Straty wynikające z niesprawności odwadniaczy pary mogą być ogromne. Jeżeli np. koszt pary wynosi 5 USD za 450 kg, to nieszczelność odwadniacza z otworem o średnicy 3,2 mm w instalacji, w której panuje ciśnienie 345 kPa, spowoduje straty o wielkości 13,5 kg/godz., czyli 118 ton rocznie. Koszt utraconej w ten sposób energii wyniesie więc 1302 USD w ciągu roku. W instalacji, gdzie jest 100 takich odwadniaczy, przy założeniu, że ich usterkowość ogółem wynosi 25 proc., roczne straty wyniosą 32 541 USD.
Przyrząd ultradźwiękowy
Przyrząd ultradźwiękowy jest idealnym narzędziem do kontrolowania odwadniaczy i wykrywania wycieków pary. Jest lekki, przenośny i przetwarza dźwięki o wysokiej częstotliwości, wytwarzane przez pracujące odwadniacze, w dźwięki o częstotliwości słyszalnej. Osoba przeprowadzająca kontrolę słyszy je w słuchawkach, a także może obserwować ich odwzorowanie na liczniku lub wyświetlaczu.
Taki przenośny przyrząd posiada zazwyczaj w zestawie słuchawki, licznik lub wyświetlacz, regulację czułości/głośności i zamienny moduł – do skanowania lub działania w trybie pracy kontaktowej. Niektóre przyrządy mają zdolność regulacji charakterystyki częstotliwościowej w zakresie: 20 kHz – 100 kHz (fot.1).
Fot. 1. W rękach doświadczonych techników sprzęt ultradźwiękowy umożliwia dokonanie precyzyjnych analiz działania układów odwadniania pary.
Wiele cech przyrządu jest bardzo użytecznych i umożliwia dostosowanie parametrów do pracy w odpowiednich warunkach. Jeżeli na przykład występują zbyt duże trudności w zlokalizowaniu źródła dźwięku, z uwagi na wysoki poziom sygnału, zmniejszenie czułości przyrządu pozwala na zogniskowanie detekcji i precyzyjną lokalizację tego źródła.
Zamienne moduły pozwalają na dostosowanie przyrządu do wykrywania różnych problemów. Tryb pracy kontaktowej stosowany jest przy detekcji ultradźwięków generowanych w obrębie osłony obudowy odwadniacza, natomiast w trybie skanowania wykrywane są ultradźwięki, które przechodzą do otoczenia, np. przy spadku ciśnienia lub ubytku pary.
Typy odwadniaczy
Odwadniacze to zawory automatyczne przeznaczone do utrzymywania optymalnej pracy instalacji parowej przez odprowadzanie kondensatu i utrzymywanie należytej jakości pary. Gdy para przejdzie w inną postać i stanie się gorącą wodą, jest usuwana poprzez odwadniacz i powraca do kotła lub bojlera albo usuwana jest do otoczenia.
Z uwagi na wielość zastosowań i wymagań istnieją różne typy odwadniaczy. Ich konstrukcje mogą być określane w kategoriach właściwości: mechanicznych – gęstość, termostatycznych – temperatura lub energii kinetycznej. Odwadniacze również różnią się pod względem ogólnego trybu pracy – przepływ ciągły i przepływ przerywany.
Rys. 2. Wykres prostej procedury badania odwadniacza pary z użyciem przyrządu
ultradźwiękowego, który umożliwia przeprowadzenie dokładnych testów.
Przy sprawdzaniu odwadniaczy, by lepiej zinterpretować generowane dźwięki, należy wiedzieć, w jaki sposób dany odwadniacz pracuje i jakiego rodzaju dźwięki generuje podczas pracy właściwej, a jakie w razie wystąpienia usterki. Niektórzy producenci przyrządów ultradźwiękowych dostarczają klientom kasety z nagranymi dźwiękami generowanymi przez odwadniacze w różnych fazach pracy i w stanie usterki.
W odwadniaczu pływakowotermostatycznym i odwadniaczu ze stałym otworem kondensat odprowadzany jest w sposób ciągły. Osoba kontrolująca słyszy w słuchawkach ciągły, modulowany dźwięk przepływającego medium. Powstały stan przedmuchu (pary) powoduje zmianę tego modulowanego dźwięku w dźwięk intensywny, ciągły i dynamiczny, a przy odwadniaczu zablokowanym dźwięk zanika.
Odwadniacze termostatyczne, termodynamiczne i dzwonowe cyklicznie otwierają się i zamykają. Działają wg schematu: trzymaj – usuń – trzymaj. Odwadniacz pracujący właściwie generuje dźwięki odpowiadające temu schematowi. Natomiast przy stanie przedmuchu, czyli wtedy, kiedy w pracy odwadniacza wystąpiła usterka, w słuchawkach przyrządu ultradźwiękowego daje się słyszeć ciągły, dynamiczny dźwięk.
Odwadniacz pływakowy termostatyczny składa się z pływaka kulowego i mieszkowego elementu termostatycznego. Nie jest zalecany w instalacjach, gdzie mogą występować uderzenia wodne. Zazwyczaj ulega awarii w stanie zamkniętym, ale jeżeli pływak zostaje uszkodzony i zanurza się (topi) lub usterka wystąpi w elemencie termostatycznym, również w stanie otwartym.
Odwadniacz z otworem stałym jest odwadniaczem samoregulującym się, a kondensat odprowadzany jest z niego w sposób ciągły. Przy dużych obciążeniach wypuszcza parę, przy dużych zmianach obciążenia może wykazywać również tendencję do zalewania. Na skutek zapychania otworu cząsteczkami stałymi może się blokować i wówczas nie generuje dźwięku.
Głównym elementem odwadniacza termostatycznego jest metalowy, falisty mieszek, napełniony mieszanką benzynowo-alkoholową, której punkt wrzenia jest niższy od punktu wrzenia wody. Mieszek ten kurczy się po zetknięciu z kondensatem, a rozszerza w zetknięciu z parą. Czasami zachowuje się jak odwadniacz o przepływie ciągłym, może pracować w sposób przerywany, otwierając się i zamykając dla przepływu kondensatu i pary lub też cały czas pozostawać w stanie zamkniętymi i wtedy jego prawidłowe działanie zostaje przerwane.
Odwadniacz dzwonowy zawiera dzwon, który podnosi się i opada w miarę jak para i kondensat dostają się do korpusu. Najlepiej nadaje się do instalacji, w których występują uderzenia wodne, ale w rejonach o niskich temperaturach, jeśli nie jest odpowiednio zabezpieczony izolacją termiczną, może zamarzać. Jego prawidłowe działanie zostaje przerwane, kiedy znajduje się w stanie otwartym.
Odwadniacz termodynamiczny ma dysk, który podnosi się i opada w zależności od różnicy ciśnienia pary i kondensatu. Para powoduje utrzymywanie dysku w położeniu dolnym, a całego odwadniacza w stanie zamkniętym. W miarę gromadzenia się kondensatu następuje obniżenie ciśnienia w górnej komorze, dysk jest unoszony i kondensat zostaje odprowadzony. Jest to dobry odwadniacz ogólnego zastosowania dla instalacji, w których ciśnienie pary jest stałe. Jego prawidłowe działanie zostaje przerwane, kiedy znajduje się w stanie otwartym. Kiedy dysk wykazuje już pewien stopień zużycia, szybko zmienia się charakterystyka jego pracy, umożliwiając ubytki pary. Mogą tu występować sytuacje podobne do zjawiska osiadania poduszkowca na powierzchni wody, które wskazują na straty pary.
|
Zasady rozchodzenia się ultradźwięków w powietrzu
Poprawnie działająca instalacja odwadniacza, a także większość usterek związanych z nieszczelnościami po wodują wygenerowanie różnego rodzaju dźwięków. Wysokoczęstotliwościowe składowe tych dźwięków, już w paśmie ultradźwięków, to ciągi niezmiernie krótkich fal, które w propagacji wykazują dość wyraźną kierunkowość. Sygnały te dają się łatwo wyizolować na tle różnych innych dźwięków i ogólnego hałasu w strefie instalacji, i dzięki temu można dokładnie zlokalizować ich źródło. Kontrola z użyciem narzędzia ultradźwiękowego pozwala na wczesne wykrycie sygnałów ostrzegawczych, zaraz po pojawieniu się w instalacji i jej urządzeniach mechanicznych niewielkich zmian, zanim nastąpi usterka w pracy jakiegoś urządzenia.
Przyrządy ultradźwiękowe do rejestracji fal rozchodzących się w powietrzu, często nazywane przetwornikami ultradźwiękowymi, dostarczają informacji dwojakiego rodzaju: jakościowej – polegającej na zdolności detekcji ultradźwięków w słuchawkach odizolowanych od szumów tła akustycznego, i ilościowej – przez inkrementalny odczyt na mierniku głośności w decybelach.
Mimo że podczas pomiaru podstawową sprawą jest możliwość mierzenia głośności i określanie rodzaju dźwięku, równie ważne jest, aby można było „usłyszeć” ultradźwięki generowane przez różne elementy instalacji. Pozwalają one na potwierdzenie diagnozy na miejscu, dzięki możliwości wyraźnego rozróżnienia dźwięków generowanych przez urządzenia. Większość przetworników ultradźwiękowych posiada zdolność takiego rozróżniania dzięki elektronicznemu procesowi zwanemu heterodynowaniem, podczas którego następuje dokładna konwersja ultradźwięków rejestrowanych przez przyrząd na dźwięki o zakresie słyszalnym, odbierane w słuchawkach i rozpoznawane przez osobę obsługującą przyrząd.
Dzięki wysokiej częstotliwości fal ultradźwiękowych można dokładnie wskazać lokalizację nieszczelności lub źródła dźwięku w danym urządzeniu. Większość dźwięków rejestrowanych przez ucho ludzkie mieści się w zakresie od 20 Hz do 20 kHz. Średni próg percepcji dla człowieka wynosi 16,5 kHz. Częstotliwości te wydają się być rażąco odmienne, jeśli porównać je z falami akustycznymi rejestrowanymi przez przetworniki ultradźwiękowe.
Długość fal akustycznych niskiej częstotliwości w zakresie słyszalnym wynosi od ok. 2 cm do 14 m, natomiast fal ultradźwiękowych od ok. 0,3 do 1,6 cm. Ponieważ długość fal ultradźwiękowych jest mniejsza, środowisko ultradźwięków o wiele bardziej sprzyja zlokalizowaniu i wyizolowaniu źródła problemu w „głośnym” środowisku instalacji urządzeń przemysłowych.
Przetworniki ultradźwiękowe wspomagają i poprawiają inne technologie PDM (Predictive Maintenance – serwis prognostyczny), takie jak badania w podczerwieni i pomiary wibracji, tworząc razem kompleksowy system inspekcji. |
Metody kontroli
W pracy odwadniaczy mogą występować usterki, od całkowitego przepuszczania pary, przez ubytki, aż do zablokowania odwadniacza. Odwadniacze pracujące sprawnie są zimne. Odwadniacze nieszczelne, przepuszczające parę, są gorące. Zaleca się dokonywanie pomiarów temperatury odwadniaczy w sposób bezkontaktowy, przy użyciu termometrów na podczerwień.
Kontrola stanu odwadniacza za pomocą przetwornika ultradźwiękowego jest prosta (rys. 2). Należy przyłożyć sondę przyrządu do odwadniacza po stronie wyjścia i wyregulować jej czułość. Pozwoli to na lepszą percepcję dźwięku generowanego przez odwadniacz. Następnie należy nasłuchiwać, jak pracuje odwadniacz, i obserwować licznik. Osoby codziennie wykonujące tego rodzaju prace przy użyciu detektorów ultradźwiękowych mogą uzyskać dokładność lokalizacji źródła szumów wynoszącą nawet 98 proc.
Wczesne wykrycie wycieków i nieszczelności w odwadniaczach pary poprawia wydajność pracy instalacji i urządzeń oraz zmniejsza straty energii.
Autor: Alan S. Bandes, wiceprezes, UE Systems, Inc., Elmsford, NY
