Встановлення парового теплообмінника для зерносушарки

Багато проблем, що викликають несправності теплообмінників зерносушарок, пов’язані із застоєм конденсату всередині. Якщо не буде вжито відповідних заходів для подачі чистої та сухої пари в змійовик і своєчасного видалення конденсату під час його формування, проєкт не можна вважати завершеним і не можна очікувати тривалого терміну експлуатації теплообмінника.

Конденсат усередині труб теплообмінника створює низку проблем:

• знижує продуктивність (теплову потужність);
• викликає корозію та ерозію труб;
• провокує гідравлічний удар.

Як правило, у змійовику теплообмінника під час подачі пари відбувається така електрохімічна реакція:

3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2 ,

яка створює магнетитову плівку з хорошими захисними антикорозійними властивостями. Цей ефект дуже схожий на те, як захищає себе кортенівська сталь, яка використовується для виробництва повітряних коробів сучасних зерносушарок.

Плівка безперервно і рівномірно утворюється по всій поверхні металу. Якщо з хімічних або механічних причин плівка не повністю формується або схильна до розриву, метал негайно піддається корозії.

Плівка може бути пошкоджена різними елементами, такими як кисень, вуглекислий газ і хлориди.

Вода, що використовується в котлах для виробництва пари, дуже рідко характеризується такою чистотою, щоб її можна було використовувати без попередньої обробки. Як правило, вона містить розчинені тверді речовини і гази, такі як кисень і діоксид вуглецю, як зазначено вище. Вони переносяться парою по поверхні труби змійовика теплообмінника, де можуть легко застоюватися під час конденсації пари. Коли їхня концентрація збільшується, гази починають розчинятися в рідині, що робить її корозійною.

Для корозії стінок труб потрібен різний час, від кількох тижнів до кількох місяців, залежно від умов використання теплообмінника – безперервного, циклічного або сезонного – і від якості попередньої підготовки живильної води в котлі.

На малюнку 1 показано зменшення стінки в збільшеному перерізі сталевої труби діаметром 33,7 мм з початковою товщиною 2,9 мм, схильної до ерозії та корозії через конденсат.

Рекомендація:

Дуже важливо приділити увагу вузлу підготовки води!

Конденсат, що утворюється, застоюється в нижній частині труби, а сама пара поширюється з високою швидкістю (близько 30-35 м/с) по “вільній поверхні”.

Якщо конденсат не відвести, він повільно накопичується, блокуючи прохід пари, таким чином стаючи пробкою, як показано на малюнку 2.

Утворений шар захоплюється парою і тече трубами з високою швидкістю. Коли рідина зустрічає перешкоду або раптово відхиляється на своєму шляху, кінетична енергія створює значне збільшення тиску в змійовику. Що більша інтенсивність явища і менша пружність використовуваного матеріалу, то більший збиток, що завдається!

Таке явище загальновідоме як “Гідравлічний удар”.

На малюнку 2 показано як відбувається накопичення конденсату в змійовику перед гідроударом.

Конденсація є бажаним явищем у парових теплообмінниках, оскільки воно навмисно спричиняється для використання тепла, яке переноситься парою. Проте заради тривалого терміну служби та ефективності змійовика дуже важливо якомога швидше видалити конденсат, щоб він не залишався в трубах, а прямував у лінію збору та відведення конденсату.

Іноді неправильний дренаж парового змійовика призводить до повільного, але прогресуючого та необоротного зносу, що призводить до механічного “напруження” й утворення мікродефектів, які можуть легко призвести до поломки змійовика в разі випадкового гідравлічного удару, як описано вище.

У більшості випадків неправильно змійовики з неправильно організованою системою дренажу ламаються поруч з вихідним патрубком і навколо зварювальних швів труб, як показано на малюнку 3.

На малюнку 4 показано збільшення розриву, що стався на трубі з нержавіючої сталі, яка зазнала гідравлічного удару через неправильну організацію дренажу.

Паровий теплообмінник зерносушарки зазвичай відключається системою регулювання потоку пари (регулювальним клапаном), яка змінює впуск пари відповідно до тепла, необхідного для сушіння зерна. Така терморегуляція викликає зміну навантаження (ємність і тиск) всередині теплообмінника.

Паровий клапан у повністю закритому положенні може утворювати вакуум у змійовику теплообмінника із застоєм конденсату. Крім того, уздовж лінії подачі пари можуть накопичуватися відкладення і шлаки, які під час потрапляння в змійовик можуть викликати ерозію.

Рекомендації:

• Забезпечити постачання теплообмінника парою через “ручку парасольки” у верхній частині паропроводу.
• Встановити захисний Y-подібний фільтр у паропровід.
• Застосувати систему усунення вакууму (вакуумний клапан).
• Ніколи не зливати кілька теплообмінників тільки одним конденсатовідвідником.
• Використовувати механічні конденсатовідвідники (перевернуті відра або поплавці).
• Організувати (якщо він не вбудований у конденсатовідвідник) автоматичний пристрій видалення повітря для операцій запуску зерносушарки на пару.
• У разі повторної появи конденсату після конденсатовідвідника, виконайте необхідні операції, щоб запобігти його поверненню до змійовика теплообмінника, доки система зупинена та/або коли теплообмінник вимкнений.

Довжина дренажного трубопроводу

Дренажна лінія повинна мати мінімальну довжину, в ідеалі – до 2 метрів. Довгі дренажні лінії від теплообмінника до конденсатовідвідника можуть заповнюватися парою і запобігати потраплянню конденсату в конденсатовідвідник. Цей ефект називається паровим блокуванням.

Щоб звести до мінімуму цей ризик, дренажні лінії повинні бути короткими (див. рисунок 5).

Трубопровід від теплообмінника

У паровій зерносушарці труба від конденсатного патрубка теплообмінника повинна опускатися вертикально приблизно на 10 діаметрів труби до рівня конденсатовідвідника.

За умови встановлення конденсатовідвідника з кульковим поплавком правильного розміру це гарантує, що “хвилі” конденсату не будуть скупчуватися в нижній частині системи із супутнім ризиком корозії та гідравлічного удару.

Він також забезпечуватиме невеликий вертикальний статичний напір, який сприятиме видаленню конденсату під час запуску. Адже під час запуску системи тиск пари спочатку може бути дуже низьким.

Далі трубопровід має бути встановлений горизонтально, але з мінімальним ухилом у напрямку потоку. Ухил має бути таким, щоб конденсат міг текти вільно (див. Рисунок 6).

Дренаж з основного паропроводу

При відведенні з основного паропроводу дренажна лінія може бути горизонтальною (див. малюнок 7), але тільки за умови встановлення дренажних кишень рекомендованого розміру (див. таблицю нижче), але лише за умови встановлення дренажних кишень рекомендованого розміру. таблицю нижче).

Якщо дренажна кишеня має габарити менші, ніж рекомендовано, то конденсатовідвідник слід установити на еквівалентній відстані нижче за неї.

Таблиця рекомендованих розмірів дренажної кишені

Для відведення конденсату з основного паропроводу подачі пари в теплообмінник зерносушарки.

Кілька теплообмінників

Зерносушарка є споживачем тепла з регульованою температурою. Тобто, в міру потреби, вона повинна через вбудований ПІД-регулятор віддавати команди відкриття і закриття регулювальному паровому клапану для підтримання необхідної температури сушіння.

У результаті таких регулювань продуктивність конденсатовідвідника може зменшитися до точки, за якої потік конденсату повністю припиниться. У таких випадках кажуть, що система заглохла.

Зупинка виникає внаслідок падіння тиску пари, якого може виявитися недостатньо для продування парової системи від конденсату. Проблема більш імовірна, коли система (як у випадку із зерносушаркою) має великий діапазон регулювання подачі пари від повного навантаження до малого.

Не всі системи з регульованою температурою зупиняться, але протитиск, який створюється в системі збору та відведення конденсату, може негативно вплинути на роботу конденсатовідвідника. Це, своєю чергою, може погіршити теплопередачу процесу.

Тому лінії відведення конденсату мають бути налаштовані так, щоб конденсат не затопив загальну магістраль, у яку вони зливаються, як показано на малюнку 8.

На фото: Через відсутність правильної системи дренажу конденсату, під час настання від’ємних температур повітря, конденсат, що накопичився в трубах теплообмінника зерносушарки, може замерзнути. Це з високою часткою ймовірності призведе до того, що труби лопнуть. Особливо, якщо теплообмінник з вуглецевої сталі, а не з нержавійки. Щоб таке не відбувалося, взимку потрібно зливати конденсат негайно після зупинки зерносушарки. Краще, якщо це відбуватиметься автоматично без втручання людського фактора.

Вхід зверху, вихід знизу

Вхід зверху збоку, вихід знизу збоку

Два теплообмінники

Постачання теплообмінника через правильну лінію подачі пари, правильне під’єднання, швидке та належне відведення конденсату разом із видаленням пускового повітря, хороша станція підготовки води – це основні вимоги для отримання:

• Високого ступеня теплопередачі (продуктивності);
• Зниження навантажень на теплообмінник і труби;
• Тривалого терміну експлуатації без поломок.

Тому, перед монтажем сушарки та парового господарства, вам потрібно замовити проєкт у професійній проєктній організації, яка має відповідний досвід.

В іншому разі ви витратите набагато більше часу та коштів на виправлення наслідків неправильного проєктування.