Паровые теплообменники и системы обогрева:рекомендации для инженеров-проектировщиков

Паровые теплообменники и системы обогрева:рекомендации для инженеров-проектировщиков

Алекс Чу, Industrial Steam System SME, Swagelok Field Engineering

Проектирование надлежащего парового теплообменника или системы обогрева пара требует, прежде всего, полного понимания рабочих характеристик, в которых система будет функционировать. Недостаточная производительность чаще всего связана с неспособностью инженера-проектировщика учесть все характеристики паровой системы. Следует провести тщательный анализ рабочих параметров и документации паровой системы. Неспособность понять контекст приложения обычно приводит к неправильному управлению или выбору компонентов системы.

Распространенные проблемы дизайна и выбора продукта

При проектировании промышленной паровой системы необходимо учитывать основные принципы, чтобы избежать преждевременного отказа или недостаточной производительности. Эксперты Swagelok изучили многочисленные промышленные системы теплопередачи в различных местах и ​​отраслях и пришли к выводу, что наиболее распространенные проблемы возникают либо из-за неправильного выбора компонентов, либо из-за неправильной установки. Примеры проблем включают:

• Неприемлемое качество конечного продукта.
• Преждевременный отказ компонентов
• Плохой контроль температуры.
• Недостаточная теплопередача
• Гидравлический удар
• Загрязнение теплообменного оборудования
• Нарушения Кодекса и Стандартов

Рекомендации по проектированию системы Steam

Следование некоторым простым рекомендациям и проверенным полевым методам поможет вам избежать распространенных проблем, связанных с проектированием промышленной паровой системы. Следующие передовые методы, перечисленные в этой статье, должны быть рассмотрены и реализованы в программе проектирования, технического обслуживания и спецификации паровой системы вашего предприятия до выбора вашего следующего парового теплообменника и компонентов обогрева.

1. Устранение накопления и уноса конденсата подачи пара

Паровой регулирующий клапан предназначен для регулирования расхода пара в диапазоне от 0 до 100 %. В сценариях с низким расходом или его отсутствием конденсат может накапливаться перед входом регулирующего клапана. Скопление конденсата перед клапаном может вызвать гидравлический удар. Кроме того, любой конденсат, проходящий через клапан управления паром, может привести к преждевременному выходу из строя клапана управления.

Устранить накопление конденсата можно несколькими способами. Установка капельницы перед клапаном, улучшение изоляции, правильная градация паропровода или установка сепаратора пара перед клапаном — вот лишь некоторые из методов. Эти методы либо предотвращают образование конденсата в первую очередь, либо позволяют отводить конденсат от регулирующего клапана для удаления с помощью конденсатоотводчика.

2. Соблюдайте рекомендации по диапазону регулирования для регулирующих клапанов

Для компонентов теплопередачи требуются регулирующие клапаны надлежащего размера для эффективного контроля температуры процесса и увеличения срока службы седла. Основным фактором при выборе регулирующих клапанов является динамический диапазон, диапазон или рабочий диапазон клапана.

Все клапаны будут иметь определенный объем неконтролируемого потока, особенно в предельных диапазонах хода клапана из-за допусков уплотнения и линейности потока.

Ниже приведены некоторые рекомендации по диапазону регулирования для регулирующих клапанов:

• Контроль клетки =диапазон регулирования 40:1 обеспечивает высочайшую степень управляемости.
• Проходной регулирующий клапан =диапазон регулирования 30:1.
• Регулирующий клапан =диапазон регулирования 20:1.

Регулирующие клапаны неправильного размера могут привести к плохому регулированию температуры процесса, преждевременному износу седел клапанов и чрезмерному шуму.

3. Установите манометры до и после регулирующего клапана

Манометры предоставляют информацию, необходимую для понимания условий внутри системы. Хорошей практикой является установка манометра до и после регулирующего клапана, а также на патрубке возврата конденсата после конденсатоотводчика. Это дает точные данные, помогающие понять характеристики давления пара, проходящего через паровой теплообменник. Кроме того, все манометры должны быть оснащены спиральным сифоном (гибким хвостовиком) для предотвращения повреждения при высокой температуре и двойными запорными клапанами для проведения технического обслуживания.

4. Установите вакуумные выключатели

В любой паровой системе, которая может быть изолирована от подачи пара и не открыта для атмосферы, должны быть установлены вакуумные прерыватели. Сюда входит такое оборудование, как паропроводы, котлы, пластинчатые или кожухотрубные теплообменники. Когда пар остывает внутри оборудования, он конденсируется. Поскольку конденсат может занимать только до 1/1700 от общего объема его массы по сравнению с газовой фазой, будет образовываться вакуум.

Вакуумные прерыватели защищают паровые системы от взрыва, когда система отключена, предотвращая возникновение вакуума. Обычно рекомендуется, чтобы все паровое оборудование имело воздухоотводчик и вакуумный прерыватель, установленные в точках, указанных изготовителем оборудования.

5. Установите автоматические воздухоотводчики

Во время остановов и технического обслуживания воздух попадает в паровые системы. Перед возобновлением работы системы необходимо удалить воздух. Присутствие воздуха в системе парового теплообменника оказывает несколько неблагоприятных эффектов на теплопередачу и часто является причиной медленного запуска. Воздух в системе может образовывать тонкие пограничные слои на поверхностях теплопередачи, создавая изолирующий эффект и препятствуя передаче тепла. Воздушная пленка толщиной всего 1/1000 дюйма имеет тот же эффект, что и 13 дюймов меди или 3 дюйма чугуна.

Не следует полагаться на конденсатоотводчики для выпуска воздуха, поскольку они расположены в самой нижней точке системы, а вместо этого горячий воздух имеет тенденцию задерживаться в самой высокой точке. Автоматические воздухоотводчики являются одним из наиболее эффективных способов удаления воздуха из паровой системы. Вентиляционное отверстие, установленное на конце паропровода или в самой высокой точке оборудования в сочетании с вакуумным прерывателем, открывается при наличии воздуха.

6. Избегайте обратного давления в теплообменном оборудовании

При проектировании теплообменного оборудования для вашей паровой системы отвод конденсата осуществляется либо за счет силы тяжести, либо за счет перепада давления. Если возможно, следует установить оборудование для теплопередачи для обеспечения гравитационного дренажа без вертикального подъема до или после конденсатоотводчиков. Это имеет решающее значение для любого применения, в котором имеется модулирующий паровой регулирующий клапан. В некоторых случаях гравитационный дренаж не допускается, и в этих случаях необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить чрезмерного противодавления на устройства для сбора конденсата, такие как конденсатоотводчики или регулирующие клапаны. Преждевременные отказы и проблемы с производительностью могут возникать из-за непредвиденного противодавления на дренажных устройствах, что приводит к накоплению конденсата в оборудовании. Это приведет к гидравлическому удару, неадекватному контролю температуры, снижению эффективности и проблемам с коррозией.

7. Предотвращение перегрева пара

Типичные применения парового отопления требуют подачи насыщенного пара 100% качества. Этот уровень качества относится к пару, не содержащему уносимых капелек конденсата внутри пара. Следует предотвращать попадание перегретого пара или пара с более высокой температурой, чем его точка насыщения, в процесс теплопередачи. Перегретый пар содержит меньше энергии на единицу объема, чем насыщенный пар, и может вызвать проблемы с производительностью, если это не предусмотрено исходной конструкцией паровой системы. Подачу перегретого пара можно кондиционировать, установив пароохладитель.

8. Блокирующие шаровые краны

Шаровые краны могут обеспечить безопасное, надежное и экономичное решение для герметичной изоляции в паровой системе. Шаровые краны позволяют быстро определить состояние изоляции по ориентации рукоятки. Шаровые краны диаметром два дюйма или меньше можно приобрести с фиксирующими ручками, что обеспечивает наилучшую практику безопасности при блокировке или маркировке. Обязательно проконсультируйтесь с вашим отделом безопасности и инспекции, чтобы обеспечить соблюдение каких-либо местных или местных правил, касающихся процедур блокировки или маркировки в вашей паровой системе.

9. Правильный выбор и размеры конденсатоотводчиков

Существует множество различных механических конструкций конденсатоотводчиков. Различные конструкции предназначены для различных приложений, и некоторые из них более надежны, чем другие. Для применения в паровых теплообменниках лучше всего подходит конденсатоотводчик механического типа для регулирования потока. Для обогрева паром можно выбрать различные типы конденсатоотводчиков в зависимости от потребностей применения.

Другими соображениями при выборе конденсатоотводчика являются размеры, основанные на максимальном и минимальном расходе, требованиях к заливке, отводу воздуха, функциональному тестированию и вариантам монтажа. Swagelok рекомендует использовать универсальные крепления для конденсатоотводчиков меньшего размера, чтобы упростить техническое обслуживание и замену.

Возможность проверки конденсатоотводчиков без специального оборудования полезна, особенно в замкнутой системе возврата. Этого можно добиться путем установки байпаса ниже по потоку, чтобы можно было легко и быстро выполнить визуальную проверку слива конденсата.

10. Установите сетчатый фильтр для предотвращения попадания посторонних предметов

Загрязнение может стать преобладающим в паропроводе из-за коррозии и ее побочных продуктов. Загрязняющие вещества могут скапливаться внутри тримов регулирующих клапанов, седел стопорных клапанов и седел конденсатоотводчиков, что приводит к преждевременному выходу из строя или загрязнению этих компонентов. Сетчатый фильтр будет действовать как фильтр, предотвращая попадание посторонних материалов в паровую систему.

При установке сетчатого фильтра всегда устанавливайте продувочный клапан с блокировкой и направляйте выпуск из клапана в безопасное место. Обязательно устанавливайте фильтр с секцией фильтра в горизонтальном положении, чтобы предотвратить накопление конденсата внутри корпуса фильтра.

Хотите узнать больше о том, как можно усовершенствовать паровые системы вашего предприятия? Зарегистрируйтесь на учебный курс Swagelok по услугам Steam, чтобы получить представление об управлении паровыми системами, адаптированном к вашей отрасли и конкретным потребностям. Обратитесь в авторизованный центр продаж и обслуживания Swagelok, чтобы запросить частное обучение на вашем предприятии.