Конденсатоотводчики поплавковые

КОНДЕНСАТООТВОДЧИКИ

Большинство промышленных предприятий, коммунальных хозяйств, в процессе своей деятельности в большей или в меньшей степени используют водяной пар. В технологических процессах пар передает тепловую энергию в теплообменниках и превращается в горячую воду, или конденсат. Для максимальной теплоотдачи в теплообменниках необходимо своевременно вывести образовавшийся конденсат из системы. Отведенный конденсат вновь поступает в систему в устройства, превращающие горячую воду в пар (парогенераторы, котлы и прочее). Несвоевременное и недостаточное отведение конденсата из системы ведет к затоплению теплообменной поверхности, скачкам температуры пара в паропотребляющем оборудовании, снижению эффективности технологических систем и аварийным ситуациям. Накопление конденсата в паровых трубопроводах ведет к угрозе возникновения гидроудара, что может привести к разрушению трубопровода и его элементов, повреждению арматуры и оборудования. Для решения всех этих проблем существует специальная фазоразделяющая трубопроводная арматура – конденсатоотводчик.

Задача конденсатоотводчика состоит в том, что он должен отвести образовавшийся конденсат и не выпустить пар из системы. Процесс этот осуществляется с помощью механического или гидравлического затвора. Конструкция с механическим затвором получила более широкое распространение.

Оборудование, где применяют конденсатоотводчики, делят на энергетическое и обогревательное. Процесс образования конденсата в энергетических установках пульсирующий, не регулярный. Например, образование конденсата может происходить в процессе прогрева отдельных участков трубопровода в момент пуска оборудования, или в каких либо других случаях. При штатном течении технологического процесса образование конденсата, как правило, не происходит. В паровых трубопроводах и установках, где пар является теплоносителем, а не источником энергии, процесс образования конденсата происходит непрерывно и в больших объемах.

Для отведения конденсата в энергетических установках рекомендовано применять конденсатоотводчики периодического действия поплавкового типа с механическим затвором. В случае применения пара как теплоносителя, для отведения конденсата рекомендовано применять устройства непрерывного действия с гидрозатвором - лабиринтные или сопловые.

Гидрозатвор создается столбом конденсата в гидравлических колонках, или же гидравлическим сопротивлением, создаваемым лабиринтом или подпорной шайбой.

Механический затвор создается клапаном, автоматически открывающимся или закрывающимся при определенных условиях, связанных с наличием конденсата. Практически, конденсатоотводчик с механическим затвором, представляет собой по существу двухпозиционный регулятор прямого действия. Термоэлемент (биметаллические термопластины, термостат) или поплавок в такой конструкции выполняют функции чувствительного элемента и привода. В зависимости от диаметра отверстия в клапане и от гидравлического сопротивления на выпуске бывают конденсатоотводчики различной пропускной способности.

Выбор конкретного конденсатоотводчика должен происходить от показателей перепада давления в системе до и после клапана, количества образованного конденсата. В зависимости от количества образующегося конденсата, объема поплавка, пропускной способности, происходит периодическое открытие и закрытие клапана. Выбор конденсатоотводчика необходимо производить с запасом по пропускной способности, поскольку, если он не успевает отводить образовавшийся конденсат, происходит «захлебывание» конденсатоотводчика, накопление конденсата в системе, снижение ее эффективности и угроза возникновения аварийных ситуаций. Кроме того, частое срабатывание клапана ведет к преждевременному износу уплотняющих поверхностей.

Наиболее распространены конструкции конденсатоотводчиков поплавкового типа, принцип действия которых основан на разнице плотности конденсата и пара. По конструктивному исполнению они бывают с поплавком закрытого, открытого и колокольного типа («опрокинутым»).

Конденсатоотводчики с поплавком закрытого типа бывают с муфтовым (до Ду50) подсоединением к трубопроводу и с фланцевым. Монтаж должен быть осуществлен на горизонтальном участке трубы, в последние годы появились модели для монтажа на вертикально расположенном участке трубопровода. Внутри корпуса расположен герметичный сферический поплавок, соединенный с клапаном посредством рычага. По мере поступления конденсата в полости корпуса происходит всплывание поплавка и поворот рычага, управляющего клапаном. Клапан открывается и выпускает конденсат. При понижении уровня конденсата, поплавок опускается и клапан закрывается. При постоянном поступлении большого объема конденсата клапан находится постоянно в открытом положении и в этом случае конденсатоотводчик работает в непрерывном режиме. Для сохранения плавучести поплавка он должен быть герметичным. Поплавок снабжается противовесом для увеличения чувствительности. Поступивший в полость корпуса воздух удаляется при помощи расположенного в верхней части корпуса воздушного вентиля. Для продувки конденсатоотводчика и принудительного открытия золотника предусмотрен рычаг.

Конденсатоотводчики такой конструкции обладают высокой пропускной способностью, стабильно работают и при небольших перепадах давления, легко осуществляется подбор по производительности, ремонтопригодны.

Конструкция конденсатоотводчика с открытым поплавком: в корпусе конденсатоотводчика расположен цилиндрический полый поплавок, который при поступлении конденсата всплывает и закрывает отверстие выпускного клапана. При дальнейшем поступлении конденсата он заполняет пространство между поплавком и корпусом, переливается через край поплавка и заполняет поплавок. Поплавок теряет плавучесть, опускается вниз и открывает верхний клапан. Под действием давления пара конденсат вытесняется через вертикальную выкидную трубу и клапан, проходит через обратный клапан и поступает на слив. Когда из поплавка будет удален конденсат, поплавок снова всплывает и, поднимаясь, закроет выпускной клапан. Конденсатоотводчик имеет обводный канал, перекрывающийся вентилем. Обводный канал служит для пуска конденсатоотводчика в работу. Для этого выпускной вентиль, закрывают, а выпускной вентиль, открывают. Затем производится обратное действие и конденсатоотводчик включается в работу.

В верхней части стенки выкидной трубы имеется отверстие малого диаметра (2 мм) для выпуска воздуха. С помощью этого отверстия пространство внутри выкидной трубы соединяется с полостью корпуса. Запирающий клапан имеет наконечник с отверстием, которое, в свою очередь, запирается иглой, связанной с поплавком. Игла по отношению к наконечнику имеет продольный ход. Такое устройство с малым диаметром иглы создает малое усилие на игле от гидравлического давления среды, что позволяет поплавку опускаться при малом весе. Последующее открывание наконечником основного седла позволяет обеспечить необходимую пропускную способность конденсатоотводчика. Не рекомендуется применять такую конструкцию конденсатоотводчика на перегретый пар. Работают практически с исключением гидроударов.

Конденсатоотводчик с «опрокинутым» поплавком колокольного представляет собой полый цилиндр, открытый снизу. Из нижней трубы в него поступает конденсат. Своим весом поплавок, действуя на рычаг, открывает клапан. Пока поплавок находится в конденсате, идет выпуск конденсата через открытое отверстие клапана. Когда в поплавок начнет поступать пар, он поднимет поплавок и таким образом закроет выпускной клапан. При новом поступлении конденсата пар выжмется через малое отверстие в верхнем донышке и поплавок снова опустится. Потери пара через малое отверстие незначительны. Конструкция с открытым поплавком проста и надежна, способна работать на перегретом паре.

Монтаж поплавковых конденсатоотводчиков необходимо осуществлять в закрытых помещениях, т.к все модели подвержены замерзанию. Или же вне помещений со специальной защитой от отрицательных температур в зимний период.

Термостатические конденсатоотводчики реагируют на разность температур пара и конденсата. Бывают сильфонные, биметаллические и диафрагмовые. Отдавая тепло, пар превращается в конденсат, температура при этом падает, и при падении температуры происходит отведение конденсата. Используется способность некоторых жидкостей испаряться при температуре парообразования, значительно увеличиваясь в объеме, по сравнению со стадией конденсата. В качестве примера: для того, чтобы отвести конденсат температурой 85-90°С используется смесь из 25% этилового спирта и 75% пропилового спирта. Предварительно залив такой смесью сильфон, его нагревают до температуры кипения, и одновременно с этим верхнее отверстие запаивается, создавая тем самым в полости сильфона вакуум. Применение в конструкции сильфонов из полутомпака (латунь Л80) ограничивает диапазон применения конденсатоотводчиков до давления не выше 6 кгс/см² и температуры пара до +150°С. Но такие модели отличаются дешевизной в изготовлении.

Сильфоны из нержавеющей стали расширяют спектр применимости сильфонных термостатических конденсатоотводчиков. Могут применяться на агрессивные среды, не боятся замерзания, долговечны. Принцип действия сильфонных конденсатоотводчиков заключается в следующем. Пар проходя, нагревает залитую в сильфон жидкость, доводя ее до температуры парообразования, значительно увеличиваясь в объеме, эта смесь создает давление внутри сильфона. Происходит удлинение сильфона при помощи конусного клапана и перекрытие седла. При накоплении конденсата, понижается температура смеси внутри сильфона, возвращая ее в жидкую фазу. Давление на сильфон прекращается, соответственно происходит его сжатие и открытие клапаном отверстия в седле для отвода конденсата. Растяжение сильфонов из полутомпака достигает до 35% от первоначальной длины, из нержавеющей стали – до 20%.

Большого распространения сильфонные конденсатоотводчики не получили из-за недостаточной долговечности сильфонов. Кроме того они не применяются в зоне высоких температур и в условиях, когда теплоотведение затруднено из-за плохой теплоотдачи в связи с изоляцией или тепловой защитой.

Принцип действия термостатических конденсатоотводчиков с биметаллическими термопластинами: при поступлении пара термопластины изгибаются и с помощью шарика перекрывают отверстие для выхода пара. При поступлении конденсата пластины в связи с охлаждением, выпрямляются и снова открывают отверстие для выпуска конденсата. Лабиринтная система из чередующихся сужений и расширений проходного сечения создает большое сопротивление для пара и малое для конденсата (воды). Приведенная конструкция является конденсатоотводчиком непрерывного действия. Пропускная способность этого конденсатоотводчика регулируется подъемом плунжера.

Принцип действия конденсатоотводчика соплового типа: конденсат выпускается через цилиндрическое сопло, имеющее ступенчатое сечение с расширением. Такая форма сопла не образует большого сопротивления для прохода конденсата. Для прохода пара сопротивление его значительно больше, так как при этом происходит внезапное расширение пара, и скорость его соответствует критическому перепаду давлений, в то время как на конденсат действует весь перепад давлений. Наблюдение за работой конденсатоотводчика осуществляется через смотровые окна.

Принцип действия конденсатоотводчика тарельчатого типа термодинамического действия: конденсат перепускается из одной полости в другую, а при поступлении пара диск-тарелка перекрывает проход и выпуск пара не происходит. Работа конденсатоотводчика осуществляется путем использования гидродинамических свойств струи пара и изменения температуры и давления пара, находящегося над тарелкой, проникшего при поступлении конденсата. Конденсат, проходя из одной полости в другую, приподнимает тарелку до тех пор, пока за ним не станет поступать пар. При поступлении пара тарелка прижимается к седлу давлением пара, прошедшего в верхнюю полость корпуса (над тарелкой). Поскольку площадь действия давления пара над тарелкой значительно больше площади отверстия в седле, перекрытие седла осуществляется надежно. Когда в конденсатоотводчик поступит конденсат, температура пара над тарелкой снизится, давление уменьшится и конденсат, приподнимая тарелку, снова начнет поступать из одной полости в другую до тех пор, пока не будет выпущен весь конденсат и не начнет поступать пар, после чего тарелка снова перекроет седло.

В ряде случаев возникает необходимость выпустить воздух из трубопроводной системы, например при ее заполнении либо в связи с выделением воздуха из транспортируемой среды. Эту задачу осуществляют воздухоотводчики или вантузы. Принцип работы таких устройств заключается в том, что воздух выпускается через клапан, закрываемый поплавком. Когда в воздухоотводчике накапливается воздух, он вытесняет воду и поплавок опускается, открывая седло для выпуска воздуха. После выхода воздуха из корпуса поплавок, всплывая, подымает клапан и перекрывает отверстие седла. Вентиляционные устройства, служат как для выпуска накопившегося воздуха, так и для предотвращения возможности образования вакуума в результате действия гидравлического удара в трубопроводе. В левой части конструкции находится воздухоотводчик, работающий как описано выше. В правой части клапан с седлом большого диаметра будет закрыт лишь при наличии избыточного давления. При образовании вакуума седло откроется и пропустит воздух, чтобы не создать опасности разрушения трубопровода внешним атмосферным давлением. Когда в трубопроводе будет создано избыточное давление, клапан закроется.