Odwadniacze: Definicja, typy, dobór, cechy, kody i normy – Co to jest Piping

Odwadniacz pary to automatyczny zawór umożliwiający odprowadzanie kondensatu, powietrza i innych gazów niekondensowalnych (CO2) z systemu parowego przy jednoczesnym utrzymaniu lub uwięzieniu pary w systemie. Tak więc odwadniacze oddzielają kondensat od mieszaniny. Odwadniacz jest niezbędnym elementem każdego systemu parowego w elektrowniach lub zakładach przetwórczych. Zatrzymuje on parę w obrębie procesu, co pomaga w maksymalnym wykorzystaniu ciepła. Spróbujmy najpierw zrozumieć, jak powstaje taka mieszanina:

• Kondensat: Kondensat tworzy się zawsze, gdy para uwalnia swoją energię cieplną z jakiegokolwiek powodu.
• Powietrze: Powietrze występuje we wszystkich rurach parowych przed uruchomieniem systemu, gdy jest on zimny. Powietrze może dostać się do systemu przez systemy uzupełniania wody kotłowej i przerywacze próżni.
• Gazy niekondensujące: Gazy inne niż powietrze, takie jak dwutlenek węgla, występują wewnątrz systemów parowych.

Główną funkcją odwadniaczy jest więc usuwanie ciekłego kondensatu z mieszaniny w celu uniknięcia tworzenia się przepływu dwufazowego. Przemysłowe odwadniacze mogą pracować w szerokim zakresie temperatur i ciśnień, zgodnie z wymaganiami systemu.

Typy odwadniaczy

Jak sklasyfikowano w normie międzynarodowej ISO 6704, istnieją trzy główne typy odwadniaczy wymienione poniżej:

• Termodynamiczne odwadniacze parowe
• Mechaniczne odwadniacze parowe i
• Termostatyczne odwadniacze parowe

Fig. 1 wyraźnie wyjaśnia rodzaje odwadniaczy.

Thermodynamiczne odwadniacze tarczowe

Thermodynamiczne odwadniacze wyczuwają różnicę prędkości wpływających płynów. Kiedy kondensat wchodzi do korpusu odwadniacza, porusza się powoli w stosunku do pary i jest swobodnie odprowadzany. Kiedy para wodna lub żywa para porusza się po spodniej stronie dysku, jej prędkość jest znacznie większa niż wody, a duża prędkość powoduje spadek ciśnienia, który powoduje zamknięcie głowicy zaworu. Zawór pozostaje zamknięty do momentu, gdy ciśnienie pary w komorze kontrolnej powyżej głowicy zaworu spadnie, umożliwiając tym samym otwarcie zaworu.

Typy: Dysk termodynamiczny i Tłok termodynamiczny.

Ponieważ powietrze porusza się znacznie szybciej niż kondensat; odwadniacze z dyskiem termodynamicznym mają tendencję do zamykania się w obecności powietrza i generalnie nie nadają się do odpowietrzania dużych ilości powietrza.

Dysk termodynamiczny & Odwadniacze termostatyczne: Do obsługi powietrza można zastosować kombinację odwadniaczy z dyskiem termodynamicznym i termostatycznego odpowietrznika.

Operacja odwadniaczy z dyskiem

• Odwadniacze z dyskiem działają w funkcji prędkości. W normalnych warunkach pracy, kondensat i powietrze dostają się do syfonu i przechodzą przez kryzę wlotową, komorę kontrolną, komorę izolacyjną (w celu odizolowania syfonu od wpływu środowiska).
• Oceniony do pracy w zakresie od 10 do 600 psig.
• Mały i lekki, dlatego łatwy do zainstalowania.
• Wymagana częsta kontrola, nieefektywna energetycznie z powodu krótkiego okresu użytkowania.
• Nieodpowiednie, gdy ciśnienie wsteczne jest wysokie.

Thermostatyczne odwadniacze

Thermostatyczne odwadniacze wyczuwają różnicę temperatur wpływających płynów. Zamknięcie następuje, gdy płyn, zazwyczaj gorący kondensat, ma temperaturę wyższą lub równą pewnej wartości progowej. Gorąca temperatura powoduje ruch elementu termostatycznego w taki sposób, że zamyka on zawór. Ta wartość progowa temperatury jest niższa niż dla pary nasyconej.

• Ponieważ powietrze ma temperaturę znacznie niższą niż para, odwadniacze termostatyczne są generalnie bardzo dobre w odpowietrzaniu dużych ilości powietrza. Odwadniacze termostatyczne są przystosowane do pracy w zakresie od 0 do 300 psig.
• Wykonywane z obudów SS, CS i żeliwnych.
• Nie są skuteczne, gdy obecne są zanieczyszczenia i kamień

Podstawowe typy: Ekspansja, Zrównoważone ciśnienie i Bi-Metal.

Odwadniacze typu ekspansja:

• Elementy odwadniaczy rozprężnych mają wewnętrzne wypełnienie, które rozszerza się i kurczy wraz ze zmianą temperatury, aby uruchomić zawór, ale wypełnienie nie odparowuje.
• Elementy woskowe są w stanie stwardniałym, gdy są chłodne, i rozszerzają się, gdy są podgrzewane.
• Elementy na bazie ropy naftowej są w stanie ciekłym, gdy są chłodne, i rozszerzają się, gdy są podgrzewane

Odwadniacze typu zrównoważonego ciśnienia:

Ciśnieniowe elementy odwadniaczy mają wypełnienie będące mieszaniną wody i spirytusu mineralnego, która generalnie odparowuje lub skrapla się w temperaturze zbliżonej do temperatury pary, aby uruchomić zawór.

Odwadniacz typu Bi-Metal:

Elementy odwadniaczy bimetalicznych składają się z dwóch niepodobnych do siebie taśm metalowych połączonych ze sobą w taki sposób, że zmiana temperatury powoduje ugięcie w jednym lub przeciwnym kierunku w celu uruchomienia zaworu.

Odwadniacze mieszkowe zrównoważone ciśnieniowo (Rys. 3) są odpowiednie dla dużych wydajności, natomiast odwadniacze płytkowe/membranowe zrównoważone ciśnieniowo są odpowiednie dla małych wydajności. Z drugiej strony, odwadniacze bimetaliczne mogą być stosowane zarówno dla wysokich jak i niskich wydajności.

Odwadniacz mechaniczny

Odwadniacze mechaniczne są zaprojektowane tak, aby otwierać się dla cieczy o większej gęstości i zamykać dla cieczy o mniejszej gęstości. Istnieją dwie podstawowe kategorie odwadniaczy mechanicznych, które działają na zasadzie gęstości:

• Typ pływakowy i
• Typ kubełkowy

W ramach tych kategorii istnieją po dwa typy odwadniaczy gęstościowych: Pływak dźwigniowy, Pływak swobodny, Odwrócone wiadro i Otwarte wiadro.

Powietrze ma mniejszą gęstość niż woda. Dlatego też odwadniacze gęstościowe mają tendencję do zamykania się w obecności powietrza i generalnie nie nadają się do odpowietrzania dużych ilości powietrza. Z tego powodu odwadniacze gęstościowe mogą zawierać oddzielny termostatyczny mechanizm odpowietrzający do obsługi znacznych ilości powietrza.

• Pływak & Termostatyczny,
• Wiadro & Termostatyczny.

Pływakowe i termostatyczne odwadniacze

• Pływakowe & Odwadniacze termostatyczne łączą w sobie działanie dwóch zasad: termostatycznej i gęstościowej. Każdy odwadniacz posiada własną kryzę spustową. Zawór z kulowym siłownikiem pływakowym odprowadza kondensat, gdy ciecz osiągnie w odwadniaczu ustalony poziom. Gdy przepływ kondensatu maleje, pływak opada, częściowo zamykając zawór, aby dostosować się do natężenia przepływu.
• Na górze syfonu znajduje się element termostatyczny, który otwiera się, aby odprowadzić całe powietrze i gazy niekondensujące się, gdy tylko spowodują one niewielki spadek temperatury w syfonie.
• Pracować w zakresie ciśnienia od 0 do 250 psig,
• Zawór kondensatu znajduje się na dole i podlega zatykaniu, gdy obecne są zanieczyszczenia i kamień.
• Jeśli cząsteczki zanieczyszczeń uniemożliwiają zamknięcie zaworu, energia pary będzie marnowana do czasu wykrycia i skorygowania tego stanu.

Odwrócone odwadniacze kubełkowe

Odwrócone odwadniacze kubełkowe (Rys. 4) wykorzystują odwrócone kubełki, które są normalnie zanurzone i unoszą się tylko wtedy, gdy obecna jest para. Kubełek zanurza się, gdy objętość kondensatu przekroczy wcześniej ustalony poziom cieczy. Gdy wiadro zanurza się, otwiera się zawór na górze.

Wskazówki doboru odwadniaczy

Dobór odwadniaczy powinien być zgodny z poniższym:

• Odwadniacze w usługach niskociśnieniowych powinny być odwadniaczami odwróconymi kubełkowymi, mechanicznymi lub bimetalicznymi termostatycznymi.
• Odwadniacze pary w usługach niskociśnieniowych powinny być odwadniaczami mechanicznymi typu odwróconego wiadra; alternatywnie można stosować odwadniacze termodynamiczne typu tarczowego.
• Odwadniacze w wysokociśnieniowych usługach odprowadzania pary powinny być odwadniaczami mechanicznymi typu odwróconego kubełka.
• Odwadniacze przeznaczone do usług odprowadzania pary z wlotu turbiny parowej powinny być odwadniaczami termodynamicznymi typu tłokowego.

Powszechnie przyjętą praktyką jest stosowanie odwadniaczy pływakowych & termostatycznych (F&T) dla niskociśnieniowych systemów parowych do 30 PSIG, oraz odwadniaczy termodynamicznych dla ciśnień pary powyżej 30 PSIG.

Międzynarodowe kody i normy dotyczące odwadniaczy

Międzynarodowe kody i normy regulujące projektowanie odwadniaczy są wymienione poniżej:

• ISO 6552: 1980/ (BS 6023: 1981): Glosariusz terminów technicznych dla automatycznych odwadniaczy.
• ISO 6553: 1980/CEN 26553: 1991 (Zastępuje BS 6024: 1981) Znakowanie automatycznych odwadniaczy.
• ISO 6554: 1980/CEN 26554: 1991 (Zastępuje BS 6026: 1981) Wymiary powierzchni czołowej odwadniaczy automatycznych z kołnierzem.
• ISO 6704: 1982/CEN 26704: 1991 (Zastępuje BS 6022: 1983) Klasyfikacja odwadniaczy automatycznych
• ISO 6948:1981/ CEN 26948: 1991 (Zastępuje BS 6025: 1982) Badania charakterystyk produkcyjnych i eksploatacyjnych automatycznych odwadniaczy.
• ISO 7841: 1988/CEN 27841: 1991 (Zastępuje BS 6027: 1990) Metody określania strat pary w automatycznych odwadniaczach.
• ISO 7842: 1988/CEN 27842: 1991 (Zastępuje BS 6028: 1990) Metody określania wydajności odwadniaczy automatycznych.

Przyczyny awarii odwadniaczy

Częstymi przyczynami awarii odwadniaczy są:

• Korozja spowodowana stanem kondensatu. Można temu przeciwdziałać stosując określone materiały konstrukcyjne, dobre uzdatnianie wody zasilającej.
• Młot wodny, często spowodowany podnoszeniem się wody za odwadniaczem.
• Zanieczyszczenia, gromadzące się w systemie, w którym związki uzdatniające wodę są przenoszone z kotła lub w którym pozwala się, aby gruz z rur zakłócał działanie odwadniacza.

Awaria odwadniacza ma poważne konsekwencje dla działania systemu parowego. Jeśli odwadniacz ulegnie awarii w stanie otwartym, będzie on całkowicie przeciekał parę i kondensat powodując zwiększone zużycie pary, co z kolei zwiększy obciążenie kotła. Natomiast w przypadku uszkodzenia odwadniacza w stanie zamkniętym, ani para ani kondensat nie będą przez niego przepływać. Tak więc funkcja odwadniacza zostanie zatrzymana, co może prowadzić do następujących problemów:

• Surge lub Water hammer
• Waterlogging of the process
• Występowanie wody (kondensatu) w systemie parowym stanowi zagrożenie bezpieczeństwa.

Więc istotne jest regularne monitorowanie wydajności odwadniacza i naprawianie uszkodzonych odwadniaczy.

Ocena wydajności odwadniaczy

Wydajność odwadniaczy jest oceniana przy użyciu jednej z trzech metod wymienionych poniżej:

• Metoda wizualna – kontrola wizualna jest przeprowadzana przy użyciu wzierników.
• Metoda dźwiękowa – polega na rozróżnianiu częstotliwości dźwięków przy użyciu sprzętu słuchowego.
• Metoda temperaturowa – działa na zasadzie różnicy temperatur. Jednak jest to metoda najmniej niezawodna i dlatego zwykle nie jest stosowana.

Zazwyczaj przeprowadza się konserwację zapobiegawczą odwadniaczy, a harmonogram konserwacji zależy od wartości ciśnienia znamionowego odwadniacza. Zasadą jest, że odwadniacze wysokociśnieniowe o ciśnieniu znamionowym większym niż 250 psig powinny być testowane codziennie. Z drugiej strony, odwadniacze niskociśnieniowe o ciśnieniu znamionowym poniżej 30 psig mogą być sprawdzane raz w roku. Pośrednie powinny być sprawdzane co miesiąc. Ogólna zasada mówi, że odwadniacze powinny być wymieniane co trzy do czterech lat.

Wymagania dotyczące cech odwadniaczy

Doskonałe odwadniacze powinny posiadać następujące cechy, aby zapewnić ich najlepszą wydajność:

• Odwadniacz powinien umożliwiać przepływ kondensatu i zatrzymywać parę.
• Odwadniacze muszą być energooszczędne i mieć znikome zużycie pary. Odwadniacz musi zapewnić, że przestrzeń parowa musi być wypełniona czystą, suchą parą. Rodzaj odwadniacza ma na to wpływ.
• Odwadniacze powinny posiadać dobrą zdolność do odpowietrzania. Jeśli powietrze zmiesza się z parą, spowoduje to obniżenie temperatury pary.
• Wskazane jest, aby odwadniacze nie powodowały migotania pary.
• Odwadniacze muszą charakteryzować się wysoką niezawodnością. Czasami różne czynniki zewnętrzne mogą powodować zawodność odwadniaczy jak
  • Korozja
  • Młot wodny i
  • Kumulacja brudu lub zanieczyszczeń.

Instalacja odwadniacza

Kliknij tutaj, aby poznać najlepsze praktyki instalacji odwadniacza.