Теплообменники для зерносушилок

Статья о том, как избежать коррозии, лопнувших труб, гидроударов при использовании зерносушилок с паровыми теплообменниками.

Теплообменники для зерносушилок

Финпро Груп - строим правильные элеваторы!

Введение

Многие проблемы, вызывающие неисправности теплообменников зерносушилок, связаны с застоем конденсата внутри. Если не будут приняты соответствующие меры для подачи чистого и сухого пара в змеевик и своевременного удаления конденсата во время его формирования, проект не может считаться завершенным и нельзя ожидать длительного срока эксплуатации теплообменника.

Конденсат внутри труб теплообменника создает ряд проблем:• снижает производительность (тепловую мощность);• вызывает коррозию и эрозию труб;• провоцирует гидравлический удар.

Теплообменники на паровой зерносушилке

Как только пар выходит из котла и течет по трубам к теплообменному устройству (например, змеевику), происходит образование конденсата. Есть две основные причина почему он образуется:1. Из-за тепловыделения в трубы и в их изоляцию во время эксплуатации.2. Из-за небольшой дисперсии (рассеяния) тепла, вызванной тем, что трубы достигают более высокой температуры, чем помещение и/или окружающий воздух.

В первом случае описанное явление неизбежно и непоправимо по понятным причинам. Во втором случае его можно улучшить с помощью очень хорошей изоляции, но его нельзя устранить полностью.

Образование конденсата происходит, когда пар выделяет скрытую теплоту испарения, и такое выделение тепла происходит при постоянной температуре. В «килограмме» пара количество скрытой теплоты, выделяющейся в процессе конденсации, значительно выше (примерно в пять раз больше), чем ощутимая теплота, содержащаяся в получающемся конденсате. Кроме того, коэффициент теплообмена, который может быть получен с паром, значительно выше для единицы поверхности, чем тот, который вы можете получить с жидкостью.

Из этого ясно следует, что для улучшения тепловых характеристик теплообменного устройства ( змеевика) крайне важно снабжать его насыщенным паром как можно более сухим (без конденсата). Это означает, что вам нужно удалять конденсат во время его формирования уже вдоль транспортной линии, чтобы помочь теплообменнику получать исключительно пар.

Помимо ухудшения тепловых характеристик, наличие конденсата в змеевике теплообменника вызывает нежелательные эффекты, описанные ниже.

Конденсат и возможная коррозия

Как правило, в змеевике теплообменника при подаче пара происходит следующая электрохимическая реакция:

3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2 ,

которая создает магнетитовую пленку с хорошими защитными антикоррозийными свойствами. Этот эффект очень похож на то, как защищает себя кортеновская сталь, которая используется для производства воздушных коробов современных зерносушилок.

Плёнка непрерывно и равномерно образуется по всей поверхности металла. Если по химическим или механическим причинам пленка не полностью формируется или подвержена разрыву, металл немедленно подвергается коррозии.

Пленка может быть повреждена различными элементами, такими как кислород, углекислый газ и хлориды.

Вода, используемая в котлах для производства пара, очень редко характеризуется такой чистотой, чтобы ее можно было использовать без предварительной обработки. Как правило, она содержит растворенные твердые вещества и газы, такие как кислород и диоксид углерода, как указано выше. Они переносятся паром по поверхности трубы змеевика теплообменника, где могут легко застаиваться во время конденсации пара. Когда их концентрация увеличивается, газы начинают растворяться в жидкости, что делает ее коррозийной.

Для коррозии стенок труб потребуется разное время, от нескольких недель до нескольких месяцев, в зависимости от условий использования теплообменника - непрерывной, циклической или сезонной - и от качества предварительной подготовки питающей воды в котле.

На рисунке 1 показано уменьшение стенки в увеличенном сечении стальной трубы диаметром 33,7 мм с первоначальной толщиной 2,9 мм, подверженной эрозии и коррозии из-за конденсата.

Рекомендация:

Очень важно уделить внимание узлу подготовки воды!

Illustration

Рисунок 1. Уменьшение стенки из-за конденсата.

Конденсат = гидроудар!

Образующийся конденсат застаивается в нижней части трубы, а сам пар распространяется с высокой скоростью (около 30-35 м/с) по "свободной поверхности".

Если конденсат не отвести, он медленно накапливается, блокируя проход пара, таким образом становясь пробкой, как показано на рисунке 2.

Образующийся слой увлекается паром и течет по трубам с высокой скоростью. Когда жидкость встречает препятствие или внезапно отклоняется на своем пути, кинетическая энергия создаёт значительно увеличение давления в змеевике. Чем больше интенсивность явления и меньше упругость используемого материала, тем больше наносимый ущерб!

Такое явление общеизвестно как «Гидравлический удар».

Конденсат в змеевике теплообменника

Рисунок 2. Накопление конденсата в змеевике перед гидроударом.

Конденсация является желательным явлением в паровых теплообменниках, поскольку оно намеренно вызывается для использования тепла, переносимого паром. Тем не менее, ради длительного срока службы и эффективности змеевика очень важно как можно скорее удалить конденсат, чтобы он не оставался в трубах, а направлялся в линию сбора и отвода конденсата.

Иногда неправильный дренаж парового змеевика приводит к медленному, но прогрессирующему и необратимому износу, приводящему к механическому «напряжению» и образованию микродефектов, которые могут легко привести к поломке змеевика при случайном гидравлическом ударе, как описано выше. 

В большинстве случаев неправильно змеевики с неправильно организованной системой дренажа ломаются рядом с выходным патрубком и вокруг сварочных швов труб, как показано на рисунке 3.

Место повреждения змеевика

Рисунок 3. Типичные места повреждения в паровых теплообменниках

На рисунке 4 показано увеличение разрыва, произошедшего на трубе из нержавеющей стали, которая подверглась гидравлическому удару из-за неправильного дренажа.

Разрыв теплообменника вследствие гидроудара из-за неправильного дренажа конденсата

Рисунок 4. Повреждение гидроударом.

Подающие и дренажные системы

Общие рекомендации

Паровой теплообменник зерносушилки обычно отключается системой регулирования потока пара (регулирующим клапаном), которая изменяет впуск пара в соответствии с теплом, необходимым для сушки зерна. Такая терморегуляция вызывает изменение нагрузки (емкость и давление) внутри теплообменника.

Паровой клапан в полностью закрытом положении может образовывать вакуум в змеевике теплообменника с застоем конденсата. Кроме того, вдоль линии подачи пара могут накапливаться отложения и шлаки, которые при попадании в змеевик могут вызвать эрозию.

Рекомендации:

● Обеспечить снабжение теплообменника паром через «ручку зонта» в верхней части паропровода.● Установить защитный Y-образный фильтр в паропровод.● Применить систему устранения вакуума (вакуумный клапан).● Никогда не сливать несколько теплообменников только одним конденсатоотводчиком.● Использовать механические конденсатоотводчики (перевернутые ведра или поплавки).● Организовать (если оно не встроено в конденсатоотводчик) автоматическое устройство удаления воздуха для операций запуска зерносушилки на пару.● В случае повторного появления конденсата после конденсатоотводчика, выполните необходимые операции, чтобы предотвратить его возврат в змеевик теплообменника, пока система остановлена и/или когда теплообменник выключен.

На фото рядом есть ошибки. Интересно, найдёте ли вы их.

Паровой теплообменник зерносушилки

Длина дренажного трубопровода

Дренажная линия должна иметь минимальную длину, в идеале - менее 2 метров. Длинные дренажные линии от теплообменника до конденсатоотводчика могут заполняться паром и предотвращать попадание конденсата в конденсатоотводчик. Этот эффект называется паровой блокировкой. 

Чтобы свести к минимуму этот риск, дренажные линии должны быть короткими (см. рисунок 5).

Длина дренажной линии для теплообменника зерносушилки

Рисунок 5. Дренажные линии должны быть короткими.

В ситуациях, когда неизбежны длинные дренажные линии, проблему блокировки пара можно решить, используя поплавковые конденсатоотводчики с устройствами для разблокировки паровой блокировки.

Однако, по возможности, проблему паровой блокировки лучше решать путем установки трубы правильной длины.

Трубопровод от теплообменника

В паровой зерносушилке труба от конденсатного патрубка теплообменника должна опускаться вертикально примерно на 10 диаметров трубы до уровня конденсатоотводчика. 

При условии установки конденсатоотводчика с шариковым поплавком правильного размера, это гарантирует, что "волны" конденсата не будут скапливаться в нижней части системы с сопутствующим риском коррозии и гидравлического удара. 

Он также будет обеспечивать небольшой вертикальный статический напор, который будет способствовать удалению конденсата во время запуска. Ведь при запуске системы давление пара изначально может быть очень низким.

Далее трубопровод должен быть установлен горизонтально, но с минимальным уклоном в направлении потока. Уклон должен быть таким, чтобы конденсат мог течь свободно (см. Рисунок 6).

Высота и уклон дренажной линии теплообменника зерносушилки

Рисунок 6. Высота и длина дренажного трубопровода.

Дренаж из основного паропровода

При отводе из основного паропровода, дренажная линия может быть горизонтальной (см. рисунок 7), но только при условии установки дренажных карманов рекомендованого размера (см. таблицу ниже). 

Если дренажный карман имеет габариты меньше, чем рекомендовано, то конденсатоотводчик следует установить на эквивалентном расстоянии ниже него.

Схема. Дренажный трубопровод от основной паровой трубы

Рисунок 7. Схема дренажа из основного паропровода.

Таблица рекомендованных размеров дренажного кармана

(для отвода конденсата из основного паропровода)

    • Диаметр паропровода D

    • Диаметр кармана d1

    • Глубина кармана d2

    • Диаметр паропровода D

    • Диаметр паропровода D

    • Диаметр кармана d1

    • Диаметр кармана d1

    • Глубина кармана d2

    • Глубина кармана d2

    • До 100 мм

    • d1 = D

    • Минимальный d2 = 100 мм

    • Диаметр паропровода D

    • До 100 мм

    • Диаметр кармана d1

    • d1 = D

    • Глубина кармана d2

    • Минимальный d2 = 100 мм

    • 125-200 мм

    • d1 = 100 мм

    • Минимальный d2 = 150 мм

    • Диаметр паропровода D

    • 125-200 мм

    • Диаметр кармана d1

    • d1 = 100 мм

    • Глубина кармана d2

    • Минимальный d2 = 150 мм

    • 250 мм и выше

    • d1 = D/2

    • Минимальный d2 = D

    • Диаметр паропровода D

    • 250 мм и выше

    • Диаметр кармана d1

    • d1 = D/2

    • Глубина кармана d2

    • Минимальный d2 = D

Несколько теплообменников

Зерносушилка является потребителем тепла с регулируемой температурой. Т.е., по мере надобности, она должна через встроенный ПИД-регулятор отдавать команды открытия и закрытия регулирующему паровому клапану для поддержания требуемой температуры сушения. 

В результате таких регулировок, производительность конденсатоотводчика может уменьшиться до точки, при которой поток конденсата полностью прекратится. В таких случаях говорят, что система заглохла.

Остановка возникает в результате падения давления пара, которого может оказаться недостаточно для продувки паровой системы от конденсата. Проблема более вероятна, когда система (как в случае с зерносушилкой) имеет большой диапазон регулировки подачи пара от полной нагрузки до малой.

Не все системы с регулируемой температурой остановятся, но противодавление, создаваемое в системе сбора и отвода конденсата, может отрицательно повлиять на работу конденсатоотводчика. Это, в свою очередь, может ухудшить теплопередачу процесса.

Поэтому линии отвода конденсата должны быть сконфигурированы так, чтобы конденсат не затопить общую магистраль, в которую они сливаются, как показано на рисунке 8.

Системы с несколькими теплообменниками с системами контроля температуры

Рисунок 8. Организация линии отвода конденсата

Типовые схемы обвязки зерносушилок

Ниже вы найдете схемы возможной правильной установки. Данные схемы приведены только для общей информации и не могут являться руководством к действию. Окончательный проект парового хозяйства и подключения теплообменника должен быть выполнен профессиональной проектной организацией!

Условные обозначения к схемам ниже:

    1. Клапан пара или конденсата ОТКР/ЗАКР.
    icon
    2. Y-образный фильтр.
    icon
    3. Клапан пара.
    icon
    4. Вакуумный клапан.
    icon
    5. Термостатический конденсатоотводчик с отводом воздуха.
    icon
    6. Смотровой глазок.
    icon
    7. Термодинамический конденсатоотводчик.
    icon
    8. Поплавковый конденсатоотводчик с отводом воздуха.
    9. Контрольный клапан.

Вход сверху, выход снизу

Схема подключения пара к теплообменнику зерносушилки - Вариант 1

Вход сверху сбоку, выход снизу сбоку

Схема подключения пара к теплообменнику зерносушилки - Вариант 2

Два теплообменника

Схема подключения пара к теплообменнику зерносушилки - Вариант 3

Наши зерносушилки на пару

  • СКИДКА23%

    Шахтная зерносушилка Ravaro
  • ДВА В ОДНОМ!

    Стационарная зерносушилка Zanin

Заключение

Снабжение теплообменника через правильную линию подачи пара, правильное подключение, быстрый и надлежащий отвод конденсата вместе с удалением пускового воздуха, хорошая станция подготовки воды - это основные требования для получения:

● Высокой степени теплопередачи (производительности);● Снижения нагрузок на теплообменник и трубы;● Длительного срока эксплуатации без поломок.

Поэтому, перед монтажом сушилки и парового хозяйства, вам нужно заказать проект в профессиональной проектной организации, которая имеет соответствующий опыт.

В противном случае, вы потратите гораздо больше нерв и средств на исправление последствий неправильного проектирования.

(067) 111-6666