Zarządzanie wieloma czynnikami, które poprawią wydajność systemów parowych.
Najlepsza metoda usprawnienia wydajności energetycznej systemów parowych, redukcji kosztów chemicznych i kosztów związanych z przygotowaniem wody, to sprawić, aby jak największa ilość kondensatu wróciła do instalacji kotłowej. Jest kilka czynników, które mają wpływ na niezawodność, wydajność, żywotność oraz wymagania serwisowe dla kondensacyjnych systemów orurowania. Niektóre z tych czynników to:
- odpowiednie zwymiarowanie trasy kondensatu, biorące pod uwagę jego postać płynną oraz ilość skraplającej się pary,
- umiejscowienie trasy kondensatu z uwzględnieniem urządzeń produkcyjnych,
- umiejscowienie rozgałęzień kondensatu względem głównej rury rozgałęźnej,
- techniki izolacji.
Ważnym czynnikiem dla zwiększenia ogólnej wydajności systemu parowego jest maksymalne podniesienie temperatury w powracającym kondensacie. Umożliwi to wysoką wydajność termalną całego systemu parowego.
Energia
Kondensat zawiera relatywnie wysoki procent energii użytej do wytworzenia pary (w niektórych przypadkach 16% w zależności od ciśnienia). Przy obecnym wzroście kosztów energii urządzenia muszą zwracać wszelki możliwy kondensat z powrotem do instalacji kotłowych. Kondensat powinien być utrzymany w stanie wysokoenergetycznym bądź tak gorącym, jak to tylko możliwe.
Typowym powodem utraty kondensatu z systemu jest awaryjność jego elementów. Ów artykuł zwraca uwagę na główne przyczyny awarii i zaleca działania pomagające oszczędzić energię w poprawnie funkcjonującym systemie.
Normy dla orurowania
Normy dla wytrzymałości orurowania opisują minimalne wymagania konstrukcyjne wytrzymałości instalacji oraz pomocniczej instalacji serwisowej. Norm używa się w instalacjach dla kondensatów, w których ciśnienie i temperatura przekraczają 100 psi. Jednakże zaleca się stosowanie takich norm do wszystkich systemów kondensacyjnych.
Konserwacja
Rozsądna dokumentacja systemu kondensacyjnego to taka, która zapewni niezawodną i długą sprawność działania na więcej niż 20 lat bez poważnej usterki systemu. Personel zakładu musi założyć, że projekt systemu zawiera rozsądną instrukcję konserwacji i obsługi. Rezygnacja z prewencyjnego planu konserwacji zmniejszy przewidywaną żywotność sytemu.
Materiały
Ponieważ rurociągi dla kondensatu są potencjalnie wystawione na działanie kwasu węglowego (niszczący czynnik korodujący), ważny jest odpowiedni dobór materiałów. Zalecanym materiałem dla systemu kondensatu jest stal nierdzewna. Uwydatnia ona w znacznym stopniu zdolność rur do przeciwstawienia się korozji, co zapewnia dłuższy i bardziej niezawodny okres użytkowania.
Jednak ograniczenia finansowe i koszty instalacji złożonej jedynie z rur ze stali nierdzewnej skłaniają do innych alternatyw. Jeśli ze względów ekonomicznych używamy rur ze stali węglowej, należy użyć odpowiednich rur, uwzględniając większą grubość ścian, co wpływa na żywotność rur w korozyjnym środowisku.
Typy połączeń
Spawanie lub używanie węży ze złączkami ograniczy wycieki. Rury dla kondensatów będą się rozszerzać i kurczyć podczas standardowego obiegu termicznego w systemie parowym. Niestety producenci części nadal dostarczają dużą ilość gwintowanych złączek. Złączki te są w zasadzie słabym punktem parowych/kondensacyjnych systemów i jako pierwsze poddadzą się korozyjnemu działaniu kwasu węglowego, szczególnie gwinty w dolnej części rur. Dodatkowo gwintowane połączenia nie są w stanie wytrzymać rozszerzania i kurczenia się systemów, przez co wycieki są nieuniknione.
Najczęściej stosowane łączenia to:
- spawy,
- przewody i węże ze złączkami,
- kołnierze,
- gwintowane rury (tylko gdy to konieczne).
Rury a węże
Używanie węży jest dopuszczalnym sposobem tworzenia rurociągów, choć jest to sposób zbyt mało wykorzystywany. Przewody zapewniają lepsze połączenie elementów parowych i innych urządzeń w systemie. Spawanie mniejszych rur (poniżej 1 cala) jest czasochłonne i drogie. Używanie przewodów zmniejsza ilość spawów potrzebnych w instalacji.
Konserwacja
Większość nowo zamontowanych systemów mechanicznych pracuje z maksymalną wydajnością. Jednak to sposób konserwacji systemu określa jego odporność i niezawodność. Komponenty systemu, wliczając w to rury, węże, odwadniacze, pompy kondensatu itp., muszą być montowane z myślą o konserwacji. Jeśli urządzenia nie będą dostępne dla personelu i będą konserwowane rzadko lub wcale, podupadnie wtedy ogólna integralność systemu.
Wymiarowanie rur/węży do kondensatów
Wymiarowanie linii przesyłowych kondensatu oblicza się różnie, zależnie od objętości płynów transportowanych w rurach. Mimo że kondensat to gorąca woda, zwymiarowanie całej linii wyłącznie pod przesył gorącej wody zaowocuje zbyt małym przekrojem sieci przesyłowej. Zbyt mały przekrój wytworzy zbyt duże ciśnienie zwrotne w systemie, jak również problemy z konserwacją i działaniem całego systemu. Najważniejsze to pamiętać o dwóch podstawowych różnicach między kondensatem a gorącą wodą. Przesył kondensatu zawiera dwie fazy: kondensat (ciecz) i para rozprężona (gaz). Co za tym idzie, właściwy rozmiar linii przesyłowej kondensatu będzie zawierał się pomiędzy tym dla gorącej wody i pary. Z odpowiednią wiedzą linie do przesyłu kondensatu można wymiarować pod:
- obciążenie cieczy kondensatu,
- obciążenie pary rozprężonej,
- współczynnik bezpieczeństwa.
Jest to zdefiniowane jako utrata pary na skutek wadliwych odwadniaczy lub otwartych zaworów obejścia. Przedmuch pary zwiększy ilość pary w obwodzie powrotnym, co należy wziąć pod uwagę przy obliczeniach. Kondensat wolny od pary rozprężonej może być wpompowany w rury przeznaczone tylko dla cieczy (przepływ jednofazowy).
Prędkości w rurach kondensatowych (ciecz i para rozprężona) muszą być poniżej 1400 m/minutę, by uchronić system przed uderzeniami hydraulicznymi i innymi szkodliwymi efektami. Prędkość w rurach kondensatowych (wyłącznie dla cieczy) musi być poniżej 2 m/sekundę.
Poprawne rozpoznanie typu kondensatu
Umieszczenie powrotnej linii kondensatu jest decydujące, by zapewnić prawidłową eksploatację sprzętową. Pierwszym krokiem, by tego dokonać, jest zrozumienie i identyfikacja typu linii kondensatu.
Grawitacja
Opisuje wszystkie urządzenia procesowe z regulowanym zaworem wpustu pary i bardzo niskim jej ciśnieniem podaniowym, gdzie powrotna linia kondensatu musi mieć zbliżone warunki do warunków atmosferycznych. Co za tym idzie, kondensat ścieka dzięki grawitacji do wylotowego (atmosferycznego) zbiornika na kondensat.
Niskociśnieniowy zwrot:
- zwrot kondensatu, którego jest mniej niż 15 psi.
Średniociśnieniowy zwrot:
- zwrot kondensatu pomiędzy 15 psi a 100 psi.
Wysokociśnieniowy zwrot:
- zwrot kondensatu w rurach o ciśnieniu 100 psi i wyższym.
Większość problemów z systemem kondensatu pochodzi ze złego rozmieszczenia linii przesyłowych w stosunku do wymienników ciepła, odwadniaczy i innych urządzeń drenażowych.
Podłączanie się do rury rozgałęźnej
Koniecznym jest, aby wszystkie odgałęzienia linii kondensatu były podłączone centralnie od góry do głównej rury rozgałęźnej w pozycji poziomej. Nie można tego lekceważyć i nie ma odstępstwa od tej reguły. Oto lista niepoprawnych podłączeń:
- podłączenie od dołu rury rozgałęźnej,
- podłączenie z boku do rury rozgałęźnej,
- podłączenie pionowe do rury rozgałęźnej.
Wymienione wyżej podłączenia będą powodowały problemy w działaniu systemu, przede wszystkim uderzenia hydrauliczne. Para rozprężona wprowadzona do głównej rury rozgałęźnej poprzez niewłaściwe podłączenie będzie oddziaływać z chłodniejszym kondensatem, powodując uderzenia hydrauliczne. Uderzenia hydrauliczne to główna przyczyna przedwczesnych uszkodzeń w systemach parowych/kondensatowych.
Pomiary ciśnienia
Jeszcze kilka słów o pomiarach ciśnienia. Urządzenia pomiarowe, gdy są prawidłowo podłączone do systemu powrotnego dla kondensatu, są bardzo pomocne przy identyfikowaniu procesów działania i awarii systemów parowych. Jeśli mierniki ciśnienia nie są założone, zawsze powinny się znajdować obowiązkowe przyłącza dla takich mierników. Pozwoli to personelowi konserwacyjnemu założyć mierniki podczas prac przy usuwaniu problemów. Koniecznym jest, by dołączyć rurę z syfonem („świński ogon”) i zawór odcinający do każdego miernika ciśnienia. Zawór odcinający musi być odpowiednio dobrany do ciśnienia i temperatury panujących w systemie. Miernik ciśnienia z tarczami amortyzowanymi cieczą będą bardziej odporne na wibracje systemu.
Wnioski
Kondensat zawiera wysoki procent energii (zazwyczaj 16%) użytej do produkcji pary. Odzyskanie i zwrot jak największej ilości kondensatu z powrotem do instalacji kotłowej jest najlepszą metodą kontroli kosztów i poprawieniem wydajności energetycznej.
Zapamiętaj te rady:
- odzyskaj i zwróć jak najwięcej, możliwie najgorętszego kondensatu do instalacji kotłowej,
- nie dopuść do usterek komponentów przez trzy lata działania,
- montuj komponenty, mając na uwadze potrzebę konserwacji,
- bierz pod uwagę rozmiar linii przesyłowych, pamiętając, że czynnik podlega dwufazowemu przepływowi,
- wykorzystuj łączenia, które minimalizują wycieki,
- miej na uwadze różne możliwe ciśnienia powracającego kondensatu, aby móc prawidłowo zaplanować orurowanie systemu, zapewniając mu właściwy przepływ,
- pamiętaj, aby umożliwić założenie mierników ciśnienia wzdłuż całego systemu. Te niedrogie urządzenia są kluczowym wsparciem podczas usuwania problemów w systemach parowych i kondensatowych,
Przestrzeganie tych zasad zapewni niezawodne i długotrwałe działanie systemu kondensatowego.
Artykuł pod redakcją Kamila Żarów
Autor: Kelly Paffel
