюда L — длина трубы, на которой избыток тепловой энергии перейдет в окружающую среду:

Т.е. через 47 метров перегрев в 2,2 °С исчезнет.

Однако обычно редукционные клапаны не изолируются. Потери в окружающую среду от редукционного клапана Ду65 можно принять как от неизолированного трубопровода длиной 0,5м, они составляют:

где K – коэффициент теплопередачи через стенку, Вт/м2°С
L — длина неизолированного паропровода, м

В свою очередь, коэффициент теплопередачи через стенку определяется как:

где:
αΠ — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубопровода, Вт/м2°С
αw — коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубопровода, Вт/м2°С
δΜ — толщина металлической стенки трубы, м
λΜ — теплопроводность материала стенки трубы, Вт/м°С

Термическое сопротивление стенки трубы и сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности для чистой трубы во много раз меньше, чем сопротивление теплоотдаче на наружной поверхности . Такое допущение позволяет значительно упростить расчет и уменьшить число необходимых исходных данных, так как тогда не требуется знать скорость среды в трубе, толщину стенки трубы, степень загрязнения стенки на внутренней поверхности. Погрешность расчёта, связанная с таким упрощением невелика и значительно меньше погрешностей, связанных с неопределенностью других расчётных величин. Это позволяет привести формулу (6) к виду:

Общий коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов
конвективной и лучистой теплоотдачи:

где αк– коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2°С
αЛ- коэффициент лучистой теплоотдачи, Вт/м2°С

Коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от скорости воздуха и направления потока по отношению к оси трубопровода, его диаметра и теплофизических характеристик воздуха. При ламинарном режиме движения воздуха (число Рейнольдса Re меньше 1000):

где βφ — коэффициент, учитывающий направление воздушного потока по отношению оси трубопровода (определяется по таблице 1 «Поправочные коэффициенты на угол обдува» )
Re — число Рейнольдса
λΒ – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м°С (определяется по таблице 2 «Коэффициенты теплопроводности воздуха» )

Число Рейнольдса определяется как:

где U – скорость движения воздуха, м/с
βu – коэффициент, учитывающий высоту расположения трубопровода над землей и характер рельефа местности (берется из таблицы 3 «Поправочные коэффициенты на ветровое давление и скорость воздуха»)
νв — коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с (берется из таблицы 4 «Коэффициенты кинематической вязкости воздуха»)

Коэффициент лучистой теплопередачи определяется по формуле:

где εΠ – степень черноты трубопровода, рекомендуется принимать 0,9
Co = 5,78 Вт/м2K4- коэффициент излучения абсолютно черного тела
ΤΠ – температура пара, °С
ΤΒ – температура окружающего воздуха, °С

Результаты расчетов теплопотерь через неизолированный участок паропровода сведены в таблицу (А):

Так как избыток тепловой энергии, образовавшийся при редуцировании (2,7 кВт), меньше, чем теплопотери в окружающую среду через неизолированный редукционный клапан (5,0 кВт), то пар на выходе из редукционного клапана перегрет не будет.
Таким образом, даже при редуцировании практически сухого пара образовавшийся перегрев исчезнет почти сразу за редукционным клапаном и установка охладителя пара не требуется.

Если редукционный клапан хорошо теплоизолирован, то пар на выходе из него будет перегрет. Количество воды, требуемое для впрыска в пар, чтобы привести его в состояние насыщения, определяется по формуле:

где mcw- массовый расход охлаждающей воды, кг/ч
mc — массовый расход перегретого пара, кг/ч
hg — фактическое теплосодержание перегретого пара, кДж/кг
hd — теплосодержание сухого насыщенного пара, кДж/кг
hcw — фактическое теплосодержание охлаждающей воды, принимается 419,8 кДж/кг

Таким образом, чтобы привести перегретый пар к состоянию насыщения, необходимо впрыскивать в него 4,2 кг воды в час. Это очень маленький расход, поддерживать его с достаточной точностью очень сложно, потребуется применение специальных регулирующих клапанов.

Подведя итоги, можно сказать, что зачастую при редуцировании пар либо не перегревается вообще, либо перегрев незначителен, и им можно пренебречь. Решение об установке охладителя пара следует принимать только после тщательных расчетов, убедившись, что оно экономически оправдано.

Больше материалов Вы сможете найти на нашем сайте в разделе «Академия пара»

Источник