Odwadniacze pary kompletny przewodnik

Odwadniacze pary są integralną częścią systemu parowego. Odwadniacze odgrywają ważną rolę w utrzymaniu produktywności i wydajności systemu parowego. Ten wyczerpujący przewodnik zawiera odpowiedzi na wszystkie pytania dotyczące odwadniaczy, zasad ich działania, rozwiązywania problemów itp.

Co to jest odwadniacz?

Odwadniacz automatyczny zawór spustowy, który rozróżnia parę i kondensat. Odwadniacz zatrzymuje parę i odprowadza kondensat pod różnymi ciśnieniami lub obciążeniami. Odwadniacze powinny mieć dobrą zdolność do szybkiego odprowadzania powietrza i innych nieskraplających się gazów, jednocześnie zatrzymując świeżą parę.

Dlaczego stosuje się odwadniacze?

Mówiąc najprościej, odwadniacze służą do usuwania kondensatu i nieskraplających się gazów z sieci parowej.

Para wytwarzana przez kocioł zawiera energię cieplną, która służy do podgrzewania produktu. Kiedy para traci energię w wyniku ogrzewania produktu, tworzy się kondensat. Ponadto część energii zawartej w parze jest tracona w wyniku strat promieniowania z rur i kształtek. Po utracie tego ciepła para zamienia się w kondensat. Jeśli ten kondensat nie zostanie odprowadzony natychmiast po jego utworzeniu, może obniżyć wydajność pracy systemu, spowalniając przenoszenie ciepła do procesu. Obecność kondensatu w układzie parowym może również powodować fizyczne uszkodzenia spowodowane uderzeniem wodnym lub korozją.

Jak pokazano na załączonym szkicu, kondensat gromadzi się na dnie poziomej rury, nad którą przepływa para. W miarę jak kondensat gromadzi się, może tworzyć stałą bryłę nieściśliwej wody przemieszczającą się z dużymi prędkościami (Rys. 1.c). Nagłe zatrzymanie strugi wody przez kolanko, kształtkę lub zawór może spowodować mechaniczne uszkodzenie rury lub kształtki.

Równie ważne jest usuwanie powietrza i innych nieskraplających się gazów z układu parowego z czterech ważnych powodów.

• Podczas rozruchu para wchodzi do systemu tylko wtedy, gdy powietrze jest usuwane.
• Mieszanka powietrza i pary ma temperaturę znacznie niższą od temperatury pary, co obniża przenoszone ciepło.
• Powietrze jest izolatorem i przylega do powierzchni rury lub zbiornika, powodując powolne i nierównomierne przenoszenie ciepła.
• Rozpuszczone w kondensacie, nieskraplające się gazy kwasu, które powodują korozję systemu.

Rodzaje odwadniaczy w oparciu o zasadę działania

Z biegiem czasu opracowano różne typy odwadniaczy do różnych zastosowań. Podstawową właściwością odwadniacza jest możliwość odróżnienia pary od kondensatu. Różne typy odwadniaczy wykorzystują różne zasady działania i mechanizmy rozróżniania między parą, kondensatem i powietrzem. W przypadku klasyfikacji zgodnie z niniejszymi zasadami działania, każdy projekt ma zalety i ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odwadniacza do konkretnego zastosowania.

Generalnie, w oparciu o zasadę stosowaną do rozróżnienia pary i kondensatu, odwadniacze są klasyfikowane w następujący sposób:

Mechaniczne odwadniacze sterowane gęstością

Odwadniacze sterowane gęstością lub mechaniczne typy odwadniaczy rozróżniają parę i kondensat na podstawie różnicy ich gęstości. Para jest zawsze lżejsza i dlatego ma znacznie niższą gęstość niż kondensat. Odwadniacz mechaniczny pozwoli na odprowadzenie tylko ciężkiego kondensatu i zatrzyma parę.

Jak widzieliśmy, szybkie usuwanie powietrza i innych nieskraplających się gazów jest niezbędne do prawidłowego działania układu parowego. Odwadniacze pływakowe są wyposażone w opcjonalny odpowietrznik, który szybko usuwa powietrze i inne gazy podczas rozruchu.

Istnieją dwa główne typy mechanicznych odwadniaczy, które są powszechnie używane.

Odwadniacze Pływakowe

Odwadniacze pływakowe lub odwadniacze pływakowe kulowe są idealne do zastosowań związanych z ogrzewaniem procesowym. Odwadniacze pływakowe są zaprojektowane w taki sposób, że gniazdo zaworu jest zawsze zanurzone pod wodą, co zapobiega utracie pary. Wyładowanie jest ciągłe i moduluje się wraz z szybkością skraplania. Nie mają na to wpływu zmiany ciśnienia wlotowego. Oddzielny termostatyczny odpowietrznik niezależnie usuwa powietrze, zapewniając szybki rozruch.

Zasada działania

Powietrze wchodzące do pułapki jest natychmiast wypuszczane przez pomocniczy odpowietrznik o dużej wydajności.

Gdy kondensat wpływa do korpusu odwadniacza, kulka jest pusta i unosi się nad kondensatem. Wraz ze wzrostem poziomu kondensatu, kondensat powoduje podniesienie pływaka kulki i ustawienie modulującego zaworu wylotowego w pozycji, która będzie przepuszczać kondensat w sposób ciągły wpływający do syfonu. Poziom kondensatu w korpusie odwadniacza jest utrzymywany powyżej zaworu spustowego, aby zapewnić uszczelnienie przed utratą pary.

Zalety odwadniaczy pływakowych

• Odprowadzaj kondensat w sposób ciągły tak szybko, jak się tworzy
• Wysoka wydajność odpowietrzania dzięki dodatkowemu odpowietrznikowi wyrównawczemu, który samoczynnie dostosowuje się do różnych ciśnień pary.
• Wysoka sprawność cieplna zarówno przy lekkich, jak i dużych obciążeniach. Ciągłe wyładowanie modulowane nie powoduje zakłóceń ciśnienia, które mogą wpływać na sterowanie nagrzewnicami powietrznymi, wymianami płaszczowo-rurowymi itp.
• Dostępna funkcja zwalniania blokady parowej (SLR)
• Wlot i wylot w linii, łatwa instalacja przy niskich kosztach. Dostępne również z pionowymi przyłączami wlotu i wylotu
• Solidna, dość odporna na uderzenia wodne.
• Szeroki zakres otworów dostosowanych do ciśnienia wlotowego.

Ograniczenia

• Nie można stosować przy wysokim stopniu przegrzania.
• Aplikacje narażone na zamarzanie muszą być chronione izolacją i lustrzankami jednoobiektywowymi
• Uderzenie wodne może uszkodzić pływak

Odwadniacze Dzwonowe

Jak nazwa wyjaśnia, odwrócone wiadro ma w środku odwrócone wiadro. Są to mechaniczne odwadniacze działające na zasadzie wyporu.

Zasada działania:

1. Początkowo wiadro spoczywa na dnie odwadniacza, a gniazdo zaworu jest szeroko otwarte. Podczas rozruchu powietrze dostanie się do odwadniacza i zostanie wypuszczone przez otwór odpowietrzający.
   1. Gdy kondensat dostanie się do syfonu, tworzy uszczelnienie wodne wewnątrz korpusu. Ciężar wiadra utrzymuje zawór poza jego gniazdem, dzięki czemu kondensat może przepływać wokół dna wiadra i wydostawać się z syfonu. W warunkach niskiego obciążenia lub przegrzania pułapka może wymagać „zalania” wodą przed uruchomieniem systemu.
   2. Kiedy para dostaje się od spodu wiadra, wiadro staje się wyporne i unosi się. Spowoduje to ustawienie dźwigni zaworu w taki sposób, że zawór zostanie zamknięty.
   3. Wiaderko straci swoją wyporność, ponieważ część pary pod wiadrem skrapla się na skutek strat promieniowania, a pozostała para wydostaje się przez otwór odpowietrzający. Ciężar wiadra ściągnie zawór z jego gniazda, a następnie cykl się powtarza.
   4. Odwadniacze dzwonowe sporadycznie odprowadzają kondensat o temperaturze pary.

Zalety: Odporny na uderzenia wodne

Niedogodności:

Niskie obciążenia lub wysokie przegrzanie mogą prowadzić do utraty uszczelnienia wodnego. W takich sytuacjach odwadniacz wypuści świeżą parę.

• Słaba zdolność odpowietrzania.
• Okresowe odprowadzanie kondensatu.

Odwadniacze Termostatyczne

Odwadniacz termostatyczny działa na różnicę temperatur między parą a kondensatem. Kondensat ma niższą temperaturę niż używana para. Odwadniacz termostatyczny ma port, który jest otwierany lub zamykany w zależności od temperatury płynu wlotowego. Jeśli temperatura przekracza określony zakres, port jest zamykany. Port otwiera się, gdy Temperatura płynu spada poniżej poprzednio określonej wartości.

Ponieważ powietrze i inne gazy mają znacznie niższą temperaturę niż para, te odwadniacze mogą być również używane jako odpowietrzniki.

Odwadniacze termostatyczne działają w oparciu o różnicę temperatur między parą a kondensatem. Ich główną cechą jest odprowadzanie kondensatu o temperaturze niższej niż temperatura nasycenia pary (kondensat schłodzony), co pozwala na wykorzystanie ciepła jawnego skroplin. 

Zalety

• Wysoka wydajność przy rozruchu: Doskonale usuwają powietrze i duże ilości zimnego kondensatu z zimnej instalacji.
• Kompaktowa budowa: Są lekkie i zajmują mało miejsca w porównaniu do odwadniaczy mechanicznych.
• Odporność na zamarzanie: Odpowiednio zamontowane (z pionowym wylotem) nie zatrzymują wody, co chroni je przed rozsadzeniem przez mróz.
• Energooszczędność: Pozwalają na schłodzenie kondensatu przed odprowadzeniem, co redukuje ilość pary wtórnej w rurociągu powrotnym.
• Wszechstronność: Modele bimetaliczne mogą pracować w szerokim zakresie ciśnień i są odporne na uderzenia wodne. 

Wady

• Opóźnienie w odprowadzaniu: Kondensat musi się schłodzić poniżej temperatury nasycenia, aby odwadniacz się otworzył, co powoduje spiętrzanie się skroplin w urządzeniu.
• Podatność na zanieczyszczenia: Elementy termostatyczne (kapsułki, mieszki) są wrażliwe na brud i osady, co może prowadzić do zablokowania lub nieszczelności.
• Wrażliwość na parametry: Gwałtowne zmiany ciśnienia lub temperatury mogą powodować nieprawidłowe działanie lub uszkodzenie elementu termostatycznego.
• Konieczność doboru odcinka schładzającego: W przypadku procesów wymagających natychmiastowego odprowadzania kondensatu, konieczne jest stosowanie rury o określonej długości przed odwadniaczem, by umożliwić schłodzenie cieczy. 

Podział ze względu na budowę

1. Kapsułkowe (membranowe): Szybko reagują na zmiany temperatury, idealne do małych i średnich wydajności.
2. Bimetaliczne: Bardziej wytrzymałe na wysokie ciśnienia i uderzenia wodne; pozwalają na regulację stopnia dochłodzenia kondensatu. 

Odwadniacze Termodynamiczne

Te odwadniacze działają na zasadzie termodynamiki. Główną zasadą działania odwadniaczy termodynamicznych jest zasada Bernaulli.

Odwadniacz termodynamiczny są najczęściej stosowanymi odwadniaczami do usuwania kondensatu z głównych rurociągów, głównie ze względu na ich mały rozmiar, szeroki zakres ciśnień, jedną ruchomą część oraz odporność na uderzenia wodne i korozję. Ponieważ działanie każdego modelu zależy od gniazda producenta i konstrukcji tarczy, wyniki uzyskane przez użytkownika mogą się znacznie różni.

Odwadniacze termodynamiczne to urządzenia wykorzystywane w instalacjach parowych, działające w oparciu o zjawisko paradoksu hydrodynamicznego. Poniżej zestawienie ich głównych wad i zalet: 

Zalety

• Wytrzymałość i odporność: Są bardzo odporne na uderzenia wodne, wibracje oraz korozyjne działanie kondensatu (zazwyczaj wykonane ze stali nierdzewnej).
• Odporność na zamarzanie: Dzięki samoczynnemu odwadnianiu nie ulegają uszkodzeniu w niskich temperaturach, co czyni je idealnymi do montażu na zewnątrz.
• Kompaktowa budowa: Są małe, lekkie i zajmują niewiele miejsca w porównaniu do innych typów odwadniaczy przy zachowaniu dużej przepustowości.
• Łatwość serwisowania: Posiadają tylko jedną ruchomą część (dysk), co ułatwia konserwację i testowanie bez konieczności demontażu z rurociągu.
• Szeroki zakres pracy: Mogą pracować w szerokim zakresie ciśnień (nawet do PN250) oraz przy parze przegrzanej. 

Wady

• Straty pary: Ze względu na zasadę działania (cykliczne otwieranie i zamykanie) zawsze dochodzi do pewnych strat świeżej pary, co czyni je mniej efektywnymi energetycznie niż modele mechaniczne.
• Problemy z powietrzem: Przy szybkim wzroście ciśnienia podczas rozruchu może dojść do tzw. „zablokowania powietrzem” (air binding), co uniemożliwia odprowadzanie kondensatu.
• Ograniczenia ciśnienia: Nie działają poprawnie przy bardzo niskich ciśnieniach różnicowych oraz przy wysokim przeciwciśnieniu.
• Hałas: Praca urządzenia wiąże się z głośnym, cyklicznym „klikanie”, co może być uciążliwe w niektórych środowiskach pracy.
• Wrażliwość na zanieczyszczenia: Zabrudzenia w instalacji mogą powodować szybkie zużycie dysku lub gniazda, co prowadzi do nieszczelności. 

Główne zastosowanie

Zalecane są przede wszystkim do odwadniania rurociągów parowych (odwadnianie liniowe) oraz systemów grzania satelitarnego, gdzie priorytetem jest trwałość i odporność na warunki atmosferyczne. 

Odwadniacze Bimetaliczne

Odwadniacz bimetaliczny to rodzaj odwadniacza termostatycznego, który wykorzystuje różnicę temperatur między parą a kondensatem oraz właściwości fizyczne metali do usuwania kondensatu z układów parowych.

Zasada działania

Działanie opiera się na płytkach bimetalicznych wykonanych z dwóch metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej, połączonych ze sobą.

1. Gdy do odwadniacza wpływa chłodny kondensat, płytki pozostają płaskie, a zawór jest otwarty, co pozwala na swobodny wypływ cieczy i odpowietrzenie układu.
2. Wraz ze wzrostem temperatury kondensatu (zbliżającej się do temperatury pary), płytki wyginają się pod wpływem ciepła.
3. Wygięcie płytek powoduje pociągnięcie trzpienia i zamknięcie grzybka zaworu, co blokuje odpływ pary.

Zastosowanie

Odwadniacze bimetaliczne są stosowane głównie tam, gdzie można wykorzystać ciepło jawne kondensatu poprzez jego podchłodzenie.

• Rurociągi przesyłowe pary: Odwadnianie rurociągów o dużych długościach.
• Wężownice grzewcze i wymienniki ciepła: Gdzie dopuszczalne jest zaleganie pewnej ilości kondensatu w celu obniżenia temperatury odpływu.
• Ochrona przed zamarzaniem: Systemy pracujące na zewnątrz, ponieważ są odporne na niskie temperatury.
• Układy przegrzanej pary: Ze względu na wysoką wytrzymałość mechaniczną .

Zalety i wady

Zalety	Wady
Wytrzymałość: Odporne na uderzenia wodne, korozję i zamarzanie.	Opóźniona reakcja: Nie usuwają kondensatu natychmiast po jego powstaniu (wymagane podchłodzenie).
Odpowietrzanie: Bardzo dobrze usuwają powietrze z układu podczas rozruchu.	Ryzyko zalania: W instalacjach o zmiennym obciążeniu mogą powodować spiętrzanie kondensatu w wymienniku.
Kompaktowość: Małe rozmiary przy dużej wydajności.	Wrażliwość na zanieczyszczenia: Osady mogą blokować pracę stosu płytek bimetalicznych.
Praca przy wysokich ciśnieniach: Możliwość stosowania w instalacjach pary wysokoprężnej.	Konieczność regulacji: Charakterystyka pracy bimetalu może zmieniać się wraz z upływem czasu (starzenie materiału).