Отвод воздуха, теплопотери и обзор стандартов по трубопроводам

Удаление воздуха и других неконденсирующихся газов из паровых систем, а также обеспечение надлежащей теплоизоляции, имеют решающее значение для эффективности, безопасности и производительности паровой установки.

С точки зрения оборудования этот материал особенно полезно читать вместе с разделами про воздухоотводчики Spirax Sarco, сепараторы пара и дренаж паровых магистралей.

Отвод воздуха

Когда после периода остановки пар впервые подается в трубопровод, труба заполнена воздухом. Дополнительные количества воздуха и других неконденсирующихся газов также поступают вместе с паром, хотя их доля обычно очень мала по сравнению с самим паром. Когда пар конденсируется, эти газы накапливаются в трубопроводах и теплообменниках. Необходимо предусматривать меры для их отвода. Если воздух не удалять, это приведет к длительному прогреву и снижению эффективности установки и технологического процесса. Воздух в паровой системе также влияет на температуру системы. Он создает собственное давление, которое суммируется с давлением пара, формируя общее давление. Поэтому фактические давление и температура паровоздушной смеси будут ниже, чем это показывает манометр. Еще важнее влияние воздуха на теплопередачу. Слой воздуха толщиной всего 1 mm может оказывать такое же сопротивление теплопередаче, как слой воды толщиной 25 μm, слой железа толщиной 2 mm или слой меди толщиной 15 mm. Поэтому удаление воздуха из любой паровой системы крайне важно. Автоматические воздухоотводчики для паровых систем (работающие по тому же принципу, что и термостатические конденсатоотводчики) следует устанавливать выше уровня конденсата, чтобы к ним могли поступать только воздух или паровоздушные смеси. Лучшее место их установки - конец паровой магистрали, как показано на Figure 10.5.1. Сброс из воздухоотводчика должен отводиться в безопасное место. На практике для этого можно использовать линию конденсата с уклоном в сторону вентилируемого сборника.

Сброс из воздухоотводчика должен отводиться в безопасное место. На практике для этого можно использовать линию конденсата с уклоном в сторону вентилируемого сборника.

Помимо установки воздухоотводчиков в конце магистрали, их также следует устанавливать:

• Параллельно конденсатоотводчику с перевернутым стаканом или, в некоторых случаях, термодинамическому конденсатоотводчику. Такие конденсатоотводчики иногда медленно удаляют воздух при пуске.
• В неудобно вентилируемых паровых полостях, например на стороне, противоположной месту ввода пара в рубашечную емкость.
• Там, где имеется большой паровой объем, например в автоклаве, и паровоздушная смесь может повлиять на качество процесса.

Снижение теплопотерь

Даже после прогрева паровой магистрали пар будет продолжать конденсироваться из-за потерь тепла излучением. Скорость конденсации зависит от температуры пара, температуры окружающей среды и эффективности изоляции трубопровода. Чтобы система распределения пара работала эффективно, необходимо принять соответствующие меры, обеспечивающие снижение теплопотерь до экономически оправданного минимума. Наиболее экономичная толщина изоляции зависит от нескольких факторов:

• Стоимость монтажа.
• Количество тепла, переносимого паром.
• Размер трубопровода.
• Температура трубопровода. При теплоизоляции наружных трубопроводов необходимо учитывать влажность и скорость ветра. Эффективность большинства теплоизоляционных материалов зависит от крошечных воздушных ячеек, удерживаемых в матрице инертного материала, например минеральной ваты, стекловолокна или силиката кальция. В типовых установках используют стекловолокно в алюминиевой оболочке, минеральную вату в алюминиевой оболочке и силикат кальция. Важно, чтобы изоляционный материал не был сжат и не намокал. Достаточная механическая защита и гидроизоляция особенно важны на открытом воздухе. Теплопотери от паровой трубы к воде или к влажной изоляции могут быть в 50 раз больше, чем от той же трубы к воздуху. Особое внимание следует уделять защите паропроводов, проходящих через переувлажненный грунт или каналы, которые могут подвергаться затоплению. То же относится к защите изоляции от повреждений лестницами и прочими предметами, чтобы предотвратить проникновение дождевой воды. Важно изолировать все горячие части системы, за исключением предохранительных клапанов. Это относится ко всем фланцевым соединениям на магистралях, а также к клапанам и другим фитингам. Раньше было принято срезать изоляцию по обе стороны от фланцевого соединения, чтобы оставить доступ к болтам для технического обслуживания. Это эквивалентно оставлению примерно 0.5 m неизолированной трубы. К счастью, сейчас широко доступны готовые теплоизоляционные кожухи для фланцевых соединений и клапанов. Обычно они оснащаются крепежом, благодаря чему их можно легко снять для доступа при техническом обслуживании.

Расчет теплопередачи

Расчет теплопотерь трубопроводов может быть очень сложным и трудоемким и предполагает наличие малодоступных данных о толщине стенки трубы, коэффициентах теплопередачи и различных производных константах, которых на практике обычно нет под рукой. Вывод этих формул выходит за рамки данного Module, но подробную информацию можно легко найти в любом хорошем учебнике по термодинамике. Кроме того, современному инженеру доступно множество программных средств. Поэтому теплопотери труб можно легко определить, используя Table 10.5.1 и простое уравнение (Equation 2.12.2). Таблица предполагает температуру окружающей среды от 10 до 21°C и учитывает теплопотери неизолированных горизонтальных труб разных размеров с паром при различных давлениях.

Table 10.5.1 Тепловыделение труб

Примечание: тепловыделение неизолированных горизонтальных труб при температуре окружающей среды от 10°C до 20°C и неподвижном воздухе

В уравнение можно включать и другие факторы. Например, если трубопровод покрыт изоляцией, снижающей теплопотери до 10% от уровня неизолированной трубы, результат умножается на коэффициент 0.1.

Примечание: константа 3.6 дает ответ в kg/h Эквивалентные длины:

• Пара сопрягаемых фланцев - 0.5 m
• Клапан линейного размера - 1.0 m Example 10.5.1 50 m трубы диаметром 100 mm имеют 8 пар фланцев и два клапана и транспортируют насыщенный пар при 7 bar g. Температура окружающей среды составляет 10°C, а эффективность изоляции принята равной 0.1. Используя Table 10.5.1 и Equation 10.5.1, определите количество пара, которое будет конденсироваться в час: Part 1 - Без изоляции. Part 2 - Труба изолирована, но клапаны и фланцы остаются без изоляции. Part 3 - Полная изоляция. Эквивалентная длина фитингов:
• (8 пар фланцев @ 0.5 m) + (2 клапана @ 1.0 m) = 6.0 m трубы
• Насыщенный пар при 7 bar g:

Part 1 - Без изоляции:

Part 2 - Труба изолирована, но клапаны и фланцы не изолированы: Рассмотрим эти два элемента отдельно:

Part 3 - Труба и фитинги изолированы:

Соответствующие британские и международные стандарты

Для обозначения технически эквивалентных стандартов (=) и связанных стандартов (≠) соответственно используются символы.

Table 10.5.2

Итоги

Подводя итог Block Распределение пара из The Steam and Condensate Loop, можно использовать следующий контрольный перечень, чтобы убедиться, что система распределения пара будет работать эффективно и результативно: