Принцип работы охладителя выпара деаэратора
Принцип работы охладителя выпара деаэратора (ОВА) заключается в конденсации пара из паровоздушной смеси, отводимой из деаэратора, и передаче теплоты конденсации потоку химочищенной воды, направляемой в деаэратор. Выпар, содержащий пар и неконденсирующиеся газы (кислород, углекислоту), поступает в межтрубное пространство кожухотрубного аппарата, где пар конденсируется на холодных трубках, а газы отводятся в атмосферу. Конденсат возвращается в цикл, а нагретая вода подаётся в деаэратор, что снижает потери тепла и повышает экономичность установки.
В каталоге: Все модели раздела «ОВА», Охладитель выпара ОВА-2, Охладитель выпара ОВА-8
Содержание
- Устройство и место в тепловой схеме
- Физика процесса конденсации выпара
- Порядок расчёта и подбора ОВА
- Развёрнутый порядок расчёта по формулам
- Схема обвязки охладителя выпара
- Контроль монтажа и типовые ошибки
- Что проверить на чертеже и в паспорте
- Типовые неисправности и их признаки
- Типоразмеры охладителей выпара ОВА
- Оборудование и связанные разделы
Устройство и место в тепловой схеме
Охладитель выпара ОВА: поверхностный кожухотрубный теплообменник. Выпар из верхней части деаэрационной колонки подаётся в межтрубное пространство, где контактирует с наружной поверхностью трубок. Внутри трубок протекает химочищенная вода, поступающая в деаэратор. При контакте с холодной поверхностью трубок пар конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования. Конденсат отводится через гидрозатвор или дренажный трубопровод в деаэраторный бак или в дренаж по проекту. Неконденсирующиеся газы удаляются через штуцер в верхней части аппарата в атмосферу. В схеме деаэрационной установки ОВА устанавливается на линии выпара после деаэратора, перед сбросом газов в атмосферу.
Физика процесса конденсации выпара
Порядок расчёта и подбора ОВА
Исходные данные для расчёта: расход выпара, его температура и давление на входе в аппарат; расход химочищенной воды, её температуры на входе и выходе; состав выпара (доля пара и неконденсирующихся газов). Тепловая нагрузка аппарата определяется по формуле:
Q = Dвып · (hпара − hконд),
где
- Dвып — расход пара в выпаре, кг/с;
- hпара — энтальпия насыщенного пара на входе в ОВА, кДж/кг;
- hконд — энтальпия конденсата на выходе, кДж/кг.
Разность энтальпий представляет собой скрытую теплоту парообразования, которую необходимо отвести для полной конденсации пара. Далее вычисляют средний логарифмический температурный напор Δtср между паром и водой. Для этого фиксируют температуру конденсации пара при рабочем давлении в деаэраторе (около 104 °C при избыточном давлении около 0,02 МПа) и температуры химочищенной воды на входе и выходе из аппарата. Задаваясь коэффициентом теплопередачи k (по справочным данным для конкретных условий), находят требуемую площадь поверхности нагрева:
F = Q / (k · Δtср).
Из стандартного ряда выбирают ближайший больший типоразмер ОВА. Цифра в обозначении модели (например, ОВА-2 или ОВА-8) соответствует площади поверхности теплообмена в квадратных метрах. Числовые значения расходов, давлений и температур уточняют по опросному листу для конкретного объекта.
Развёрнутый порядок расчёта по формулам
Расчёт охладителя выпара выполняют в следующей последовательности с пояснением каждой величины.
Шаг 1. Определение расхода пара в выпаре.
Расход выпара принимают по паспортным данным деаэратора. Для атмосферного деаэратора ДА расход выпара обычно составляет доли процента от номинальной производительности. Величину Dвып (кг/с) переводят из размерности, указанной в паспорте, для подстановки в формулу теплового баланса.
Шаг 2. Вычисление тепловой нагрузки.
Тепловую нагрузку Q (кВт) определяют по формуле Q = Dвып · (hпара − hконд). Здесь hпара — энтальпия насыщенного пара при давлении в деаэраторе (около 0,12 МПа абсолютного давления, что соответствует температуре насыщения около 104 °C). Эту величину берут из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара. hконд, энтальпия конденсата на выходе из ОВА; её принимают равной энтальпии воды на линии насыщения при той же температуре, либо с учётом переохлаждения конденсата, если оно предусмотрено проектом. Разность (hпара − hконд) численно равна скрытой теплоте парообразования, которая для условий атмосферного деаэратора составляет основную долю передаваемой теплоты.
Шаг 3. Расчёт среднего логарифмического температурного напора.
Температурный напор Δtср вычисляют по формуле для противотока, характерного для ОВА: Δtср = (Δtб − Δtм) / ln(Δtб / Δtм), где Δtб и Δtм, большая и меньшая разности температур на концах аппарата. Со стороны выпара температура постоянна и равна температуре насыщения (около 104 °C). Со стороны воды температура изменяется от tвх (на входе в трубки) до tвых (на выходе из трубок). Тогда Δtб = 104 − tвх, Δtм = 104 − tвых. Если разности близки, допустимо использовать среднеарифметический напор.
Шаг 4. Выбор коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи k (Вт/(м²·°C)) принимают по справочным данным для кожухотрубных конденсаторов с конденсацией пара в межтрубном пространстве и движением воды внутри трубок. На величину k влияют скорость воды в трубках, чистота поверхности, наличие неконденсирующихся газов. Для предварительного расчёта используют диапазоны, характерные для данного типа аппаратов; точное значение уточняют при поверочном расчёте.
Шаг 5. Определение площади поверхности теплообмена.
Требуемую площадь F (м²) находят по формуле F = Q / (k · Δtср). Полученное значение округляют в большую сторону до ближайшего стандартного типоразмера. Цифра в обозначении модели (ОВА-2, 2 м², ОВА-8, 8 м²) соответствует фактической площади поверхности теплообмена. Выбор с запасом обеспечивает устойчивую работу при возможных отклонениях параметров.
Шаг 6. Проверка по нагреву воды.
Выполняют контрольный расчёт: количество теплоты, полученное водой, Qв = Gв · cp · (tвых − tвх), где Gв — расход химочищенной воды (кг/с); cp — удельная теплоёмкость воды (принимают около 4,19 кДж/(кг·°C)). Значение Qв должно быть равно Q с допустимой погрешностью, что подтверждает корректность теплового баланса.
Схема обвязки охладителя выпара
Типовая схема обвязки ОВА включает следующие элементы, каждый из которых выполняет строго определённую функцию:
Трубопровод подвода выпара от деаэратора
Соединяет верхнюю часть деаэрационной колонки с верхним штуцером межтрубного пространства ОВА. По нему паровоздушная смесь поступает в аппарат для конденсации.
Трубопровод отвода конденсата
Отходит от нижней точки межтрубного пространства. Обеспечивает самотёчный отвод сконденсировавшегося пара через гидрозатвор или дренажную линию в деаэраторный бак либо в дренаж, согласно проекту.
Трубопровод подвода холодной химочищенной воды
Подключается к нижнему коллектору трубного пространства. По нему исходная вода, требующая деаэрации, поступает внутрь трубок для нагрева.
Трубопровод отвода нагретой воды
Выходит из верхнего коллектора трубного пространства и направляется в деаэрационную колонку. По нему предварительно подогретая вода подаётся на деаэрацию.
Штуцер отвода неконденсирующихся газов
Расположен в верхней точке корпуса ОВА. Через него выделившиеся из воды и не сконденсировавшиеся газы (кислород, углекислота) сбрасываются в атмосферу.
Запорная арматура
Устанавливается на всех трубопроводах, подходящих к ОВА. Позволяет отключить аппарат для осмотра, очистки или ремонта без остановки всего деаэратора.
Манометры и термометры
Монтируются на входе и выходе химочищенной воды, а также на линии подвода выпара. Служат для контроля рабочих параметров и оценки эффективности теплообмена.
Гидрозатвор на линии отвода конденсата
Обеспечивает отвод конденсата из межтрубного пространства без пропуска пара в дренаж. Высота гидрозатвора должна соответствовать давлению в деаэраторе и исключать прорыв выпара в обход поверхности теплообмена.
Дренажный вентиль
Устанавливается в нижней точке корпуса ОВА для полного опорожнения аппарата при остановке, ремонте или консервации.
Воздушник
Вентиль или пробка в верхней точке трубного пространства для выпуска воздуха при заполнении аппарата водой перед пуском.
Предохранительный клапан на линии выпара не требуется, так как давление в деаэраторе ограничивается гидрозатвором, а ОВА работает при давлении, близком к атмосферному. Схема потоков:
Выпар деаэратора → межтрубное пространство ОВА → конденсат в деаэратор/дренаж
Химочищенная вода → трубное пространство ОВА → нагретая вода в деаэратор
Контроль монтажа и типовые ошибки
Что проверить на чертеже и в паспорте
Перед монтажом и пуском необходимо сверить фактические данные с проектной документацией и паспортом изделия. На чертеже общего вида проверяют соответствие габаритных и присоединительных размеров, расположение и диаметры штуцеров, а также правильность назначения каждого патрубка (подвод выпара, отвод конденсата, вход и выход воды, отвод газов). Дополнительно на чертеже контролируют: наличие и расположение опор или крепёжных элементов, соответствие их проектным нагрузкам; направление стрелок, указывающих движение сред; наличие и размещение бобышек для контрольно-измерительных приборов; правильность обозначения сварных швов и фланцевых соединений. В паспорте ОВА контролируют площадь поверхности теплообмена (должна соответствовать цифре в обозначении модели, например, 2 м² для ОВА-2 или 8 м² для ОВА-8), допустимые рабочие параметры по давлению и температуре, а также гидравлическое сопротивление трубного пространства при номинальном расходе воды. Сверяют заводской номер аппарата с номером в паспорте, дату гидроиспытания и величину пробного давления, отметку о приёмке ОТК. Отдельно проверяют комплектность поставки и наличие всех элементов обвязки, предусмотренных проектом, а также соответствие материалов изготовления указанным в паспорте.
Типовые неисправности и их признаки
В процессе эксплуатации охладителя выпара могут возникать следующие характерные неисправности:
Снижение тепловой эффективности.
Признак: температура химочищенной воды на выходе из ОВА ниже проектной при неизменных расходах и температуре на входе. Причина: загрязнение поверхности трубок со стороны межтрубного пространства (отложения солей, шлам) или со стороны трубного пространства (накипь). Требуется очистка или промывка аппарата.
Неполная конденсация выпара.
Признак: интенсивное парение из штуцера отвода неконденсирующихся газов, визуально заметный выброс пара в атмосферу. Причина: недостаточный расход или высокая температура охлаждающей воды, либо заниженная площадь поверхности теплообмена. Ведёт к потерям тепла и конденсата.
Повышенное гидравлическое сопротивление трубного пространства.
Признак: рост перепада давления между входом и выходом химочищенной воды сверх паспортных значений. Причина: засорение трубок механическими примесями или образование толстого слоя накипи. Может привести к снижению расхода воды через деаэратор.
Нарушение отвода конденсата.
Коррозия корпуса и трубной системы.
Признак: появление свищей, капельных течей, ржавых потёков на корпусе или вблизи фланцевых соединений. Причина: работа в среде насыщенного кислородом выпара без надлежащей противокоррозионной защиты или при некачественном конденсате. Требуется ревизия, дефектоскопия и ремонт с заменой повреждённых элементов.
Вибрация и шум в аппарате.
Признак: гул, дребезжание, вибрация трубопроводов обвязки при работе ОВА. Причина: высокая скорость пара на входе в межтрубное пространство, неправильная организация потока, отсутствие или повреждение перегородок в межтрубном пространстве. Может привести к усталостному разрушению трубок и сварных швов.
Типоразмеры охладителей выпара ОВА
| Модель | Площадь поверхности теплообмена, м² |
|---|---|
| Охладитель выпара ОВА-2 | 2 |
| Охладитель выпара ОВА-8 | 8 |
Точные габариты, масса и диаметры штуцеров указаны в паспортных данных на конкретную модель.
Оборудование и связанные разделы
Все модели раздела «ОВА» · Охладитель выпара ОВА-2 · Охладитель выпара ОВА-8
Вопросы и ответы
Зачем нужен охладитель выпара в деаэраторе?
Охладитель выпара утилизирует теплоту паровоздушной смеси, отводимой из деаэратора. Он конденсирует пар, возвращая конденсат в цикл, и подогревает химочищенную воду, направляемую в деаэратор. Это снижает потери тепла и повышает экономичность котельной установки.
Как рассчитать охладитель выпара?
Расчёт сводится к определению требуемой площади поверхности теплообмена. Исходные данные: расходы и температуры выпара и химочищенной воды. По тепловому балансу находят тепловую нагрузку, затем по температурному напору и коэффициенту теплопередачи вычисляют площадь. Выбирают ближайший больший типоразмер из стандартного ряда.
От чего зависит выбор типоразмера ОВА?
Выбор типоразмера зависит от тепловой нагрузки, которая определяется расходом пара в выпаре и степенью его конденсации. Чем выше нагрузка, тем большая площадь поверхности нагрева требуется. Ближайший больший типоразмер выбирается с запасом, но без излишнего превышения.