Качество пара в технологических процессах

Подавляющее большинство предприятий пищевой отрасли использует пар в технологических процессах.

Подавляющее большинство предприятий пищевой отрасли использует пар в технологических процессах.Такое широкое применение обусловлено целым рядом преимуществ этого теплоносителя перед другими:

• высокое удельное теплосодержание и коэффициент теплоотдачи,
• простота регулирования,
• отсутствие циркуляционных насосов,
• гибкое реагирование источника (парового котла) на изменение нагрузок и т.д.

Однако эти преимущества могут быть полностью и эффективно реализованы только при соблюдении ряда инженерно-технических мероприятий на стадиях проектирования, комплектования, монтажа и эксплуатации.

При эксплуатации пароконденсатных систем в основном приходится сталкиваться со следующими проблемами:

• плохое качество пара;
• отсутствие автоматического регулирования параметровтехпроцесса;
• отсутствие подходящих конденсатоотводчиков (и как следствие,наличие пролетного пара и трудности со сбором и возвратом конденсата);
• ошибки, допускаемые при проектировании и монтаже.

В результате потери тепловой энергии в системах технологического пара составляют от 20 до 40 %.

Следует сказать, что потери тепла, будучи достаточно серьезной проблемой, в современной пищевой промышленности играют не определяющую роль. Гораздо важнее то, что перечисленные выше причины затрудняют или вообще делают невозможным соблюдение требований технологического процесса - то есть непосредственно влияют на качество производимой продукции. А это, в условиях жесткой конкуренции в отрасли, означает неконкурентоспособность и крах предприятия.

Надо признать, что в подавляющем большинстве случаев проблемы, которые возникают при эксплуатации, оказываются «запрограммированными» во время проектирования и монтажа. Это связано с недостатком знаний об особенностях процессов, происходящих в пароконденсатных системах; устаревшими подходами к проектированию, расчету и выбору оборудования; ограниченной номенклатурой изделий для комплектации систем, отклонениями от проектов при монтаже и т.д.

Основными требованиями к пароконденсатной системе на производстве напитков являются обеспечение:

• хорошего качества теплоносителя;
• точного автоматического поддержания параметров техпроцесса;
• отвода, сбора и возврата конденсата;
• глубокого использования тепла теплоносителя;
• условий для длительной и надежной работы оборудования, регулирующей и запорной арматуры (отсутствие гидроударов, исключение эрозионного износа).

Пар должен доставляться в точку потребления:

• сухим;
• чистым;
• без содержания воздуха и других неконденсирующихся газов;
• требуемых параметров;
• в требуемом количестве.

Обеспечение этих требований должно начинаться на стадии проектирования, исходя из параметров пара в источнике, протяженности и диаметра паропроводов, требований технологического процесса и многих других факторов.

Почему качество пара является столь важной характеристикой и требует особого внимания в любой пароконденсатной системе? Какое оборудование должно применяться для решения данной задачи?

1. Пар, подаваемый в теплообменник, должен быть сухим.

Если обратиться к паровым таблицам и вспомнить процессы, происходящие в теплообменном оборудовании, становится понятным, что наибольшее количество теплоты передается нагреваемой среде при конденсации насыщенного пара и переходе его в жидкую фазу (конденсат). Количество передаваемой теплоты прямо пропорционально степени сухости насыщенного пара.

Следовательно, чем суше пар, тем меньше его требуется для передачи такого же количества тепла нагреваемой среде. Кроме того, влажный пар при движении по паропроводу с высокой скоростью является причиной повышенного эрозионного износа запорной и регулирующей арматуры.

Осушение пара достигается, во-первых, тщательным дренажом паропроводов с помощью автоматических конденсатоотводчиков, а, во-вторых, установкойсепараторов паранепосредственно перед потребителями.



Рисунок 1. Сепаратор пара

Сепараторы пара - это аэродинамические устройства, эффективно удаляющие из пара водяной туман, образующийся по мере конденсации пара в трубопроводах вследствие потерь тепла в окружающую среду (Естественно, качественная изоляция паропроводов может существенно уменьшить эти потери).

Будучи правильно спроектированы и рассчитаны, эти мероприятия могут гарантировать доставку потребителю сухого насыщенного пара, имеющего максимальное для данного давления теплосодержание.

2. Пар должен быть чистым.

Имеющиеся в паре механические примеси влияют на работоспособность и срок службы запорной и регулирующей арматуры, а также образуют пленку на теплопередающих поверхностях теплообменников, вызывающую дополнительное термическое сопротивление. В любой пароконденсатной системе периодически появляются механические загрязнения из-за уноса накипи с котловой водой, разрушившихся уплотнений и прокладок, образующейся в трубах окалины и т.д.

Эффективным устройством для очистки пара являются механические фильтры-грязевики со сменными фильтрующими элементами, имеющими различную тонкость очистки. При этом фильтры, устанавливаемые перед редукционными и регулирующими клапанами, должны иметь фильтрующий элемент с тонкостью очистки не хуже 250 мкм.



Рисунок 2. Фильтр-грязевик

3. В паре не должно содержаться воздуха и других неконденсирующихся газов.

Во-первых, воздух является причиной ускоренной коррозии. Во-вторых, воздушная пленка на теплопередающих поверхностях является дополнительным термическим сопротивлением. В-третьих, возможно завоздушивание парового пространства и уменьшение теплопередающей поверхности теплообменника с соответствующим уменьшением его производительности. Поэтому воздух из пароконденсатных систем должен своевременно удаляться. Для этого необходимо устанавливать автоматические воздушники в тех местах, где может скапливаться воздух.

Кроме этого, все установленные в системе конденсатоотводчики должны иметь возможность свободного выпуска воздуха, что особенно важно при пусках систем из холодного состояния. Дело в том, что после остановки системы и конденсации оставшегося пара в ней возникает вакуум. В результате, в систему проникает воздух из атмосферы. В дальнейшем при подаче пара воздух скапливается в теплообменниках, и если конденсатоотводчик не в состоянии его выпустить, происходит завоздушивание парового пространства.

Обеспечение заданных параметров и количества подаваемого пара - важнейшее условие нормального протекания любого технологического процесса. Правильный выбор давления в источнике, расчет пропускной способности и падения давления в паропроводе, компоновка и выбор необходимого оборудования - это задачи, решение которых должно начинаться на стадии проектирования и продолжаться в процессе монтажа и эксплуатации.