-
Wybór odwadniacza
-
Zrozumienie kwestii objętości odprowadzanego kondensatu
-
-
-
-
Ilość odprowadzanego kondensatu podczas procesu rozgrzewania
Na początku operacji rozgrzewania rury i urządzenia są zimne, a ciepło pary jest wykorzystywane głównie do ich ogrzania. Ilość kondensatu powstającego przy takim rozruchu do momentu wystarczającego rozgrzania rur i urządzeń jest ważnym czynnikiem przy określaniu wydajności odwadniacza w zakresie odprowadzania kondensatu oraz tego, czy konieczny jest zawór obejścia.
-
Główny przewód pary
Do czasu rozpoczęcia normalnej pracy (stan równowagi termicznej) powstaje kondensat, którego ilość odpowiada ciepłu pary zużytemu na ogrzanie przewodów parowych i izolatora cieplnego. Przybliżoną ilość kondensatu można obliczyć według poniższego wzoru.
G
：
Ilość powstałego kondensatu (kg/m)
⊿T
：
Wzrost temperatury wskutek rozgrzewania (℃).
Ws
：
Masa na jednostkę długości materiału przewodu (kg/m)
Wi
：
Masa na jednostkę długości materiału otuliny (kg/m)
Cps
：
Ciepło właściwe materiału przewodu (kJ/kg ℃)
Cpi
：
Ciepło właściwe materiału otuliny (kJ/kg ℃)
r
：
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
Dla porównania, w tabeli 3.1 podano ilość kondensatu powstającego przy ogrzewaniu rury do temperatury nasycenia dla danego ciśnienia, przy założeniu, że temperatura rury przed obniżeniem ciśnienia wynosi 0°C. (Nie uwzględniono materiału otuliny).
Tabela 3.1 Ilość wytworzonego kondensatu dla przewodów pary
Rozmiar
(mm)
Masa
(kg/m)
Ciśnienie (MPaG)
0.06
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
25
32
40
50
2.57
3.47
4.10
5.44
0.064
0.087
0.103
0.136
0.069
0.093
0.110
0.146
0.078
0.105
0.124
0.165
0.091
0.123
0.145
0.192
0.101
0.136
0.161
0.213
0.109
0.147
0.174
0.230
0.113
0.153
0.181
0.240
0.122
0.165
0.195
0.259
0.128
0.173
0.205
0.272
0.134
0.181
0.214
0.283
65
80
90
100
125
9.12
11.3
13.5
16.0
21.7
0.228
0.283
0.338
0.401
0.544
0.244
0.303
0.362
0.429
0.582
0.276
0.342
0.409
0.485
0.657
0.322
0.399
0.477
0.565
0.767
0.357
0.443
0.529
0.627
0.850
0.386
0.479
0.572
0.678
0.919
0.403
0.499
0.596
0.706
0.958
0.434
0.538
0.643
0.762
1.03
0.456
0.564
0.674
0.799
1.08
0.475
0.589
0.704
0.834
1.13
150
200
250
300
350
400
27.7
42.1
59.2
78.3
94.3
123
0.694
1.05
1.48
1.96
2.36
3.08
0.742
1.13
1.59
2.10
2.53
3.30
0.839
1.28
1.79
2.37
2.86
3.73
0.978
1.49
2.09
2.77
3.33
4.34
1.09
1.65
2.32
3.07
3.69
4.82
1.17
1.78
2.51
3.32
3.99
5.21
1.22
1.86
2.61
3.46
4.16
5.43
1.32
2.01
2.82
3.73
4.49
5.86
1.38
2.10
2.96
3.91
4.71
6.14
1.44
2.19
3.09
4.08
4.91
6.41
Temperatura pary nasyconej (℃)
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
113.6
2,220
120.4
2,201
133.7
2,163
151.9
2,107
165.0
2,064
175.4
2,029
184.1
1,998
191.7
1,971
198.3
1,945
204.4
1,921
-
Ilość pary niezbędnej do podniesienia temperatury na odcinku 1 m parociągu (Sch40) z temperatury 0°C do temperatury pary nasyconej przedstawiono w kg. Przyjmuje się, że ciepło właściwe stali wynosi 0,49 kJ/kg ℃.
-
-
-
Urządzenia
W przypadku urządzeń ogrzewane są urządzenia i podgrzewany materiał lub materiał reaktywny znajdujący się w urządzeniach. Ilość powstającego kondensatu można obliczyć z poniższego wzoru, na podstawie całkowitej ilości potrzebnego ciepła.
G' : Ilość wytworzonego kondensatu (kg)
⊿T : Temperatura rośnie wskutek rozgrzewania (℃)
Ws' : Całkowita masa materiału rur, która składają się na urządzenie (kg)
Wi' : Całkowita masa materiałów innych niż materiał rur, które składają się na urządzenie (kg)
Wl : Masa całkowita podgrzewanego materiału docelowego (kg)
Cps : Ciepło właściwe materiału rury (kJ/kg ℃)
Cpi : Ciepło właściwe materiału z wyjątkiem materiału przewodu (kJ/kg ℃)
Cpl : Ciepło właściwe podgrzewanego materiału docelowego (kJ/kg ℃)
r : Ciepło utajone parowania (kJ/kg) -
-
Przewody pary do ogrzewania towarzyszącego ciągów technologicznych
Parowe ogrzewanie towarzyszące to proces polegający na układaniu przewodów parowych wzdłuż rurociągów transportujących ropę naftową w celu utrzymania jej w odpowiedniej temperaturze, co ma zapobiegać jej krzepnięciu lub nadmiernej lepkości. W przypadku tych towarzyszących przewodów pary należy wziąć pod uwagę nie tylko ogrzewanie ciągów technologicznych, ale także podgrzewany materiał docelowy, jak ropa naftowa i inne substancje (materiał ogrzewany) i ich linie transportowe, jak również materiał izolacyjny i otuliny. Ilość powstałego kondensatu można obliczyć według poniższego wzoru.
G : Ilość wytworzonego kondensatu (kg/m)
T1 : Wzrost temperatury w przewodach pary towarzyszących (℃) (do chwili osiągnięcia temperatury nasycenia pary w parociągach towarzyszących)
Ws1 : Masa na jednostkę długości przewodu pary towarzyszącego (kg/m)
Ws2 : Masa na jednostkę długości głównego przewodu pary (kg/m)
W1' : Masa na jednostkę długości materiału w głównym przewodzie pary (kg/m)
Cps1: Ciepło właściwe przewodu pary towarzyszącego (kJ/kg ℃)
Cps2: Ciepło właściwe głównych przewodów pary (kJ/kg ℃)
Cp1': Ciepło właściwe materiału w głównych przewodach pary (kJ/kg ℃)
⊿T2: Wzrost temperatury głównego przewodu pary, izolacji cieplnej i materiału otuliny (℃) (do osiągnięcia temperatury roboczej materiału w przewodach głównych)
r : Ciepło utajone parowania (kJ/kg)W powyższych przypadkach opisano, jak obliczyć ilość kondensatu, jednak aby określić wydajność odwadniacza, należy oszacować ilość kondensatu w jednostce czasu (kg/h). Ilość kondensatu na godzinę można określić poprzez określenie odpowiedniego czasu nagrzewania w odniesieniu do “3.1.2 Czasu rozgrzewania”.">
-
-
Czas rozgrzewania
Jeżeli grubość ścianek części metalowych, z których zbudowano urządzenia, jest duża, obciążenie spowodowane ciepłem (naprężenia termiczne) zwiększy się, gdy podgrzewanie będzie przebiegać szybko.
(Naprężenia termiczne) również wzrastają, co może być przyczyną powstawania wewnętrznych wad lub uszkodzeń. Dlatego gdy stosuje się je przy względnie wysokich ciśnieniach, proces wymaga nieco czasu (np. kilku godzin), ponieważ grubość ścianek jest również większa. Dla odmiany, gdy w urządzeniu panują niskie ciśnienia i grubość materiałów jest mniejsza, czas nagrzewania jest krótszy i rozgrzewanie postępuje szybko.
Dlatego też czas rozgrzewania zależy od urządzenia i przebiegu procesu. Jednak w zależności od liczby przestojów, a tym samym częstotliwości rozgrzewania, w przybliżeniu wygląda to następująco:
-
● Operacja wsadowa: około 15 minut
-
● Liczba przestojów
Raz dziennie: przez godzinę
Raz w tygodniu: przez jedną do dwóch godzin
Raz w roku: przez kilka godzin
Jednak nawet jeśli czas rozgrzewania jest krótki, jak w przypadku pracy wsadowej, jeśli w rurociągach lub urządzeniach pozostaje stosunkowo duża ilość kondensatu, bezpieczne jest uruchamianie pary powoli, ze stopniowym zwiększaniem jej ilości (na przykład w ciągu około godziny). Wynika to z faktu, że przy jednoczesnym przepływie pary może dojść do uderzenia hydraulicznego.
-
-
Ilość kondensatu podczas normalnej eksploatacji
W tej części opisano wzór na ilość kondensatu tworzącego się wokół przewodów pary i różnego rodzaju urządzeń.
-
Główne przewody pary
Ilość ciepła, jaka przenika z materiału rury lub materiału izolacyjnego do powietrza różni się w zależności od materiału, grubości i warunków atmosferycznych.
Do obliczenia ilości kondensatu powstającego w rurze wskutek strat ciepła można wykorzystać poniższy wzór.
G
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
d1
：
Średnica zewnętrzna materiału izolacyjnego (m)
d2
：
Średnica wewnętrzna materiału izolacyjnego (m)
λ
：
Przewodność cieplna materiału izolacyjnego (kJ/m h ℃)
α
：
Przewodność cieplna powierzchni (kJ/㎡・h・℃)
ts
：
Temperatura pary (℃)
ta
：
Temperatura powietrza (℃)
Lb
：
długość przewodu pary (m)
r
：
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
-
Urządzenia
-
Osuszacz (podgrzewacz powietrza)
– Jest on często używany jako osuszacz wykorzystujący gorące powietrze, najczęściej stosowany w zakładach przemysłowych.
G
V
：
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
Masowe natężenie przepływu powietrza (㎥/min)
Cp
：
Ciepło właściwe powietrza pod niskim ciśnieniem (kJ/kg ℃) Cp=1
γ
：
Stosunek masy do objętości w powietrzu (kg/㎥) γ=1,226
⊿t
：
Różnica wzrostu temperatury (℃)
r
：
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
Ponieważ często trudno jest ująć powyższe warunki obliczeniowe dla osuszaczy, powszechnie stosuje się wartości uzyskane za pomocą poniższej metody.
Rysunek 3.1 Podgrzewacz powietrza
-
Urządzenia do wymiany ciepła
Urządzenia do wymiany ciepła to zbiorniki, takie jak reboiler lub parownik, które przekazują energię cieplną pary do płynu niskotemperaturowego poprzez powierzchnię służącą do wymiany ciepła, taką jak wężownica. Do obliczania ilości powstającego kondensatu używa się zwykle poniższego wzoru uproszczonego, ponieważ proces obliczania różnicy temperatur jest skomplikowany.
G
M
：
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
Natężenie przepływu czynnika grzewczego (ℓ/min)
⊿t
：
Ciepło właściwe czynnika grzewczego (kJ/kg ℃)
C
：
Ciepło właściwe czynnika grzewczego (kJ/kg ℃)
Sg
：
Ciężar właściwy czynnika grzewczego (kg/ℓ)
r
：
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
Rysunek 3.2 Wymiennik cieplny z powłoką i rurą
-
Kocioł z płaszczem parowym
Używany szczególnie w zakładach produkcji żywności. Może być stały lub obrotowy.
G
M
：
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
Wartość natężenia przepływu czynnika grzewczego (ℓ)
⊿t
：
Różnica wzrostu temperatury (℃)
C
：
Ciepło właściwe czynnika grzewczego (kJ/kg ℃)
Sg
：
Ciężar właściwy czynnika grzewczego (kg/ℓ)
T
r
：
：
Czas pracy (h)
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
-
-
Rysunek 3.3 Kocioł z płaszczem parowym
-
Prasa
Prasy parowe są szeroko stosowane w przemyśle gumowym, wytwarzaniu tworzyw sztucznych, sklejki i czyszczeniu.
G
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
A
：
Powierzchnia styku z produktem (㎡)
R
：
Współczynnik stężenia (kg/m2・h)
Rysunek 3.4 Przykład prasy wulkanizacyjnej
-
Autoklaw
Autoklaw to urządzenie, które sterylizuje, oczyszcza i suszy produkty bezpośrednio przy wykorzystaniu rosnącego ciśnienia pary wodnej. To zbiornik ciśnieniowy używany do celów medycznych i kuchennych.
G
W
：
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
Masa produktu (kg)
C
：
Ciepło właściwe produktu (kJ/kg ℃)
⊿t
：
Wzrost temperatury produktu (℃)
r
：
Ciepło utajone parowania (kJ/kg)
T
：
Czas pracy (h)
Rysunek 3.5 Autoklaw z wtryskiem bezpośrednim
-
Osuszacz bębnowy
Osuszacz bębnowy to urządzenie do suszenia produktów poprzez kontakt z zewnętrzną powierzchnią bębna wypełnionego parą wodną. To urządzenie powszechnie stosowane w fabrykach papieru i tektury oraz pralniach. Do odprowadzania kondensatu często stosowany jest syfon (z wyjątkiem niektórych urządzeń).
G
：
Ilość wytworzonego kondensatu (kg/h)
d
：
Średnica bębna (m)
L
：
Długość bębna (m)
R
：
Współczynnik kondensacji (kg/m2・h)
Rysunek 3.6 Osuszacz bębnowy
-
-
Ilość kondensatu powstającego w przewodach pary towarzyszących
Zużycie pary w przewodach pary towarzyszących, czyli ilość powstającego kondensatu, zależy od ilości ciepła odprowadzanego z przewodów. Firma MIYAWAKI zapewnia szczegółowe, profesjonalne doradztwo w zakresie metod obliczeniowych w oparciu o wyniki badań prowadzonych wspólnie z naszymi klientami.
-
-
Przepływ kondensatu w odwadniaczach
-
-
Zasadniczo przy określaniu przepływu kondensatu w odwadniaczach maksymalna ilość kondensatu jest szacowana na podstawie przepływu kondensatu podczas rozgrzewania i normalnej eksploatacji, a następnie mnożona przez współczynnik bezpieczeństwa (około dwa razy). Ilość kondensatu podczas rozgrzewania jest z reguły większa niż podczas normalnej eksploatacji. Różnica ta jest szczególnie widoczna w dużych instalacjach.
Dlatego też, jeśli przepływ kondensatu w odwadniaczach jest ustalany na podstawie przepływu kondensatu podczas rozgrzewania, ustalony przepływ może przekraczać wydajność dla normalnej eksploatacji. Należy go określać z uwzględnieniem czasu rozgrzewania. Jeśli jednak nie można wykluczyć, że czas rozgrzewania przy zastosowaniu wyłącznie odwadniacza będzie długi, warto zamontować zawór przelewowy wyłącznie na czas rozgrzewania i dobrać odwadniacz odpowiednio do objętości kondensatu w stanie ustalonym.
Ponadto ciśnienie podczas rozgrzewania jest bardzo niskie i przepływ kondensatu w odwadniaczach może być niewielki. Kwestia ta powinna zostać uwzględniona przy wyborze odwadniaczy.