Парадокс
Теплообменник из ПТФЭ, рассчитанный на мощность 60 кВт при давлении пара 4 бар (изб.), не поддерживает заданную температуру процесса при работе при давлении 4 бар (изб.). Паровой клапан открывается полностью. Температура ванны опускается ниже заданного значения. Однако когда оператор снижает давление пара до 2 бар (изб.), теплообменник внезапно начинает работать лучше-, температура ванны повышается и стабилизируется вблизи заданного значения. Теплообменник отдает больше тепла при более низком давлении пара. Это противоречит-интуитивности.
Причина – затопление конденсатом при более высоком давлении. При давлении 4 бара температура пара составляет 152 градуса, а скорость теплопередачи на единицу площади высока. Соответственно, высока и скорость образования конденсата. Система отвода конденсата-конденсатоотводчик и возвратный трубопровод-не могут выдержать пиковую нагрузку конденсата при давлении 4 бар изб. Конденсат возвращается в трубки, заливая нижнюю часть. Затопленные трубы не способствуют передаче тепла. Эффективная площадь поверхности уменьшается. Обменник не может выполнять свои номинальные обязанности.
При давлении 2 бара температура пара составляет 133 градуса. Скорость теплопередачи ниже, а скорость образования конденсата ниже. Дренажная система выдерживает пониженную нагрузку. Никаких наводнений не происходит. Все трубки способствуют передаче тепла. Эффективная площадь поверхности больше, чем при давлении 4 бар (где затопление уничтожило часть площади). Общая тепловая мощность выше при более низком давлении, несмотря на более низкую LMTD.
Расчет конденсатной нагрузки
Скорость образования конденсата равна: m_cond=Q / h_fg, где Q — тепловая нагрузка, а h_fg — скрытая теплота пара. При давлении 4 бар h_fg составляет примерно 2100 кДж/кг. При давлении 2 бара оно составляет примерно 2160 кДж/кг. Скрытое тепло практически постоянно, поэтому массовый расход конденсата прямо пропорционален тепловой нагрузке.
Если теплообменник при манометрическом давлении 4 бар пытается выдать 60 кВт, нагрузка по конденсату составит 60/2,100=0.0286 кг/с=103 кг/ч. При давлении 2 бар изб. для пониженной мощности 45 кВт (ограниченной нижним значением LMTD) нагрузка составляет 45/2,160=0.0208 кг/с=75 кг/ч-, снижение на 27 %.
Пароотделитель и линия возврата конденсата должны быть рассчитаны на максимальную нагрузку по конденсату. Если конденсатоотводчик был выбран исходя из нормальных условий эксплуатации при манометрическом давлении 2–3 бара, его размеры могут быть занижены для случая с манометрическим давлением 4 бара, когда нагрузка по конденсату выше. Производительность конденсатоотводчика при рабочем перепаде давления (давление пара минус давление в возвратной линии) определяет, сможет ли он справиться с нагрузкой.
| Давление пара | Тепловой режим | Конденсатная нагрузка | Емкость ловушки (пример: DN15 F&T) | Наводнение? |
|---|---|---|---|---|
| 2 бар изб. | 45 кВт | 75 кг/ч | 120 кг/ч при ΔP 1,5 бар | Нет |
| 3 бар изб. | 53 кВт | 89 кг/ч | 140 кг/ч при ΔP 2,5 бар | Нет |
| 4 бар изб. | 60 кВт | 103 кг/ч | 100 кг/ч при ΔP 3,5 бар (снижение производительности из-за испарения пара) | Да |
Диагностическое подтверждение
Диагноз затопления подтверждается измерением температурного профиля стенки трубы. Если нижние секции трубок холодные (близкие к температуре процесса), конденсат затопляет эти секции. Измерение можно проводить с помощью инфракрасного термометра или контактной термопары в доступных точках пучка трубок.
Второе подтверждение – временное увеличение мощности отвода конденсата. Кратковременное открытие байпаса конденсатоотводчика (если байпас установлен) или увеличение вентиляции линии возврата конденсата может временно устранить затопление и восстановить тепловую мощность на уровне 4 бар изб. Если этот тест восстановит работоспособность, дренажная система имеет недостаточный размер.
Корректирующие действия
Постоянное решение – увеличить мощность отвода конденсата. Возможные варианты: установка большего конденсатоотводчика, параллельное добавление второго конденсатоотводчика, увеличение диаметра линии возврата конденсата, уменьшение противодавления в линии возврата конденсата (путем улучшения вентиляции или установки конденсатного насоса) или изменение-наклона коллектора конденсата для улучшения дренажа.
Если увеличение пропускной способности дренажа невозможно, давление пара можно ограничить до максимального уровня, который дренажная система может выдержать без затопления. Клапан ограничения давления-или предел уставки системы управления предотвращают работу при давлениях, вызывающих затопление.
Краткое содержание
Теплообменник из ПТФЭ, который работает лучше при низком давлении пара, чем при расчетном давлении, испытывает затопление конденсатом при более высоком давлении. Скорость образования конденсата превышает пропускную способность дренажной системы, затопляя нижние участки труб и уменьшая эффективную площадь поверхности. Диагноз подтверждается измерением температуры стенки трубки и тестом обхода ловушки. Решением является увеличение дренажной способности или ограничение максимального давления пара.
Техническая поддержка по устранению неполадок в работе теплообменника из ПТФЭ доступна после предоставления данных о давлении пара, нагрузке конденсата, характеристиках ловушки, конфигурации линии возврата конденсата и наблюдаемых данных о производительности.
