ИПУ-София, СП. ИНЖЕНЕРИНГ РЕВЮ - Брой 4, 2012

Внос на промишлена арматура Нови методи за мониторинг на кондензоотделители Постоянно увеличаващата се нужда от икономия на енергия и намаляването на емисиите CO2 привличат внимание върху методите за ефективен, надежден и лесен мониторинг на кондензоотделителите (КО), наричани още кондензни гърнета. Съществуват различни начини за оценка работата на КО и откриване онези от тях, които изпускат свежа пара (загуба на пара) или задържат кондензат в системата (натрупване на кондензат). Не всички методи обаче дават сигурни резултати и съответно не дават доказваща информация, а други са изобщо безполезни. Какво прави кондензоотеделителят (КО)? Основната задача на КО е да прави разлика между пара и кондензат в една парна система и да отдели кондензата по контролиран начин, без да позволи загуба на свежа пара. В някои парни системи, КО се използват и за изпускане на въздух и други некондензиращи газове (обезвъздушаване). КО е автоматичен регулиращ вентил. Отварянето и затварянето на КО е функция от типа на използвания регулатор. Съществуват пет основно използвани типове регулатори в КО: Биметални, Термостатични (пълни с течност капсули), Поплавково-регулирани, Инверсни бутала и с термодинамично регулиране. Тези регулатори могат и да бъдат комбинирани, например GESTRA DUPLEX регулатор - за изпускане на големи количества кондензат комбиниран с мембранен регулатор за обезвъздушаване. В тази статия няма да разглеждаме вентили с електрическо управление, каквито също се използват като КО, вентили с твърди диафрагми (дюзи на вентури) и специално проектирани КО оборудвани с регулатори позволяващи известно пропускане на свежа пара (дефинирана загуба на пара). Един КО предназначен да пропуска определено количество пара може да има регулиращ орган с вътрешен или външен байпас с фиксирана (заводски) или променлива настройка. 2 Разширение на кондензата (формиране на вторична пара) Механичните КО използват разликата в налягането в техните отвори (= пад на налягането). Пример: кипящият кондензат се отделя от една парна система (10 barg) до атмосферно налягане (0 barg). Температурата на конзензната линия е функция от налягането в нея. Поради запазването на енергията 0.16 kgпара/kgвода от изпускания кондензат след КО ще се превърне в пара, което е 16% от теглото на кондензата. Този ефект се нарича вторично изпарение (англ. flashing = повторно изпарение на кондензата) и получената от това пара се нарича вторична пара. Ако налягането на парата се понижи от 10 barg до 0 barg, обемът на студената вода остава практически същият. Когато наситената пара се изпари, нейният обем се увеличава от V1 = 1 m3 до V2 = 9.55 m3. Увеличението на обема е значително по-голямо когато кипящия кондензат се превърне във вторична пара: V1 = 1 m3 до V2 = 245 m3. Диаграмата по-долу показва увеличаването на обема при изпарение на кипящ кондензат при разширение в атмосферата. КО, което изпуска вторична пара докато изпуска конднензат, също така ще изпуска и известно количество свежа пара. В следващия пример е приет случай с адиабатно дроселиране: Прегрята пара се получава когато суха пара със паросъдържание x = 1 премине през КО и се изпарява повторно. Процесът е показан като случай A на диаграма 3. Случай B ( x = 0.98) в диаграма 3 показва формирането на вторична пара от влажна пара със само 20 g вода на kg. В случай B температурата на вторичната пара и, ако има, кондензат след КО отговаря на съответното налягане в точка B2. Много често не знаем точното налягане в зоната около изхода на КО. Съществуващото в парната линия налягане зависи от действителния дебит, разликата в наляганията, монтажа на други вентили (напр.възвратни), повдигането на кондензата към събирателния съд и разбира се, от допълнителни кондензни линии към главната кондензна линия. Нещо повече, налягането и температурата в кондензната линия не са постоянни. 3 Техники за проверка и мониторинг на КО 3.1 Визуална оценка работата на КО Визуалната инспекция изисква умения за оценка работата на КО чрез наблюдение на струята пара излизаща от КО. Този метод е ненадежден тъй като е трудно да се направи визуална разлика между вторична и свежа пара. Големината на струята зависи основно от работното налягане, действителния разход на кондензат и неговата температура. Тези фактори определят количеството вторична пара. В случаите когато налягането на парата е много високо е почти невъзможно да се прави разлика между вторична и свежа пара (напомняме, че вторичната пара е резултат от изпарението на горещ кондензат когато преминава в зоната с по ниско налягане). По този начин може да се оцени работата само на КО с периодично отделяне на кондензат (в т.ч.термодинамичен КО с регулиращи дискове) и то от опитен специалист, който е в състояние да забележи промяна в честотата на отваряне и затваряне на КО (износването на уплътнителните елементи води до по-голяма честота). 3.2 Визуална индикация на потока (Наблюдателно стъкло монтирано след КО) Това, което се каза в 3.1 е валидно и тук. Този метод е обаче още по ненадежден, поради факта, че малки количества вторична пара при относително високи скорости на потока създават силна турбуленция вътре в пространството на наблюдателното стъкло. Ако КО работи периодично, то може да се наблюдава само процеса на отваряне и затваряне, но не и изпускането на свежа пара или задържането на кондензат. (Налюдателно стъкло монтирано пред КО) Монтираните пред КО специално проектирани наблюдателни стъкла (напр. GESTRA Vaposcope) дават доста надеждна информация за работа на КО. Оценката не се влияе от образуване на вторична пара. За разлика от случая на монтаж след КО, тук те трябва да могат да издържат по-високи налягания и температури. Корпусът и стъклото, следователно, трябва да бъдат плътни и от високо качество, което води до по-високи първоначални разходи в сравнение с наблюдателно стъкло за монтаж след КО. За да се получат добри резултати от наблюдението работата на КО, наблюдателното стъкло (или Vaposcope) би следвало да е монтирано близо преди КО. В такъв случай дори минимални пропуски на свежа пара или задържане на кондензат ще бъдат забелязани. Ако парата се използва само за подгряване, то задържането на кондензат преди КО няма значение. Ако, обаче, някакъв критичен топлообменен процес изисква сухи нагревни повърхности, то трябва да се инсталира втори Vaposcope в непосредствена близост до кондензатния изход на топлообменния апарат. 3.3. Температурни методи 3.3.1. Определяне температурата на КО чрез допир Един опитен специалист би могъл да определи постоянно блокиралия КО поради неговата ниска температура. Обърнете внимание, че съществува голям риск от изгаряния при допир на горещи повърхности с незащитена ръка. Нещо повече, този метод е твърде субективен и не може да се използва за определяне загуби на свежа пара. 3.3.2. Измерване на температурата на КО с термометър Измерването на повърхностната температура на корпуса на КО чрез контактен или инфрачервен термометър дава стойност по-ниска от действителната температура вътре в КО. Температурното показание се влияе от фактори като дебелина на стената, слоеве боя или друго покритие, степен на корозия и външна температура. Поради факта, че неправилно затварящият КО създава значително охлаждане, този температурен метод (както 3.3.1) е много добър за детектиране на блокирали КО. При термостатични КО пропускащи свежа пара, този метод може да се използва само ако е налице прегрята пара (виж случай A, както е описано в секция 2). Трябва да се вземе предвид, че кондензат се образува не само след топлообменниците и пароспътниците, но също и в парните линии. Тъй като налягането на изхода на КО е обикновено неизвестно, в много случаи този метод не води до надеждна оценка. 3.3.3 Термография Термографията е безконтактен метод за измерване, който дава визуализация на температурите генерирани в КО и парните линии под формата на термично изображение. Точността на термографското изображение на температурите показани в цветове зависи, между други фактори, от адаптацията на измервателното оборудване към околната среда, в която се мери и от естеството на повърхностите. В резултат точността посочена за даденото оборудване често не може да се постигне в реална обстановка. Ситуацията описана в секция 3.3.2 е валидна и тук. Много често при пароспътници се среща следното: Ако система пароспътници на продуктови тръбни линии, напр. в химическо производства, работи с пара ниско налягане (< 5 barg), рядко всички КО включени към общ кондензен колектор ще изпускат кондензат по едно и също време. Температурното показание на изхода на затворени КО може да даде по-високи стойности от тези на входовете им. Причината за това е, че друг КО в близост току що е изпуснал кондензат и поради това се е загряла събирателната тръба обща за всички КО. 3.4. Портативни ръчни „слушащи” устройстваPortable hand-held listening devices 3.4.1. Сравнителен метод „Слушащите” устройства като стетоскопите, комбинирани със „знания” за нормални и анормални звуци, работят само при КО работещи периодично (циклите им се чуват лесно). Честотата на отваряне води до изводи относно работата на КО, но без отчитане загуба на свежа пара. 3.4.2. Измерване на звука издаван от корпуса на КО Измерването на звуци създавани в КО при преминаването на флуиди през него и много по-сериозен метод за диагностика. Парата протичаща през дроселиращия отвор създава по-силен звук отколкото водата (или кондензата). Типичният честотен диапазон за мониторинг на ултразвукови сигнали е 40 – 60 kHz. Измервателен сензор преобразува механичните ултразвукови вибрации в електрически сигнали, които се усилват от усилвател и се показват от колектор на информация (data logger). При интерпретирането на получените резултати, трябва да се има предвид, че интензитета на звука зависи само частично от потока пара. Той също така се влияе от дебита кондензат, пада на налягането и типа на звуковия източник, в т.ч.конкретния тип КО. При условие, че измерващият е много опитен, този метод може да се счита сравнително точен за определяне работата на КО, особено при разходи на кондензат до 30 kg/h и пад на налягане до 20 bar. Също може да се определят загуби на свежа пара от 1 до 4 kg/h. На пазара лесно се намират сложни ултразвукови устройства за мерене на КО. Тези тестови системи са подходящи за всякакъв тип, марка и модел КО. За запис на ултразвуковите отчитания се използват предварително програмирани колектори на данни. Някои системи са снабдени със софтуер, който позволява да се настройва, за да отговори на специфичните за типа КО условия на тест и също позволяващ да се въвеждат данни за условията на инстлацията. Данните се вкарват в PC където се съхраняват, анализират и оценяват. Някои тестови системи имат възможност да сравняват нови показания със записи от по-ранни измервания. Често тестовите системи са внедрени в компютъризирана система за мениджмънт на КО. 3.5. Стационарно оборудване за тест и мониторинг За разлика от всички други методи за тест, системите за непрекъснат мониторинг на КО осигурява постоянно и непрекъснато наблюдение (24ч/7д) и напълно автоматична диагностика на промените в работните характеристики или неизправности в паро-кондензите системи и ви алармира за проблеми в КО в момента, в който те настъпят. Така оборудвани системи предлагат двупосочен обмен на данни и могат да бъдат свързани с централно управление или система за обработка на данни. Това създава увереност и защита срещу спиране на производството в критични процеси. В зависимост от системната конфигурация, може да се въведе мониторингова обезпеченост с време на реакция < 10 s. Често дори групи от до 16 КО могат да бъдат наблюдавани едновременно от една мониторингова станция , която е свързана със други системи за управление. В допълнение към общото свързване на мониторингови датчици, такава система предлага възможността за избягване на фалшиви аларми, чрез определяне на текущите работни условия и температура на инсталацията. За разлика от тестовите системи, които се използват периодично, постоянното наблюдение предпазва от аварийни условия, отчитайки своевременно всякакви временни малфункции в кондензните линии. Тези системи се използват главно за процеси, където нежелани промени в топлинния процес водят до загуба на качество или повреждане на произвеждания продукт. 3.5.1. Контактни измерващи устройства Алтернативно съществуват тестови системи за ултразвуково и/или температурно измерване , изискващи контакт с повърхността и за тази цел използват специални адаптори за присъединяване към тръбопроводите. За информация относно ултразвуковото и температурното мерене вижте секции 3.4.2 и 3.3.2. 3.5.2 Директно мерене във флуида Монтират се електроди за мерене проводимост или сензори за температура (в тръбопровода, в тестови камери или директно в КО). Показанията на датчиците потопени в пряк контакт с кондензата или парата са много точни и дават надеждни резултати, без да са повлияни от помпи, турбини или друго генериращо шум оборудване в близост до точката на мерене (КО изпускащи свежа пра, байпасни вентили и дроселиращи устройства). Някои системи позволяват на клиента да настрои гранични стойности за индикиране наличие на вода (в т.ч. заливане с кондензат). Тези настройки още повече оптимизират мониторинга на КО чрез намаляване времената на реакция и адаптират системата към индивидуалните работни условия на различни типове КО. Голямо улеснение е да се добавят записи като напр. история и статистика на меренията, задаване на интервали за поддръжка и дати за ремонт. Това улеснява задачата на оперативния персонал на клиента. 4. Изводи и избор на подходящ метод Няма един единствен метод, който да дава най-добри резултати през цялото време и за цялото разнообразие от КО налични на пазара. Затова е от изключителна важност да знаем основни положения при избора на подходящ метод за мониторинг. Трябва да се вземат предвид следните въпроси: » Колко е важна правилната работа на КО за технологичния процес. » Каква е крайната цел? Икономия на енергия и следователно намаляване разходите или осигуряване на качество на продукта и надеждност на производство? В практиката ултразвуковото тестово оборудване и непрекъснатият мониторинг с Vaposcop (наблюдателни стъкла) или електроди доказват, че са най точните и правилни диагностични уреди за наблюдение на КО. Подготвил: инж. Борислав Райков