В общем случае любой паровой теплообменный аппарат, в котором происходит конденсация пара, требует установки конденсатоотводчика на выходе. Конденсатоотводчик необходим для того, чтобы выпускать из теплообменника конденсат и не пропускать пар, который может выйти, не успев сконденсироваться.
Такой пар называется «пролетным», он часто безвозвратно теряется, обеспечивает непроизводственные потери и способен разбалансировать пароконденсатную систему.
Конденсатоотводчик предотвращает потери пролетного пара, которые могут достигать значительных величин.
В среднем, потребители, не оснащенные конденсатоотводчиками, могут терять до 10…15 % пролетного пара. Порой значения потерь пролетного пара могут быть гораздо выше и достигать даже 40 %, делая эксплуатацию тепловой энергоустановки не только крайне неэффективной, но и опасной. Известно, что пролетный пар, находясь в конденсатопроводе, способен провоцировать мощные гидроудары. Разрушительная сила гидроударов такова, что она выводит из строя запорную арматуру, разрушая корпуса, срывает с опор трубопроводы, вызывает утечки и т. п. Другими словами, отсутствие конденсатоотводчика на выходе теплообменника – это недопустимая ситуация.
Однако факт наличия конденсатоотводчика еще не означает, что конденсат будет должным образом отводиться. Опуская моменты, связанные с подбором типа и модели конденсатоотводчика, вспомним, что же является определяющим, для того чтобы поток конденсата проходил через любой клапан. Правильный ответ – перепад давления. Если более точно, то «положительный перепад давления». Разница давлений между входом и выходом конденсатоотводчика должна быть всегда положительной (рис. 1), чтобы конденсат мог непрерывно выходить из конденсатоотводчика, когда он открывается. Всегда ли это происходит в реальных условиях? Нет, потому что условия могут быть разными.
За конденсатоотводчиком может присутствовать противодавление (рис. 2). Оно обусловлено, например, подъемом конденсатной линии на высоту эстакады, трассой с множеством поворотов, давлением со стороны прочих источников конденсата и пр.
Кроме того, сама компоновка теплообменной установки также может быть различной. Проясним ситуацию на простых примерах.
1. Теплообменник, работающий на постоянном давлении пара (рис. 3), дренаж конденсата осуществляется самотеком в напорный либо безнапорный конденсатопровод. Если давление пара (Р1) всегда выше противодавления (Р2), то нет проблем с работой конденсатоотводчика.
2. Давление пара источника (Р1) постоянное (рис. 4), но теплообменник работает на переменном давлении (Р2), т. к. оно зависит от положения регулирующего клапана. С работой конденсатоотводчика также нет проблем, если противодавление (Р3) отсутствует.
3. Более сложная ситуация: все, как в примере 2, но в конденсатопроводе присутствует избыточное давление (Р3). Зная поведение нагрузки, в каком диапазоне она меняется во времени, можно понять, существует ли вероятность, что Р2 сравняется с Р3. Произойдет это в том случае, когда регулирующий клапан закроется настолько, что давление за ним (Р2) упадет до уровня противодавления (Р3) и ниже. Что произойдет далее? Конденсат остановится, т. к. на конденсатоотводчике не будет положительного перепада давления, и конденсат начнет затапливать теплообменник, тормозя теплообмен. Конденсатоотводчик при этом останется полностью открытым, но конденсат из него отводиться не будет. Температура продукта, нагреваемого в теплообменнике, начнет снижаться, автоматика на это отреагирует и даст сигнал регулирующему клапану на открытие. После открытия клапана давление подрастет, конденсат начнет удаляться, и температура продукта также пойдет вверх. Таким образом, автоматика спасла ситуацию, но время упущено – произошло колебание температуры продукта. Такие колебания всегда будут происходить в подобных системах. Если управление температурой продукта не допускает колебаний (например, они ведут к браку продукции или аварийному останову), то такая система неработоспособна. В этом случае конденсатоотводчик уже бессилен.
Напрашивается очевидное решение проблемы – установка конденсатной насосной станции за конденсатоотводчиком. В данном случае возникает возможность выбора наиболее подходящего технического решения. Часто конденсатные насосные станции выполняют в виде конденсатных баков, оснащенных электрическими насосами с автоматикой регулирования уровня в баке. Объем бака рассчитывается на 5-10-минутный запас конденсата, чтобы насосы не работали в «звонковом режиме». Но есть и другой выход. На рисунке 5 изображено техническое решение, позволяющее обойтись без сложной и громоздкой конденсатной насосной станции, оно несколько проще и в ряде случаев уместнее.
Речь идет о перекачивающем конденсатоотводчике, представляющем собой автоматическое устройство, выполняющее функции и конденсатоотводчика, и насоса (рис. 6).
Действует это следующим образом: когда перепад давления на установке является положительным, т. е. конденсат может самостоятельно выходить в конденсатную линию, устройство работает как обычный поплавковый конденсатоотводчик. Когда давление на входе падает до величины противодавления, конденсат уже не может выходить и начинает накапливаться внутри корпуса конденсатоотводчика, далее при полном заполнении корпуса конденсатом срабатывает специальный механизм, подающий внутрь конденсатоотводчика движущую среду (пар или сжатый воздух), которая своим давлением вытесняет из конденсатоотводчика весь конденсат в конденсатную линию. Таким образом, вытеснение является функцией откачивания. По сути, перекачивающий конденсатоотводчик заменяет собой сразу несколько элементов «традиционной системы»: конденсатоотводчик, бак, электрические насосы и автоматику регулирования уровня.
Ранее, когда перекачивающие конденсатоотводчики еще не производились, применялось техническое решение, предусматривающее установку обычного механического насоса и отдельного конденсатоотводчика на выходе. Такое решение также невыгодно пользователю, потому что он вынужден покупать, монтировать и обслуживать два устройства вместо одного. Кроме того, конденсатоотводчик на выходе насоса всегда должен иметь огромные размеры, из-за того, что конденсатоотводчик вынужден пропускать максимальный расход конденсата как при высоких, так и при низких перепадах давления, что способен выполнить только сильно переразмеренный (т. е. большой и дорогой) конденсатоотводчик.
Современная промышленность предлагает перекачивающие конденсатоотводчики для широкого диапазона применений. Одним из лидеров на мировом рынке на сегодняшний день является японская компания TLV, представляющая целую линейку перекачивающих конденсатоотводчиков как для микрорасходов, так и для довольно крупных технологических установок: до 10 000 кг/ч конденсата в режиме насоса и до 30 000 кг/ч в режиме конденсатоотводчика. Пользователи перекачивающих конденсатоотводчиков получают сразу несколько преимуществ по сравнению с использованием систем с электрическими насосами, а именно:
• отсутствие электропитания для откачивания конденсата;
• занимаемая площадь в несколько раз меньше систем с конденсатными баками;
• вместо трех специалистов (слесарь, электрик и КиПовец) обслуживание/ремонт выполняет один слесарь;
• нет кавитации на насосе даже при минимальном подпоре и температуре конденсата 100 °С;
• нет выпара в атмосферу, т. к. система с перекачивающим конденсатоотводчиком полностью закрытая, т. е. без связи с атмосферой;
• нет конденсатного бака, вместо него установлен конденсатный ресивер (коллектор) с объемом, рассчитанным на запас конденсата всего на несколько секунд – именно столько длится цикл перекачивания насоса.
Перекачивающие конденсатоотводчики применяются для обособленных потребителей пара, не допускающих подтопления. Например, паровоздушные калориферы, варочные реакторы с паровой рубашкой, пресса-вулканизаторы и т. п. Разумеется, один перекачивающий конденсатоотводчик может работать только с одним потребителем, а не с несколькими сразу, т. к. установка одного конденсатоотводчика на несколько теплообменников недопустима вне зависимости от того, обычный ли это конденсатоотводчик или перекачивающий. Следует различать механические конденсатные насосы и перекачивающие конденсатоотводчики. Это функционально разные устройства, хотя внешне и неотличимые друг от друга.
Таким образом, существует класс конденсатоотводчиков, которые могут не только отводить конденсат, но и успешно его перекачивать на дальние расстояния, оставаясь при этом довольно простыми и надежными устройствами, предназначенными для тяжелых условий промышленной эксплуатации.
