1.3.Выбор конденсатоотводчика.

Для обеспечения работоспособности паропровода в нем по технологии предусматривается установка конденсатоотводчика. В данном проекте используется поплавковый муфтовый конденсатоотводчик с опрокинутым поплавком, т.к. данный тип отличается компактностью и надежностью эксплуатации.

Описание принципа работы.

Принципиальная схема конденсатоотводчика с опрокинутым поплавком приведена на рис.1.3.

Конденсатоотводчик состоит из корпуса и крышки, соединенных болтами, поплавка, рычага с золотником.

Поплавок выполнен в виде опрокинутого стакана. В донышке поплавка имеется отверстие для выпуска воздуха и неконденсированных газов. Запорный орган выполнен в виде седла и золотника, закрепленном на рычажном механизме. Рычажный механизм связан с поплавком.

При работе конденсат поступает под поплавок. При первом пуске конденсатоотводчика вся полость поплавка заполняется водой, а воздух выходит через небольшое отверстие в донышке поплавка. Под действием собственной массы поплавок опускается вниз и при помощи рычага отводит золотник от седла, открывая выходное отверстие в седле для прохода конденсата.

Пар, воздух или газ, поступая в конденсатоотводчик, вытесняют конденсат из поплавка, поплавок поднимается и при помощи рычага и золотника закрывает проходное отверстие конденсатоотводчика, прекращая утечку пара.

Таким образом осуществляется периодический отвод конденсата.

Конденсатоотводчик имеет две пробки: одну, расположенную на крышке и предназначенную для заливки конденсатоотводчика при первоначальном пуске, и вторую, расположенную в нижней части конденсатоотводчика и предназначенную для удаления загрязнений и слива конденсата при длительном прекращении эксплуатации конденсатоотводчика.

Конденсатоотводчик должен устанавливаться крышкой вверх.

Подбор конденсатоотводчика.

Подбор конденсатоотводчика производится по условной пропускной способности Kву, т/ч. Условная пропускная способность Kву определяется конструкцией приточной части конденсатоотводчика и численно равна расходу жидкости в т/ч, плотностью 1 г/см 3 , протекающей через конденсатоотводчик при его максимальном открытии и перепаде давлений на нем в 1кгс/см 2 .

Условная пропускная способность конденсатоотводчика:

где G – расчетный расход конденсата, т/ч;

ΔР – перепад давлений на конденсатоотводчике:

ΔР=1кгс/см 2

ρ – плотность среды, протекающей через конденсатоотводчик при температуре конденсации (tк=180˚С) ρ=0,887г/см 3

=1,805т/ч

Согласно полученному значению по каталогу поплавковых муфтовых конденсатоотводчиков с опрокинутым поплавком выбираем стандартный конденсатоотводчик и выписываем его параметры:

Условное обозначение: 45ч13нж2

Диаметр условного прохода Ду, мм: 50

Допустимый перепад давления ΔР, МПа: 0,03-0,8

Исполнение: общепромышленное

Диаметр сменного седла, мм: 10

Условная пропускная способность Кву, м 3 /ч: 2,5

Код по ОКП: 37 2261 1112 01

Формула расчета выглядит следующим образом:

где:
D - диаметр трубопровода, мм

Q - расход, м3/ч

v - допустимая скорость потока в м/с

Удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/кг, это означает, что объемный расход 1000 кг/ч насыщенного пара при 10 бар будет составлять 1000х0,194=194 м3/ч. Удельный объем перегретого пара при 10 бар и температуре 300°С равен 0,2579 м3/кг, а объемный расход при том же количестве пара уже будет составлять 258 м3/ч. Таким образом можно утверждать, что один и тот же трубопровод не подойдет для транспортировки и насыщенного, и перегретого пара.

Приведем несколько примеров расчетов трубопроводов для разных сред:

1. Среда - вода. Сделаем расчет при объемном расходе - 120 м3/ч и скорости потока v=2 м/с.
D= =146 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 150.

2. Среда - насыщенный пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока - 15 м/с. В соответствии с удельный объем насыщенного пара при давлении 10 бар равен 0,194 м3/ч.
D= = 96 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 100.

3. Среда - перегретый пар. Сделаем расчет для следующих параметров: объемный расход - 2000 кг/ч, давление - 10 бар при скорости потока 15 м/с. Удельный объем перегретого пара при заданном давлении и температуре, например, 250°С, равен 0,2326 м3/ч.
D= =105 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 125.

4. Среда - конденсат. В данном случае расчет диаметра трубопровода (конденсатопровода) имеет особенность, которую необходимо учитывать при расчетах, а именно: необходимо принимать во внимание долю пара от разгрузки. Конденсат, проходя через конденсатоотводчик, и попадая в конденсатопровод, разгружается (то есть конденсируется) в нем.
Доля пара от разгрузки определяется по следующей формуле:
Доля пара от разгрузки =, где

h1 - энтальпия конденсата перед конденсатоотводчиком;
h2 - энтальпия конденсата в конденсатной сети при соответствующем давлении;
r - теплота парообразования при соответствующем давлении в конденсатной сети.
По упрощенной формуле доля пара от разгрузки определяется, как разность температур до и после конденсатоотводчика х 0,2.

Формула расчета диаметра коденсатопровода будет выглядеть так:

D= , где
ДР - доля от разгрузки конденсата
Q - количество конденсата, кг/ч
v” - удельный объем, м3/кг
Проведем расчет конденсатопровода для следующих исходных значений: расход пара - 2000 кг/ч с давлением - 12 бар (энтальпия h’=798 кДж/кг), разгруженного до давления 6 бар (энтальпия h’=670 кДж/кг, удельный объем v”=0.316 м3/кг и теплота конденсирования r=2085 кДж/кг), скорость потока 10 м/с.

Доля пара от разгрузки = = 6,14 %
Количество разгруженного пара будет равно: 2000 х 0,0614=123 кг/ч или
123х0,316= 39 м3/ч

D= = 37 мм.
То есть необходим трубопровод с номинальным диаметром DN 40.

ДОПУСТИМАЯ СКОРОСТЬ ПОТОКА

Показатель скорости потока - не менее важный показатель при расчете трубопроводов. При определении скорости потока необходимо учитывать следующие факторы:

Потери давления. При высокой скорости потока можно выбрать меньший диаметр трубопроводов, однако при этом происходит значительная потеря давления.

Стоимость трубопроводов. Низкая скорость потока приведет к выбору большего диаметра трубопроводов.

Шум. Высокая скорость потока сопровождается увеличенным шумовым эффектом.

Износ. Высокая скорость потока (особенно в случае конденсата) приводит к эрозии трубопроводов.

Как правило, основной причиной возникновения проблем с отведением конденсата является именно заниженный диаметр трубопроводов и неверный подбор конденсатоотводчиков.

После конденсатоотводчика частички конденсата, двигаясь по трубопроводу со скоростью пара от разгрузки, достигают поворота, ударяются о стенку поворотного отвода, и скапливаются в месте поворота. После этого с высокой скоростью выталкиваются вдоль трубопроводов, приводя к их эрозии. Опыт показывает, что 75% протечек в конденсатопроводах происходит в трубных коленах.

Чтобы снизить вероятное возникновение эрозии и ее негативное воздействие, необходимо для систем с поплавковыми конденсатоотводчиками для расчета принимать скорость потока около 10 м/с, а для систем с другими типами конденсатоотводчиков - 6 -8 м/с. При расчетах конденсатопроводов, в которых отсутствует пар от разгрузки, очень важно делать расчеты, как для водопроводов со скоростью потока 1,5 - 2 м/с, а в остальных учитывать долю пара от разгрузки.

В таблице ниже приведены нормы скорости потока для некоторых сред:

1. Место установки.
2. Перепад давления.
3. Расход конденсата (кг/час).
4. Диаграмма пропускной способности.

1. Место установки.

Наилучший вариант или альтернативу можно подобрать из таблицы подбора конденсатоотводчиков.

2. Перепад давления.

Перепад давления – это разница между давлениями на входе в конденсатоотводчик и на выходе из него. Например, если входное давление 8 бар и конденсат отводится в атмосферу, перепад давления составит 8бар – 0 бар = 8бар. После конденсатоотводчика, каждый метр подъема конденсатной линии 0,11 бар противодавления. Если бы в предыдущем примере конденсатная линия поднималась на 5 метров после конденсатоотводчика.

Bпротиводавление составит: 0.11 х 5 = 0.55 бар.
А перепад давления составит: 8-0.55 = 7.45 бар.

Если конденсат подсоединен в разные конденсатные линии, считается общее противодавление и в соответствии с ним подбирается конденсатоотводчик.

3. Расход конденсата.

Обычно, берется во внимание информация, которую предоставляет производитель пароиспользующего оборудования. Данные по расходу конденсата указываются в технической документации к оборудованию. Если таких данных нет, количество конденсата легко можно рассчитать, учитывая диаметр паровой трубы, плотность потока и т.д. Так же в случае, если это не какой-то специфический процесс, данные по расходу пара на паровой установке даны во всевозможных технических таблицах.

При проектировании пароконденсатных систем одной из главных задач является правильная организация отвода конденсата. Наличие конденсата в паровых системах приводит к гидроударам, снижению тепловой мощности и ухудшению качества пара, поступающего к потребителям. Кроме того, влажный пар вызывает преждевременную коррозию трубопроводов и выход из строя регулирующей и запорной арматуры. Для удаления конденсата из паропроводов используют специальные устройства, называемые конденсатоотводчиками . Существует несколько различных типов конденсатоотводчиков, выбор которых зависит от индивидуальных особенностей того участка паропровода или типа теплообменного оборудования, на котором он установлен. Конденсатоотводчик должен пропускать конденсат, при этом исключая попадание пролетного пара в линию возврата конденсата.

Конденсатоотводчики можно разделить на три группы : механические, термостатические и термодинамические.

Механические конденсатоотводчики Принцип действия таких конденсатоотводчиков основывается на разности плотности жидкости (конденсат) и газа (в данном случае – пар). Здесь выделяются следующие два типа механических конденсатоотводчиков:

Поплавковый конденсатоотводчик со сферическим поплавком. Самым распространенным типом механического конденсатоотводчика является поплавковый со сферическим поплавком. Данный конденсатоотводчик обладает большой пропускной способностью. Отводит конденсат сразу после образования. Содержит встроенный биметаллический клапан для выпуска воздуха. Внутренние компоненты выполнены из нержавеющей стали. При отсутствии конденсата поплавок опущен и клапан закрыт. По мере поступления конденсата в поплавковую камеру поплавок начинает всплывать и открывает клапан, выпускающий конденсат. При поступлении пара уровень конденсата снижается, и поплавок опускается, закрывая выпускной клапан. Данный тип конденсатоотводчика рекомендуется для удаления конденсата из нагревателей, теплообменников, сушилок, варочных котлов и другого оборудования в отапливаемых помещениях. Подвержен замерзанию.

Поплавковый конденсатоотводчик с опрокинутым стаканом. Даннный конденсатоотводчик работает циклически. Для его нормальной работы необходимо заполнение гидрозатвора. При отсутствии конденсата поплавок опущен и клапан открыт. Конденсат, поступая в корпус, выходит через выпускной клапан в конденсатную линию. При попадании пара в пространство под поплавком поплавок всплывает и закрывает выпускной клапан. После конденсации пара поплавок опускается и открывает выпускной клапан. Подвержен замерзанию.

Термостатические конденсатоотводчики Принцип действия данных конденсатоотводчиков основан на разнице температур пара и конденсата. Здесь выделяются следующие два типа термостатических конденсатоотводчиков:

Капсульные конденсатоотводчики. В качестве запорного клапана используется термостатическая капсула. Данный конденсатоотводчик пропускает конденсат и воздух, препятствуя прохождению пара. Может использоваться в качестве автоматического воздушника в паровых системах. Использование различных типов термостатов позволяет подбирать конденсатоотводчик таким образом, чтобы конденсат выпускался охлажденным. Рекомендуется для дренажа паровых линий в отапливаемых помещениях, а также для варочных котлов, стерилизаторов и другого теплообменного оборудования.

Биметаллические конденсатоотводчики. В качестве запорного устройства используется биметаллический клапан. Данный конденсатоотводчик, как и капсульный, пропускает конденсат и воздух, препятствуя прохождению пара. Может использоваться в качестве автоматического воздушника в паровых системах. Устойчив к отрицательным температурам и гидроударам. Рекомендуется для дренажа паровых линий вне помещений, а также для варочных котлов, стерилизаторов и другого теплообменного оборудования. Термодинамические конденсатоотводчики Принцип действия данных конденсатоотводчиков основан на разнице скоростей прохождения пара и конденсата в зазоре между диском и седлом. При прохождении конденсата скорость низкая, и диск находится в верхнем положении. Когда в конденсатоотводчик поступает пар, скорость увеличивается, статическое давление под диском падает, и диск опускается на седло. Пар, находящийся над диском, благодаря большей площади контакта удерживает диск в закрытом положении. По мере конденсации пара давление над диском снижается, и диск снова поднимается, пропуская конденсат. Термодинамический конденсатоотводчик является самым низкоэффективным из всех перечисленных типов. Может применяться для дренажа паровых магистралей вне помещений, в тех случаях когда возврат конденсата не осуществляется.

Выбор конденсатоотводчика При выборе конденсатоотводчика необходимо учитывать следующие факторы: — Необходимо определиться с типом конденсатоотводчика . Выбор типа зависит от места установки и типа потребителя, за которым устанавливается конденсатоотводчик. На выбор типа конденсатоотводчика оказывают влияние параметры пара и особенности системы: изменение нагрузок, цикличность режимов работы, гидроудары и другое. — Следующим шагом является определение типоразмера . Диаметр конденсатоотводчика выбирается по пропускной способностью конденсатоотводчика и перепаду давления на нем. Как правило, возникают трудности с определением перепада давления, т. к. на линии возврата конденсата обычно не устанавливаются манометры. Поэтому при расчете пропускной способности принято использовать коэффициенты запаса. Таблица 1. Рекомендации по выбору конденсатоотводчиков.

Подбор конденсатоотводчика

Подбор конденсационных горшков следует производить по разности давлений пара до и после горшка, а также по производительности горшка.

Давление пара до горшка Р 1 следует принимать равным 95 % давления пара перед нагревательным прибором, за которым установлен горшок.

Давление пара после горшка Р 2 надлежит принимать в зависимости от типа горшка и от давления пара перед прибором, за которым установлен горшок, но не более 40 % этого давления.

При свободном сливе конденсата давление после горшка Р 2 можно принять равным атмосферному.

Разность давлений пара до и после горшка, ДР, определяем следующим образом:

Затем по графику определяем номер конденсационного горшка с открытым поплавком.

При максимальной производительности горшка равной л/час (она равна расходу греющего пара, подаваемого в калорифер) и разности давлений ДР=4.34 ат, номер конденсационного горшка будет №00

Расчёт и выбор циклонов

Воздух, выходящий из сушильного барабана, очищается в циклонах, мокром пылеуловителе.

Определим наибольший диаметр частицы материала, уносимого из барабана в циклон вместе с отработанным воздухом.

Для этой цели рассчитаем скорости витания, W вит, для частиц диаметром 0.1 мм; 0.15 мм; 0.2 мм; 0.25 мм по формуле

Где м 2 - динамическая вязкость воздуха при температуре воздуха, покидающего сушильный барабан, Па*с;

d - диаметр частицы, м;

Вл.2 - плотность отработанного воздуха, кг/м 3 ;

Ar - критерий Архимеда.

Критерий Архимеда определяем по формуле:

Где - плотность частиц высушиваемого материала, кг/м 3

g - ускорение силы тяжести, м 2 /с.

Для бикарбоната натрия? ч = 1450 кг/м 3 , а динамическая вязкость воздуха при t 2 =60 °C м 2 =0.02*10 -3 Па*с

Тогда определяем Ar по формуле для частицы заданного диаметра, а затем скорость витания.

Результаты вычислений сводим в таблицу.

Скорость отработанного воздуха на выходе из барабана W 2:

Где V вл.2 - расход влажного воздуха, покидающего сушильный барабан, м 3 /с;

F б - площадь поперечного сечения барабана, м 2 ;

в н - коэффициент заполнения барабана насадкой (в н =0.05).

Строим график зависимости W вит =f (d )

Из графика следует, что скорости витания, равной W вит =0.94 м/с, соответствует диаметру частицы d=0.185 мм.

Таким образом, частицы материала, имеющие диаметр больше 0.21мм, будут оставаться в барабане, а меньше 0.185 мм уноситься с отработанным воздухом в циклон. Для очистки воздуха применяем циклон типа НИИОГАЗ.

Основные размеры циклона определяем в зависимости от его диаметра Д, эти размеры приведены в таблице П 5.1

Применяются три типа этих циклонов: ЦН-24, ЦН-15 и ЦН-11. Циклон типа ЦН-24 обеспечивает более высокую производительность при наименьшем гидравлическом сопротивлении и применяется для улавливания крупной пыли (размеры частиц не более 0.2 мм).

Циклоны ЦН-15 и ЦН-11 применяются для улавливания средней (размер 0.1-0.2 мм) и мелкой пыли (размер до 0.1 мм).

При оценке степени улавливания в циклоне, помимо свойств пыли, учитывается скорость газа и диаметр циклона. Циклоны меньшего диаметра имеют больший коэффициент очистки, потому рекомендуется устанавливать циклоны диаметром до 800 мм, а при необходимости устанавливать несколько циклонов, объединяя их в группы, но не более восьми.

Диаметр циклонов Д определяем из уравнения расхода:

Где W ц - условная скорость воздуха, отнесённая у полному поперечному сечению цилиндрической части циклона, м/с.

V вл.2 - количество влажного воздуха на выходе из сушильного барабана, рассчитанное на летние условия работы м 3 /с.

Для улавливания из воздуха частиц марганцевой руды размером меньше d=0.185 мм выбираем циклон типа ЦН-15, коэффициент сопротивления этого циклона ж=160.

Чтобы определить скорость воздуха в циклоне, предварительно зададимся отношением ДР/? вл.2 . Для широко распространённых циклонов НИИОГАЗ отношение ДР/? вл.2 равно 500-750 м 2 /с 2

Принимаем ДР/? вл.2 =740, и из выражения

Определяем условную скорость воздуха:

Тогда диаметр циклона Д:

Так как циклоны типа ЦН-15 с диаметром более 800 мм не экономичны и не выпускаются, то следует установить параллельно несколько циклонов меньшего диаметра. В этом случае диаметр циклонов подбирается постепенно: в формулу подставляем не весь расход воздуха, а делим его на выбранное число аппаратов. Так, если отработанный воздух будет очищаться в двух циклонах, то диаметр циклона будет:

Выбираем нормализованный циклон типа ЦН-15 с диаметром 700 мм. Его конструктивные размеры (в мм): d=420 ; d 1 =410 ; H=3210 ; h 1 =1400 ; h 2 =1600 ; h 3 =210 ; h 4 =1235 ; a=462 ; b 1 = 140; b=182 ; l=430; вес 320 кг.

Гидравлическое сопротивление циклона рассчитываем по уравнению:

Так как аппараты установлены параллельно, то сопротивление батареи циклонов будет равно сопротивлению одного циклона.