Термостатические капсульные конденсатоотводчики находят широкое применение в производстве гофрокартона, а именно в узлах отвода конденсата основных и вспомогательных паропроводов.
На производственных линиях BHS, а также других европейских производителей технологических линий, установлено множество таких устройств — например, модель L21S встречается в количестве до 20 штук на одной линии. Они применяются на паропроводах, где от стабильности отвода конденсата напрямую зависит устойчивая работа паропровода.
Простота или надёжность
Надёжная работа конденсатоотводчиков критически важна для бесперебойного производства, так как выход из строя даже одного устройства может привести к гидроударам и провоцировать эрозию паропроводов.
Принято считать, что термостатический капсульный конденсатоотводчик прост, а значит — надёжен. Однако это утверждение спорно. На самом деле он может быть либо простым, либо надёжным, но редко сочетает оба качества одновременно. Эта смысловая ловушка продолжает работать.
К сожалению, выбирая термостатические конденсатоотводчики в погоне за простотой и мнимой надёжностью, потребители сталкиваются с серьёзными проблемами: пролётным паром, блокировками конденсатных линий, гидроударами, эрозией корпусов конденсатоотводчиков и трубопроводов. К этому добавляется необходимость постоянных закупок новых устройств взамен вышедших из строя.
Хотя культура одноразовых покупок характерна для современного общества потребления, для промышленности она губительна. Регулярная замена конденсатоотводчиков выгодна поставщикам, но не предприятиям. Производства тратят значительные средства, заменяя одни плохо работающие или неработающие устройства на аналогичные. При этом потери от неэффективной работы конденсатоотводчиков никуда не исчезают — они многократно превышают стоимость даже самых дорогих моделей.
Саморегулируемый процесс отвода конденсата…
Специалистам известно: конденсатоотводчик — один из самых быстроокупаемых элементов запорно-регулирующей арматуры. Однако погоня за низкой ценой без тщательного анализа технических характеристик обходится пользователям крайне дорого.
Проблема усугубляется тем, что выявить неисправный конденсатоотводчик непросто. Это обстоятельство открывает дорогу поставщикам некачественной техники.
Чувствительным элементом конденсатоотводчика служит герметичная капсула, заполненная спиртосодержащей жидкостью (рис. 1). Конструкция капсулы включает подвижную мембрану, соединённую с клапаном для выпуска конденсата. Устройство постоянно находится в рабочей среде — смеси конденсата, воздуха и пара, находящейся внутри конденсатоотводчика.
Жидкость в капсуле имеет кривую насыщения, проходящую на несколько градусов ниже, чем кривая насыщения воды (рис. 2). Постоянный температурный интервал между этими кривыми называется температурой доохлаждения.
Принцип действия капсулы основан на температурном расширении спиртосодержащей жидкости при соответствующем значении давления рабочей среды. В том случае, если точка пересечения значений давления и температуры поступающего в конденсатоотводчик конденсата находится ниже кривой насыщения спиртосодержащей жидкости, клапан конденсатоотводчика открыт.
Его закрытие происходит не тогда, когда в него приходит пар, а когда поступает горячий конденсат, ещё не достигший температуры и давления насыщения спиртосодержащей жидкости.
Конденсатоотводчик автоматически перестраивает температуру открытия/закрытия в соответствии с текущим давлением конденсата, следуя вдоль кривой насыщения спиртосодержащей жидкости во всём установленном рабочем диапазоне давлений. Именно поэтому, термостатический капсульный конденсатоотводчик называется «сбалансированным по давлению».
При нагреве капсулы и воздействии на неё соответствующего давления, жидкость внутри закипает, давление возрастает, мембрана деформируется и закрывает клапан. При охлаждении запускается обратный процесс: пар конденсируется, давление падает, объём жидкости в капсуле уменьшается, мембрана возвращается в исходное положение и открывает клапан.
… и необходимые условия его реализации
Что же такого сложного в капсуле? На первый взгляд — ничего особенного: конструкция достаточно компактна (диаметр порядка 40 мм), внутри содержится всего несколько капель рабочей жидкости, ход клапана не превышает одного миллиметра. Однако за этой внешней простотой скрываются серьёзные технические требования.
Надёжность и долговечность
Капсула должна обеспечивать порядка 6 миллионов циклов срабатывания в год. Мембрана — единственная движущаяся деталь — должна сочетать, казалось бы, несовместимые свойства: гибкость и прочность. Она обязана выдерживать многократные деформации на протяжении всего срока службы, а также возможные гидроудары и термоудары. Это требование распространяется как на саму мембрану, так и на сварной шов, соединяющий её с корпусом капсулы.
Стабильность характеристик
Конденсатоотводчик должен обеспечивать одинаковую температуру доохлаждения конденсата во всём диапазоне рабочих давлений. Например, поддерживать постоянную величину доохлаждения в 21°C или 32°C — это общепринятые стандарты.
Реальность рынка
Опыт показывает, что далеко не все представленные на рынке конденсатоотводчики соответствуют заявленным характеристикам. Многие модели являются лишь внешними копиями продукции известных производителей, а технические характеристики просто переписываются с оригиналов.
Стоят ли за этими цифрами результаты лабораторных испытаний, работа над исправлением недостатков, анализ статистики применения? В большинстве случаев — нет. Если испытания и проводились, то носили поверхностный характер.
За внешней простотой — высокие технологии
Произвести надёжную капсулу гораздо сложнее, чем может показаться. За кажущейся простотой конструкции скрываются прецизионные технологии механической обработки, сварки и тщательный подбор материалов.
В качестве примера можно привести капсулу, известную как «Х-элемент» (рис. 3). Эта высокотехнологичная и инновационная разработка существенно отличается от других аналогов. Такое превосходство — результат длительной эволюции: инженеры-разработчики на протяжении многих лет непрерывно совершенствовали конструкцию и материалы, и этот процесс продолжается по сей день.
Конструкция Х-элемента включает не одну, а четыре мембраны: две верхние и две нижние (рис. 4). На поперечном разрезе видно, что мембраны имеют выраженный изгиб. Такая своеобразная форма предназначена для снижения нагрузки на сварной шов, который располагается по окружности мембраны и соединяет её с корпусом капсулы.
Благодаря волнистой форме, при регулярной деформации мембран движение стального листа в районе шва минимизировано. Металл в зоне сварки практически не перемещается, что исключает механические напряжения и значительно повышает ресурс изделия.
Безопасность при отказе
При разрыве двух верхних или двух нижних мембран клапан конденсатоотводчика переходит в открытое положение. То есть, при поломке конденсатоотводчик находится в «нормально-открытом» состоянии. Это свойство весьма полезно, так как выход из строя не наносит ущерба потребителю.
Если бы клапан был нормально-закрытым или блокировался в произвольном положении в зависимости от типа поломки, потребитель мог бы столкнуться с затоплением конденсатом до момента выявления и локализации неисправности. Неисправный открытый конденсатоотводчик, хотя и пропускает пролётный пар, всё же позволяет временно минимизировать потери с помощью запорной арматуры в обвязке.
Конструкция клапана
Форма клапана у Х-элемента (рис. 5) отличается от обычного шарика, садящегося на седло. Конические или шарообразные затворы уязвимы с точки зрения точности позиционирования и склонны к засорению. Плоское посадочное место даже при боковых смещениях плотно перекрывает поток. Центральное отверстие обеспечивает функцию нормально-открытого клапана при разрыве нижних мембран.
Рабочий диапазон капсулы
Устойчивость работы капсулы относительно линии насыщения во всём диапазоне рабочих давлений зависит от свойств спиртосодержащей жидкости. Замечено, что у многих капсул фактический рабочий диапазон значительно уже, чем заявлено в технической документации.
У некачественных капсул открытие может сопровождаться дребезгом, происходить с опережением или, наоборот, с задержкой.
«Зоны риска» — это начало и конец диапазона рабочих давлений. Не стоит обольщаться, если конденсатоотводчик работает в среднем диапазоне. Дело в том, что, кроме отвода конденсата, устройство должно отводить воздух. То есть фактический рабочий диапазон всегда шире номинального.
Капсулы в поплавковых конденсатоотводчиках
Говоря о термостатических капсулах, мы говорим не только про конденсатоотводчики. Практически все поплавковые конденсатоотводчики, кроме собственно поплавкового клапана, имеют в конструкции второй клапан — воздухоотводчик. Обычно производители унифицируют изделия и применяют одинаковые капсулы как для конденсатоотводчиков, так и для воздухоотводчиков.
Иногда в капсулах воздухоотводчиков используется другая жидкость с более сильной разницей срабатывания относительно кривой насыщения воды. Таким образом, поплавковый конденсатоотводчик, даже имеющий надёжную конструкцию поплавкового механизма, может перестать работать из-за термостатической капсулы с неудовлетворительными характеристиками.
Воздухоотводчики для пара
Нельзя забывать и об отдельном классе устройств — воздухоотводчиках для пара. Как следует из предыдущего раздела, в основе работы воздухоотводчика лежит всё та же капсула.
Важность выбора
Таким образом, даже если пользователь решит не рисковать и отказаться от использования термостатических конденсатоотводчиков, у него это не получится. Потому что капсулы применяются и в поплавковых конденсатоотводчиках, и в воздухоотводчиках.
Решением является внимательный подход к выбору. Перед покупкой стоит ознакомиться с документацией на конденсатоотводчик. Если про капсулу в ней ничего не написано — высока вероятность, что капсула ненадёжная и изготовлена на неизвестном предприятии. Было бы странно не писать про капсулу, если она представляет собой основной элемент конденсатоотводчика!
Ресурс термостатического конденсатоотводчика (рис. 6), то есть срок его службы в тяжёлых условиях промышленной эксплуатации, напрямую зависит от свойств капсулы.
Время — ключевой ресурс производства
Для промышленных предприятий время является одним из наиболее ценных ресурсов. Неработающий конденсатоотводчик буквально «ворует» это время: оно уходит на ремонты, простои, срывы технологических процессов и, как следствие, приводит к снижению производительности.
Капсула времени в промышленности
Капсулы времени бывают не только в фантастических фильмах. Повседневная инженерная практика предоставляет нам не менее интересные сюжеты. Надёжная капсула термостатического конденсатоотводчика — это настоящая «капсула времени» в промышленном смысле. Она сохраняет время тем, кто действительно в этом нуждается.
Автор: Гилепп Павел Александрович, технический директор компании «Паровые системы»
