Проектирование паровых теплообменников и систем трассировки: Экспертные рекомендации для инженеров

Паровые теплообменники и системы трассировки: Лучшие практики для инженеров-проектировщиков

Алекс Чу, эксперт по промышленным паровым системам, Swagelok Field Engineering

Проектирование правильного парового теплообменника или паровой системы трассировки сначала требует полного понимания операционных характеристик, где система будет функционировать. Неадекватная производительность наиболее часто атрибутируется неудаче инженера-проектировщика учесть все характеристики паровой системы. Тщательный обзор должен быть проведен операционных параметров и документации паровой системы. Непонимание контекста применения обычно приводит к неподходящему контролю или выбору системных компонентов.

Частые проблемы проектирования и выбора продуктов

Базовые фундаментальы должны учитываться при проектировании промышленной паровой системы для избежания преждевременного отказа или недостаточной производительности. Эксперты Swagelok рассмотрели многочисленные промышленные применения теплопередачи в различных локациях и отраслях и обнаружили, что самые частые проблемы вызываются либо неправильным выбором компонентов, либо неправильными практиками установки. Примерные проблемы включают:

• Неприемлемое качество конечного продукта
• Преждевременный отказ компонентов
• Плохой контроль температуры
• Неадекватная теплопередача
• Водяной молот
• Загрязнение теплопередаточного оборудования
• Нарушения кодов и стандартов

Лучшие практики для проектирования паровой системы

Следование некоторым простым рекомендациям и проверенным полевым техникам может помочь вам избежать частых проблем, связанных с проектированием промышленной паровой системы. Следующие лучшие практики, перечисленные по всей этой статье, должны быть рассмотрены и внедрены в программу проектирования, обслуживания и спецификации паровой системы вашего объекта до выбора ваших следующих компонентов парового теплообменника и трассировки.

1. Устраните накопление конденсата в паровом снабжении и уноса

Паровой регулирующий клапан спроектирован для модуляции парового потока между 0 и 100%. При сценариях низкого или нулевого потока конденсат может накапливаться перед входом регулирующего клапана. Накопление конденсата перед клапаном может вызвать водяной молот. Кроме того, любой конденсат, проходящий через паровой регулирующий клапан, может вызвать преждевременный отказ регулирующего клапана.

Вы можете устранить накопление конденсата несколькими способами. Установка дренажной ножки перед клапаном, улучшение изоляции, правильная укладка паровой линии или установка парового сепаратора перед клапаном — лишь некоторые из методов. Эти методы либо предотвращают конденсацию в первую очередь, либо позволяют конденсату быть отведенным от регулирующего клапана для эвакуации с помощью парового ловушки.

2. Следуйте рекомендациям по коэффициенту регулирования для регулирующих клапанов

Теплопередаточные компоненты требуют правильно подобранных регулирующих клапанов для эффективного процесса контроля температуры и срока службы седла. Первичный фактор в выборе регулирующих клапанов — это способность к регулированию, регулируемость или рабочий диапазон клапана.

Все клапаны будут иметь определенное количество неконтролируемого потока, особенно на экстремальных диапазонах хода клапана из-за допусков уплотнения и линейности потока.

Следующие — некоторые рекомендации по коэффициенту регулирования для регулирующих клапанов:

• Клапан с клетчатым регулированием = коэффициент регулирования 40:1 обеспечивает высшую степень управляемости.
• Глобусный регулирующий клапан = коэффициент регулирования 30:1.
• Регулирующий клапан = коэффициент регулирования 20:1.

Неправильно подобранные регулирующие клапаны могут привести к плохому процессу контроля температуры, преждевременному износу седел клапана и чрезмерному шуму.

3. Устанавливайте манометры до и после регулирующего клапана

Манометры предоставляют информацию, необходимую для понимания условий внутри системы. Хорошая практика — устанавливать манометр до и после регулирующего клапана и на конденсатной возвратной ноге после паровой ловушки. Это предоставляет точные данные для помощи в понимании давленческих характеристик пара, проходящего через паровой теплообменник. Кроме того, все манометры должны устанавливаться с катушкой сифона (пигтейл) для предотвращения повреждения высокой температурой и двойными блокирующими изоляционными клапанами для допуска обслуживания.

4. Устанавливайте вакуумные предохранители

Любая паровая система, которая может быть изолирована от парового снабжения и не открыта к атмосфере, должна устанавливать вакуумные предохранители. Это включает оборудование такое как паровые линии, котлы, пластинчатые или трубчатые теплообменники. Когда пар охлаждается внутри оборудования, он будет конденсироваться. Поскольку конденсат может занимать только до 1/1700 части общего объема своей массы по сравнению с газовой фазой, будет сформирован вакуум.

Вакуумные предохранители защищают паровые системы от имплозии при выключении системы, предотвращая возникновение вакуума. Обычно рекомендуется, чтобы все паровое оборудование имело воздухоотводчик и вакуумный предохранитель, установленные в точках, обозначенных производителем оборудования.

5. Устанавливайте автоматические воздухоотводчики

Во время выключений и обслуживания воздух проникает в паровые системы. Воздух должен быть удален перед тем, как система может быть возвращена в эксплуатацию. Существование воздуха в системе парового теплообменника имеет несколько вредных эффектов на теплопередачу и часто является причиной медленных запусков. Воздух в системе может формировать тонкие пограничные слои на поверхностях теплопередачи — создавая изолирующий эффект и препятствуя теплопередаче. Пленка воздуха толщиной всего 1/1000 дюйма имеет тот же эффект, что 13 дюймов меди или 3 дюйма чугуна.

Паровые ловушки не должны полагаться на удаление воздуха, так как они расположены в самой низкой точке системы, а горячий воздух имеет тенденцию вместо этого застревать в самой высокой точке. Автоматические воздухоотводчики — один из самых эффективных способов удаления воздуха внутри паровой системы. Воздухоотводчик, установленный на конце паровой магистрали или в самой высокой точке оборудования в сочетании с вакуумным предохрителем, откроется, когда воздух присутствует.

6. Избегайте противодавления внутри теплопередаточного оборудования

При проектировании теплопередаточного оборудования для вашей паровой системы, конденсатный дренаж осуществляется либо гравитацией, либо давлением. Если возможно, теплопередаточное оборудование должно устанавливаться для продвижения гравитационного дренажа без вертикального подъема до или после паровых ловушек. Это критично в любом применении, имеющем модулирующий паровой регулирующий клапан. Некоторые применения не позволяют гравитационный дренаж, и в этих случаях заботу нужно принять, чтобы гарантировать, что нет недопустимого противодавления на конденсатные устройства вроде паровых ловушек или регулирующих клапанов. Преждевременные отказы и проблемы производительности могут произойти из-за неожиданного противодавления на дренажные устройства, что вызывает накопление конденсата в оборудовании. Это приведет к водяному молоту, неадекватному контролю температуры, сниженной эффективности и проблемам коррозии.

7. Предотвратите перегретый пар

Типичные паровые отопительные применения требуют 100% качественного насыщенного парового снабжения. Этот уровень качества относится к пару, не содержащему капель конденсата внутри пара. Перегретой пар, или пар при температуре выше его точки насыщения, должен быть предотвращен от входа в процесс теплопередачи. Перегретой пар содержит меньше энергии на единицу объема чем насыщенный пар и может вызывать проблемы производительности, если не предвиден в оригинальном дизайне паровой системы. Поставка перегретого пара может быть обусловлена установкой десуперхитера.

8. Шаровые клапаны с блокировкой

Шаровые клапаны могут предоставлять безопасное, надежное и экономичное решение для герметичной изоляции в паровой системе. Шаровые клапаны позволяют быструю идентификацию состояния изоляции через ориентацию ручки. Шаровые клапаны два дюйма или меньше могут быть приобретены с блокирующими ручками, обеспечивающими лучшую практику безопасности для блокировки или маркировки. Обязательно проверьте со своим отделом безопасности и инспекции для обеспечения соблюдения любых объектных или локальных регуляций касательно процедур блокировки или маркировки внутри вашей паровой системы.

9. Правильный выбор и размер паровых ловушек

Существует много разных механических дизайнов для паровых ловушек. Разные дизайны подходят для разных применений и некоторые более надежны, чем другие. Для применений парового теплообменника, механический тип паровой ловушки будет лучше подходить для модулирующего потока. Для паровой трассировки, множество типов паровых ловушек может быть выбрано в зависимости от потребностей применения.

Другие соображения для выбора паровой ловушки — это размер на основе максимального и минимального потока, требования для прайминга, удаления воздуха, функционального тестирования и вариантов монтажа. Swagelok рекомендует использовать универсальные крепления для меньших паровых ловушек для обеспечения легкого обслуживания и замены.

Способность тестировать паровые ловушки без специального оборудования полезна, особенно на замкнутой системе возврата. Это может быть достигнуто установкой обходного пути вниз по течению, так что визуальная проверка конденсатного разряда может быть легко и быстро выполнена.

10. Установите грязевик для предотвращения чужеродного загрязнения

Загрязнение может стать распространенным в паровой линии из-за коррозии и ее побочных продуктов. Загрязнители могут застрять внутри обтекателей регулирующего клапана, седел изоляционных клапанов и седел паровых ловушек — вызывая преждевременный отказ или загрязнение этих компонентов. Грязевик будет действовать как фильтр, предотвращая попадание любых чужеродных материалов в паровую систему.

При установке грязевика, всегда устанавливайте сбросный клапан с блокирующей возможностью, и направляйте сброс с клапана в безопасное место. Убедитесь, что грязевик установлен с фильтрующей секцией в горизонтальном положении для предотвращения накопления конденсата внутри корпуса грязевика.

Хотите узнать больше о том, как вы можете улучшить паровые системы вашего объекта? Зарегистрируйтесь на Курс обучения паровым сервисам Swagelok, чтобы получить понимание управления паровыми системами, адаптированное к вашей отрасли и специфическим нуждам. Свяжитесь с вашим авторизованным центром продаж и сервиса Swagelok для запроса частного обучения на вашем объекте.