установка редуцирования пара что это такое
Устройство редукционного узла
Главная задача любой паровой системы — обеспечить паропотребителей паром с заданными характеристиками. Казалось бы, что проще — установил парогенератор нужной мощности, провел трубопровод, оснастил его нужной арматурой и пользуйся напрямую. Такая схема действительно возможна, но при соблюдении нескольких условий — паропотребитель только один, котел способен выдавать требуемое ему давление, длина паропровода ограничена (перепад давления, теплопотери и скорость пара остаются практически неизменными).
В реальности подобный вариант встречается также редко, как выигрыш в лотерею. Обычно в системе от двух потребителей, для каждого из которых требуются свои характеристики пара. Поэтому практически в любой паровой системе перед потребителем монтируют узлы, основным элементом которых является редукционный клапан.
Редукционный клапан (редуктор, регулятор давления после себя) предназначен для снижения давления поступающего пара до значения, соответствующего требованиям паропотребителя, и его поддержания на заданном уровне при любых изменениях на входе в паровоздушный калорифер, теплообменник и другое аналогичное оборудование.
Что представляет из себя редукционный узел, какие элементы в него входят и почему нельзя устанавливать регулятор давления пара после себя без обвязки, расскажет Андрей Шахтарин, руководитель компании «КВиП».
Что входит в узел регулирования
Редукционный узел или редукционная установка — это комплект оборудования, включающий в себя помимо регулятора давления пара после себя, фильтр грубой очистки, сепаратор, предохранительный клапан, один или несколько конденсатоотводчиков и запорную арматуру. Тут же возникает вопрос, зачем столько оборудования нужно и почему нельзя просто установить редукционный клапан. Дело в том, что устройство довольно требовательно к условиям к эксплуатации и уязвимо к механической эрозии — при прохождении влажного пара на высокой скорости, капли конденсата буду способствовать быстрому износу его седла. Такие особенности редукционного клапана делают его экономически невыгодным без обвязки.
Поэтому совместно с редуктором монтируют ряд устройств, которые позволяют ему нормально работать и выполнять свою функцию:
Фильтр грубой очистки предназначен для очистки пара, подаваемого на редукционный клапан, от грязи, ржавчины и окалины. Защищает клапан от проникновения крупных и средних частиц. Подходит для использования в большинстве систем, за исключением случаев, когда есть особые требования к размеру и количеству включений.
Сепаратор необходим для осушения пара. Причем как на входе редукционного клапана, так и на его выходе (для большинства паровоздушных потребителей необходим именно сухой пар). Тип сепаратора подбирают с учетом его пропускной способности, скорости потока и расчетного падения давления после прохождения пара через устройство. Подробно о выборе этого устройства мы писали в этой статье.
Конденсатоотводчики устанавливают непосредственно перед редукционным клапаном. Это позволит предотвратить накопление конденсата при его закрытии. В частных случаях устройства также размещают за регулятором давления пара после себя, если паропровод после него поднимается наверх. Или между двумя редукционным клапанами, если схема предполагает их последовательное подключение. При монтаже редуктора на вертикальном трубопроводе, дренаж можно и не предусматривать.
Предохранительный клапан предотвращает повышение давления при неправильной настройке системы или выходе из строя регулятора давления пара после себя, предупреждает появление гидроударов в редукционной установке.
Запорная арматура устанавливается для перекрытия потока среды во время профилактических работ и при обслуживании узла.
Это минимальный набор компонентов, который должен быть в редукционной установке. Без них нормальная работа редуктора невозможна. При этом стоит учитывать, что подбор регулятора давления пара после себя должен выполняться сразу с окружением. В противном случае возможна ситуация, что купив недорогой редукционный клапан, вы потратите в несколько раз больше денег на его обвязку, а также последующий монтаж и обслуживание. Чтобы не ошибиться, обращайтесь к специалистам «КВиП», мы поможем подобрать подходящее оборудование.
Кроме того, сегодня производители предлагают усовершенствованные редукционные клапаны, представляющие собой по сути почти полноценный узел регулирования. Конструкция таких редукторов предусматривает встроенный фильтр, сепаратор и конденсатоотводчик. Нет только предохранительного клапана и отсечной арматуры. Такие модели занимают немного места в составе редукционного узла и требуют в меньше фланцев при сборе. Кроме того, все компоненты подобраны по расходным характеристикам, что практически исключает риск технической ошибки.
Частные случаи редукционного узла
Некоторые схемы узла регулирования предусматривают последовательную установку двух редукционных клапанов, если необходимо снизить для потребителя высокое давление пара до очень низких значений. В этом случае перед первым редуктором делают стабилизирующий участок длиной от 8хDN и демпферный — между клапанами не менее 5 метров.
Кроме того, рекомендуется, чтобы второй регулятора давления пара после себя был на два номинальных размера больше первого. Этот момент касается и диаметра паропровода после второго устройства.
Еще один частный случай, предусматривающий установку второго редукционного клапана — необходимость изменения давления в широком диапазоне, от минимального до максимального, при этом редуцироваться оно должно очень точно даже при минимальных расходах пара. Редукторы монтируются параллельно, при этом во время подбора типоразмера устройства придерживаются следующего правила. Давление настройки регулятора большего размера должно быть немного ниже характеристик меньшего клапана, чтобы при повышении давления он закрывался раньше. Такая разница обеспечит полноценную работу обоих устройств. Большой клапан редуцирует при высокой нагрузке, малый — при низкой.
За более подробной информацией по особенностям монтажа редукционной установки и подбором оборудования обращайтесь к нашим специалистам любым удобным способом.
Установка для редуцирования потока пара с вихревой трубой
На электростанциях и в котельных для приведения параметров технологического пара в соответствие с характеристиками промышленного оборудования нередко приходится снижать его параметры. С целью одновременного уменьшения давления и температуры пара используются редукционно-охладительные установки (РОУ). В них происходит дросселирование пара в регулирующих клапанах и снижение температуры путем впрыска в нет охлаждающей воды, В тех случаях, когда необходимо снизить только давление пара, применяются редукционные установки (РУ), в которых осуществляется дросселирование пара в регулирующих клапанах, т.е. РУ отличается от РОУ лишь отсутствием впрыска охлаждающей воды. Поэтому для простоты рассмотрим процесс дросселирования пара на примере РУ (рис.1). По трубопроводу 1 пар поступает на РУ, где в дросселирующем клапане 2 происходит резкое снижение его давления до заданного значения. По трубопроводу 4 редуцированный пар направляется потребителю. С помощью регулятора 3 заданное давление пара за РУ можно под-держивать автоматически. На рисунке ниже приведен также график изменения давления пара на РУ — от Pj на входе до на выходе. Одновременно снижается и температура редуцируемого пара.
Следует отметить, что преднамеренное снижение давления пара (P2-P1) путем дросселирования в регулирующем клапане — это бесполезная потеря его энергетического потенциала. Однако возможна технологическая схема редуцирования, позволяющая в определенной степени компенсировать эту потерю. Особенность схемы заключается в применении вихревой трубы (ВТ), в которой происходит разделение подаваемого в нее потока пара или газа на два потока с меньшим давлением — холодный и горячий (рис. 2). Температура холодного потока может быть значительно ниже, чем редуцированного пара при обычном дросселировании, а температура горячего потока — намного выше, чем пара, поступающего на установку редуцирования. Значения температур обоих потоков на выходе из ВТ можно регулировать в определенных пределах в зависимости от конкретной потребности.
Принцип работы при этой схеме состоит в следующем. Подаваемый по трубопроводу 1 в вихревую трубу 2 пар с помощью завихрителя 3 приводится во вращение. Во вращающемся потоке происходят сложные термодинамические процессы, в результате которых поток приобретает значительный температурный градиент по радиусу ВТ Благодаря этому из осевой зоны ВТ можно отобрать охлажденный поток 4, а от периферийной — горячий поток 5 теплоносителя.
Обычно ВТ используются для получения холода, поскольку источники тепла более доступны. Однако в нашем случае интерес представляет горячий поток. Использование ВТ в схеме редуцирования позволит повысить энергетический потенциал горячей части потока пара за счет увеличения его температуры, что частично компенсирует потери при дросселировании.
Название ‘»холодный поток” в данном случае имеет условный характер. Температура пара в этом потоке выше температуры его насыщения при существующем давлении, ко значительно ниже температуры пара в горячем потоке. Последний может быть использован в различных технологических процессах, для подогрева воздуха, воды, другого потока пара.
На рис. 3 в качестве примера приведена схема редуцирования пара, поступающего по трубопроводу 1 в РУ, оборудованную ВТ 2. В этой схеме пар тех же исходных параметров предварительно подогревает воду в подогревателе 3. Поступающий в ВТ пар редуцируется и разделяется на два потока — холодный 4 и горячий 5. Горячий поток имеет температуру значительно выше, чем у пара, подаваемого в ВТ и подогреватель 3. Поэтому целесообразно использовать горячий поток пара 5 после ВТ для дополнительного подогрева воды в подогревателе 6 до более высокой температуры. При этом подогрев воды может быть осуществлен до более высокой температуры, чем при нагреве паром, поступающим в ВТ и подогреватель 3. Пар горячего потока 5, отдав тепло перегрева воде в подогревателе 6, смешивается с паром холодного потока 4 после ВТ При этом температура общего потока пара усредняется, и он поступает к потребителю Эту температуру можно регулировать, изменяя соотношение расходов смешиваемых потоков.
Более глубокое снижение температуры пара в холодном потоке после ВТ на технологии отрицательно не сказывается, так как основную роль при теплообмене в подогревателях и других потребителях редуцированного пара играют его давление и обусловленная им температура конденсации, а они остаются на заданных значениях. Регулирование расхода пара через ВТ, а следовательно, количества редуцированного пара, осуществляется регулирующим клапаном 7. На него может воздействовать регулятор 8, автоматически поддерживающий заданное давление редуцированного пара.
Таким образом, при дросселировании поступающего в РУ пара энергетический потенциал его уменьшается из-за снижения давления. Однако при срабатывании перепада давлений в ВТ энергетический потенциал горячего потока пара повышается за счет увеличения его температуры.
Как уже отмечалось, ВТ обычно используется для получения холода. Однако в вышеупомянутой книге приведены сведения и о применении ВТ для повышения температуры горячего потока пара, используемого для прогрева корпуса турбин при скоростном их пуске из горячего состояния (температура горячего потока пара на выходе из ВТ на 80-120 °С выше температуры подводимого к ней пара).
При практической реализации схемы редуцирования пара с использованием ВТ следует иметь в виду, что здесь взаимодействуют два явления с противоположным влиянием: при редуцировании пара температура его снижается (дроссель-эффект), а за ВТ температура горячего потока пара возрастает. Влияние дроссель-эффекта увеличивается с повышением давления пара, подлежащего редуцированию. При давлении 12-13 МПа дроссель-эффект полностью нейтрализует явление нагрева горячего потока пара на выходе из ВТ.
Редукционная установка с ВТ может быть оснащена системой автоматики, поддерживающей заданную температуру горячего потока пара за ВТ и давление общею потока редуцированного пара за ВТ, в том числе включающую в себя блок ручного управления БРУ-10.
Практическая реализация рассмотренного способа редуцирования пара с использованием высокотемпературного потока за ВТ может быть различной в зависимости от характера производства.
Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»
Свежие номера
Сегодня, 20 ноября
Ближайшие мероприятия
Редуцирование пара или как получить дополнительный доход
Л. Ганус, директор G—Team по России и СНГ
Большинство паровых котельных, как на производстве, так и в системе ЖКХ, вырабатывают пар более высокого давления, чем это требуется, а затем снижают давление до более низкого значения.
Такая ситуация типична для паровых котлов типа ДКВР, ДЕ и КЕ российского производства, а также для ряда современных жаротрубных котлов российского и зарубежного производства. Почему такое происходит?
Причин здесь несколько.
Первая и основная причина — выработка пара низкого давления практически на всех котлах происходит при более низком КПД, обычно это на 3–4% ниже номинала. Например, работа котла производительностью 10 т/ч на давлении 3 ата вместо расчетных 10 ата ведет к перерасходу топлива в годовом исчислении в размере почти 220 тысяч м 3 газа. Т. е. работа котла на более низком давлении ведет к явному перерасходу топлива!
Вторая причина — зачастую потребителям требуется пар разного давления, и соответственно сначала вырабатывается пар более высокого давления, а затем он редуцируется (происходит снижение давления до нужного значения в специальных редукционных клапанах).
При редуцировании пара его энергия практически сбрасывается и никак не используется. Необходимо отметить, что в СП 89.13330 (актуализированной версии СНиП II-35-76 Котельные установки. Нормы проектирования) появилась рекомендация устанавливать паровые турбины в котельных тепловой мощностью более 10 МВт. Однако пока надежных небольших турбин российского производства, работающих на низком давлении и небольших расходах, нет.
В Чехии компания G-Team сумела создать небольшие противодавленческие турбины, которые могут устанавливаться параллельно с редукционными клапанами и использовать энергию пара на выработку электричества или как привод для насосов.
В отличие от целого ряда имеющихся на рынке российских и импортных установок, турбины G-Team могут работать на входном давлении в несколько атмосфер, главное, чтобы был перепад давления.
Например, на том же паровом котле производительностью 10 т/ч при перепаде с 10 до 1,2 ата можно получить почти 60 кВт х ч или почти 500 тысяч кВт*ч электроэнергии в год, что при сегодняшнем уровне цен равно почти 2,0 млн руб.
Расчеты показывают, что затраты на установку противодавленческих турбин могут окупаться в течение трех-четырех лет.
Схема подключения паровой турбины и аксонометрический чертеж турбины TR320
В России компанией G-Team в настоящий момент выполнено несколько проектов. Один в Екатеринбурге — в 2014 году на паровой котельной установлена противодавленческая турбина с асинхронным двигателем мощностью 320 кВт, работающая в островном режиме; в г. Усть-Илимске установлена турбина мощностью 700 кВт для привода насоса в 2015 году. В Санкт-Петербурге запроектированы две турбины по 650 кВт для работы параллельно с сетью, проект находится в стадии согласования.
Чешская компания предлагает различные схемы реализации проекта, включая вариант с энергосервисным контрактом, по которому заказчику необходимо только оплатить проектные и монтажные работы по установке турбины российским компаниям. Плата за турбину будет производиться за счет средств, полученных от экономии электроэнергии.
Ниже приведена схема подключения паровой турбины и аксонометрический чертеж турбины TR320.
spirax_sarco
spirax_sarcoПароконденсатные системы для промышленных предприятий
При эксплуатации паровых систем часто возникает вопрос, происходит ли перегрев насыщенного пара при его редуцировании? Требуется ли после редуцирования давления снижать температуру пара до состояния соответствующего его насыщению, например, с помощью редукционно-охладительной установки (РОУ)?
С одной стороны, использование перегретого пара в теплообменных процессах нежелательно, с другой стороны, установка РОУ – технически сложная и недешевая задача, поэтому вопрос о необходимости снятия перегрева исключительно важен.
Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо четко понимать процессы, протекающие при редуцировании пара.
Как известно, общее теплосодержание сухого насыщенного пара (hg) складывается из энергии, содержащейся в воде, нагретой до состояния кипения (hf) и энергии, затраченной на парообразование (hfg):
Как уже упоминалось выше, абсолютно сухого пара в условиях производства добиться невозможно. Современные паровые котлы обеспечивают на выходе степень сухости пара, 90-95%. Кроме того, по мере движения пара по трубопроводам, из-за потерь тепла в окружающую среду, часть пара конденсируется, и в потоке пара летят в виде тумана мельчайшие капельки влаги. Таким образом, в зависимости от состояния теплоизоляции, протяженности паропровода, способа его прокладки (в помещении, на улице, надземная, подземная, канальная или безканальная), наличия узлов дренажа, наличия сепаратора пара перед редукционным клапаном, и т.д., пар может иметь степень сухости от 85 до 99%.
Итак, пар перед редукционным клапаном имеет конкретное теплосодержание, определяемое его давлением, температурой и степенью сухости. Чем ниже давление насыщенного пара, тем ниже его температура. Это значит, что при редуцировании сухой насыщенный пар должен перегреваться, ведь температура пара до редуцирования выше, чем после. Происходит ли это на самом деле? Все зависит от конкретных условий.
Пример 1: Пар, со степенью сухости 0,9, т. е. 90% редуцируется с 8 до 4 бар изб.
Значения удельных энтальпий можно узнать из таблиц состояния водяного пара:
При давлении 8 бар изб.: hf = 743,1 кДж/кг hfg = 2030,9 кДж/кг
При давлении 4 бар изб.: hf = 640,7 кДж/кг hfg = 2108,1 кДж/кг
Степень сухости χ учитывается при определении фактической энтальпии и при давлении 8 бар изб. (на входе в редукционный клапан) составит (2):
743,1 + (2030,9 · 0,9) = 2570,9 кДж/кг
Это количество тепловой энергии остается в паре и после редуцирования, т.е. при снижении давления до 4 бар изб.
В то же время теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. составляет (1):
640,7 + 2108,1 = 2748,8 кДж/кг
Поскольку фактическая энтальпия пара при избыточном давлении 4 бар изб. меньше, чем теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб., пар не перегревается, и в нем остается влага.
Количество влаги, оставшейся в пароводяной смеси определяется из формулы (2):
640,7 + (2108,1 · χ)=2570,9 кДж/кг
Поэтому степень сухости пара при давлении 4 бар изб составит 91,6%.
Поскольку полная энтальпия после прохождения через редукционный клапан меньше, чем полная энтальпия пара при давлении 4 бар изб., пар остается влажным. Фактически, он слегка подсушится с 90% до 91,6%. А это значит, установка о не требуется.
Пример 2: Пар редуцируется с 8 до 4 бар изб., перед редукционным клапаном установлен сепаратор пара, обеспечивающий степень сухости 99%. Значения удельных энтальпий берём из предыдущего примера.
Значение фактической энтальпии при избыточном давлении 8 бар изб. (на входе в редукционный клапан) составит (2):
743,1 + (2030,9 · 0,99) = 2753,7 кДж/кг
Это количество тепловой энергии остается в паре и после редуцирования, т.е. при снижении давления до 4 бар изб.
В то же время, теоретическая полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. составляет (из прошлого примера) 2748,8 кДж/кг.
Фактическая полная энтальпия пара выше, чем полная энтальпия сухого насыщенного пара при давлении 4 бар изб. Поэтому пар будет не только на 100% сухой, но и на несколько градусов перегрет.
Степень перегрева можно определить из таблиц перегретого пара или по h-s диаграмме, используя значения фактической энтальпии и давления пара.
Избыточная энергия составляет 2753,7-2748,8=4,9 кДж на 1 кг редуцируемого пара. Эта энергия тратится на повышение температуры пара выше температуры насыщения, а именно, с 152°С до 154,2°С, т.е. на 2,2°С.
При расходе пара 2000 кг/ч (от редукционного клапана пар поступает по трубопроводу Ду100 (Ø108х4) с теплоизоляцией толщиной 50 мм) «избыток» энергии составит:
Т.е. через 47 метров перегрев в 2,2 °С исчезнет.
Однако обычно редукционные клапаны не изолируются. Потери в окружающую среду от редукционного клапана Ду65 можно принять как от неизолированного трубопровода длиной 0,5м, они составляют:
В свою очередь, коэффициент теплопередачи через стенку определяется как:
Общий коэффициент теплоотдачи определяется как сумма коэффициентов
конвективной и лучистой теплоотдачи:
где αк– коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/м2°С
αЛ- коэффициент лучистой теплоотдачи, Вт/м2°С
Коэффициент конвективной теплоотдачи зависит от скорости воздуха и направления потока по отношению к оси трубопровода, его диаметра и теплофизических характеристик воздуха. При ламинарном режиме движения воздуха (число Рейнольдса Re меньше 1000):
Число Рейнольдса определяется как:
Коэффициент лучистой теплопередачи определяется по формуле:
где εΠ – степень черноты трубопровода, рекомендуется принимать 0,9
Co = 5,78 Вт/м2K4- коэффициент излучения абсолютно черного тела
ΤΠ – температура пара, °С
ΤΒ – температура окружающего воздуха, °С
Результаты расчетов теплопотерь через неизолированный участок паропровода сведены в таблицу (А):
Так как избыток тепловой энергии, образовавшийся при редуцировании (2,7 кВт), меньше, чем теплопотери в окружающую среду через неизолированный редукционный клапан (5,0 кВт), то пар на выходе из редукционного клапана перегрет не будет.
Таким образом, даже при редуцировании практически сухого пара образовавшийся перегрев исчезнет почти сразу за редукционным клапаном и установка охладителя пара не требуется.
Если редукционный клапан хорошо теплоизолирован, то пар на выходе из него будет перегрет. Количество воды, требуемое для впрыска в пар, чтобы привести его в состояние насыщения, определяется по формуле:
Таким образом, чтобы привести перегретый пар к состоянию насыщения, необходимо впрыскивать в него 4,2 кг воды в час. Это очень маленький расход, поддерживать его с достаточной точностью очень сложно, потребуется применение специальных регулирующих клапанов.
Подведя итоги, можно сказать, что зачастую при редуцировании пар либо не перегревается вообще, либо перегрев незначителен, и им можно пренебречь. Решение об установке охладителя пара следует принимать только после тщательных расчетов, убедившись, что оно экономически оправдано.
Больше материалов Вы сможете найти на нашем сайте в разделе «Академия пара»
Редукционная установка: концепция эффективности
Введение
Благодаря своей уникальной способности в передаче тепловой энергии, пар широко используется в качестве энергетической среды
При производстве пара очень важно обеспечить требования потребителей пара. В зависимости от этих требований существуют различные подходы к обеспечению потребителей паром с требуемыми характеристиками.
Поэтому редукционная установка или станция редуцирования давления как система контролирующая качество, необходимое конечному потребителю получила очень широкое применение на производственных предприятиях.
Такие контролирующие системы обычно основаны на регулирующих клапанах, которые работают как от дополнительной энергии (электрической и пневматической) так и без помощи дополнительной энергии (действующий автоматически, так называемого «прямого действия»).
В данной статье представлена концепция редукционной установки работающей без помощи дополнительной энергии.
Некоторые товары из каталога:
Проектирование
Автоматически действующий контроллер давления работает как специальный регулирующий клапан, (редукционный клапан). Этот клапан относится к группе регуляторов давления без использования внешней энергии, то есть действующих автоматически в системе вспомогательных и дозирующих клапанов и ниппелей, необходимых в редукционной установке.
Термин «редукционная установка» включает все необходимые компоненты вместе с вспомогательными элементами трубопроводной арматуры.
На рис. 1 изображена концептуальная модель стандартной редукционной установки
На рисунке отчетливо виден главный трубопровод и байпасная линия.
Во время движения пара в трубопроводе постоянно образуется конденсат, который необходимо дренировать через конденсатоотводчик основного трубопровода. Отвод конденсата в трубопроводе высокого давления, в форме механического поплавкового конденсатоотводчика, хорошо продемонстрирован на рис. 1.
Редукционная установка и трубопроводная арматура
Ниже дано описание выполняемых функций и выбор трубопроводной арматуры для редукционной установки. Порядок подбора трубопроводной арматуры для редукционной установки описан в статье далее.
Запорный клапан ARI-FABA®
Фильтр грубой очистки ARI-Strainer
Фильтр грубой очистки ARI-Strainer или фильтр сетчатый ARI-Strainer необходимо установить на трубопроводе с высоким давлением, чтобы защитить седло и затвор редукционного клапана.
Во избежание накопления конденсата фильтр грубой очистки ARI-Strainer, а точнее его корзина должна быть установлена в бок.
По нашему практическому опыту в установке фильтра возможны вариации.
Мы рекомендуем нашим заказчикам устанавливать фильтр грубой очистки ARI-Strainer не после запорного клапана, а перед запорным клапаном. Такой монтаж фильтра грубой очистки позволит защитить седло и затвор не только редукционного клапана но и запорного клапана.
Редукционный клапан ARI-PREDU®
Нижнее давление воздействует посредством линии управления на диафрагму привода, где оно конвертируется в силу противодействующую силе сжатия и воздействует на затвор (снизу вверх). В зависимости от требуемого выходного давления с редукционного клапана может подбираться пружина необходимой жестокости.
Изменение расхода пара влияет на изменение положения затвора клапана до момента восстановления равновесия.
Два сильфона редуктора из нержавеющей стали показаны на рис. 2. Один служит для уплотнения вала от внешних усилий, и других сильфон снимает давление с элемента обеспечивающий равновесие сил на затворе клапана. С этой целью верхнее давление направляется через отверстие в затворе клапана во внутренней части напротив наружного внешнего сильфона редукционного клапана ARI-PREDU®. Внутренняя сторона сильфона редукционного клапана соединяется через отверстия со стороны высокого давления.
Так как эффективная зона сильфона редукционного клапана по размеру совпадает с размером седла, то силы различной направленности уравновешены, таким образом редукционный клапан ARI-PREDU® главным образом не подвержен влиянию колебаний входного давления пара.
В теории автоматического управления редукционный клапан классифицируется как пропорциональный контролер. Такие контролеры характеризуются по параметрам контролирующего отклонения, принимая во внимание, что установка зависит от следующих факторов: сила жесткости пружины, номинальный диаметр и отношение p2/p1.
Клапан предохранительный ARI-SAFE
Когда выбираются составляющие, следует уделить особое внимание фактам, проиллюстрированным на рис. 1, привод редуктора давления и байпас напрямую соединяется с предохранительным клапаном. Это необходимо для продува предохранительного клапана, который не показан на Рис 1. для достижения точности.
Как в случае со всеми паровыми трубопроводами, в трубопроводе должен быть смонтирован конденсатоотводчик, который открывается безопасно. Дальнейшие детали, касающиеся предохранительного клапана описаны в источнике (3).
Конденсатоотводчик поплавковый ARI-CONA®
Конденсатоотводчик поплавковый ARI-CONA® немедленно отводит собравшийся конденсат из системы. Интегрированный тепловой контролирующий элемент обеспечивает автоматическое вентилирование системы во время начала работы редукционной установки.
Смотровое стекло ARI-Armaturen
Смотровое стекло ARI-Armaturen позволяет контролировать работу конденсатоотводчика поплавкового ARI-CONA®.
Проектирование редукционной установки
Благодаря регулируемой величине (отношение максимально возможного расхода среды к минимально разрешенному расходу среды) давление в редукционном клапане меньше чем для регулирующего клапана, работающего на дополнительной энергии, более подходящие рабочие характеристики могут быть достигнуты параллельным соединением редукционных клапанов разных размеров.
Редукционный клапан, установленный на трубопроводе нижнего давления немного пониже и отвечает за амплитуду, а другой редукционный клапан покрывает основную загрузку.
Рис. 3. Программа для подбора трубопроводной арматуры ARI-myValve®
Все эти параметры могут быть определены с помощью программы ARI-myValve® так же как размер и выбор предохранительного клапана.
Подбор конденсатоотводчика зависит от количества конденсата, который собирается в системе. Количество конденсата зависит от специфики системы: длины, диаметра трубопровода, наличия или отсутствия изоляции. Поэтому мы детально не рассматриваем в данной статье метод определения количества конденсата. Как только количество будет определено, номинальный диаметр может быть установлен с помощью диаграмм (диаграмма 2).
Номинальные диаметры трубопровода в станции редуцирования зависят от максимально допустимой скорости потока входных и выходных линий. Следующие характеристики рассматриваются в приблизительных подсчетах:
Насыщенный пар со средней скоростью 25 м/сек; перегретый пар со средней скоростью 50 м/сек
Пример расчета редукционной установки
Схема подбора трубопроводной арматуры, описанная в разделе проектирование редукционной установки может быть проиллюстрирована с использованием перегретого пара со следующими исходными данными:
Входное давление (p1) = 16 bar
Выходное давление (p2) = 8 bar
температура (ϑ) = 300 C
массовый расход среды (Q) = 4000 кг/час
a) После внесения данных в программу и выбора трубопровода согласованного с максимальной скоростью 50 м/с (D1: DN 65; D2: DN 100) расчет редукционной установки с помощью программы ARI-myValve ® дает следующие результаты: kv характеристика 22.9. Принимая во внимание поправочный фактор 1.25, программа выбирает станцию редуцирования DN 50 с kvs 32. В соответствии с каталогом ARI-Armaturen (4), заданные диапазоны давления в 4.5 –10 bar и 8 – 16 bar могут быть выбраны для этой редукционной установки. В этом случае, диапазон 4.5 – 10 bar выбирается с расчетом, что контролируемые отклонения будут меньше.
b) При выключении из работы редукционного клапана, запорный клапан на байпасе должен пропускать необходимый объем, т.е. должен хотя бы иметь kv характеристику 22.9 как рассчитано в пункте a). В данном случае, на основании каталога ARI-Armaturen [4], номинальный диаметр должен быть DN 40 при kvs 27 (контрольный вход). В этом случае необходимо установить запорный клапан номинальным диаметром DN 40. Данный запорный клапан будет использоваться для ручного управления только в исключительных случаях.
c) Давление срабатывания предохранительного клапана выбрано = 10 bar. Максимально допустимый объем потока выведенный из станции редуцирования рассчитанный с ARI-myValve ® следующий: a) (p1 = 16 bar (g) / p2 = 10 bar (g) и D1 = DN 65/D2 = DN 100) и равняется Q = 5188 кг /час. При Q= 5188 кг/час, предохранительный клапан также может быть подобран с ARI-myValve ®: предохранительный клапан ARI-SAFE 900, DN 50.
Важное дополнение: Если есть возможность чтобы байпасный клапан работал с более высокой производительностью чем редукционная установка или они открывались одновременно, то эта добавочная скорость должна приниматься во внимание при определении размера предохранительного клапана!
d) Клапаны в трубопроводе с высоким и низким давлением (запорные клапаны и фильтр грубой очистки) зависят от номинального диаметра соответствующих трубопроводов. Выходной диаметр предохранительного клапана может быть измерен с помощью ARI-myValve ® (данная процедура не раскрывается детально в этой статье). Подбор клапанов и фитингов в на участке с отводом конденсата зависят от конденсатоотводчика. Процедура описанная в разделе «проектирование редукционной установки» подходит к нашему примеру.
Редукционная установка: краткие выводы
Редукционная установка часто используется для подачи пара необходимого давления на выходе. Выходное давление обеспечивается редукционным клапаном прямого действия в системе с другими клапанами. Данная статья иллюстрирует общие подходы и концепцию проектирования редукционной установки – пример станции, работу и схему, основанную на проходных характеристиках клапанов и трубопровода необходимого для этой цели.
[3] Stork, E.: Das Edelstahl-Sicherheitsventil als Hauptkomponente zur Druckabsicherung von Anlagen mit korrosiven Medien. Industriearmaturen Heft 4 1996
[4] ARI-Armaturen: Полный каталог оборудования 2010-2011
В данной статье представлена концептуальная схема и подходы к проектированию редукционной установки с использованием редукционного клапана вместо регулирующего клапана. Вы можете ознакомиться с другими конкретными примерами реализации паро-конденсатных систем под конкретные требования Заказчиков, основанных на оборудовании ARI-Armaturen в разделе реализованные решения.