W wielu przedsiębiorstwach wytwarza się parę wodną o większych parametrach ciśnienia i temperatury, niż przewiduje tego dany proces technologiczny. Taka sytuacja może wystąpić w miejscach, gdzie para wodna jest wykorzystywana do napędzania urządzeń mechanicznych, takich jak turbiny czy silniki parowe. Wytwarzanie pary wodnej o wyższych parametrach skutkuje późniejszym kondycjonowaniem pary do konkretnych potrzeb technologicznych. Z tego też powodu projektowane są specjalne systemy kondycjonowania, które zapewniają osiągnięcie odpowiednich wartości pary na wyjściu.
Kondycjonowanie pary wodnej
System kondycjonowania pary to układ, gdzie para poddawana jest specjalnym procesom, które mają na celu dostosowanie jej ciśnienia i temperatury do konkretnych parametrów, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiednich przepływów roboczych. Mowa o zmniejszeniu i ustabilizowaniu ciśnienia pary i temperatury, a także zintegrowaniu procesów redukcji ciśnienia i chłodzenia. W ramach dodatkowych działań można przeprowadzać proces osuszania pary nasyconej.
Elementy systemów kondycjonowania pary, które przez wiele lat pracowały w trudnych warunkach, z czasem się zużywają i należy je wymienić. Technologie poprzedniej generacji często nie są w stanie sprostać współczesnym wymaganiom. Najczęściej mówi się o konieczności stabilizacji parametrów roboczych, poziomie hałasu, szczelności odcięcia czy ochronie przed nadmiernym zużyciem erozyjnym. Modernizacja systemu kondycjonowania pary, a także budowa nowego układu wymaga dokładnej analizy stanu instalacji oraz aktualnych potrzeb technologicznych. Takie podejście pozwala na lepsze zrozumienie kluczowych procesów, wybór odpowiednich rozwiązań i zwrócenie uwagi na istotne aspekty techniczne, które mogą znacząco wpłynąć na efektywność działania całego układu kondycjonowania pary wodnej.
Parametry robocze
Przy podejmowaniu decyzji o modernizacji lub budowie nowego systemu kondycjonowania pary kluczowym krokiem jest analiza i dokładne określenie wymagań względem instalacji we wszystkich realnych stanach operacyjnych. Nie ograniczajmy się jedynie do maksymalnych parametrów układu. Choć są one istotne, często nie odzwierciedlają rzeczywistego charakteru pracy instalacji. Warto mieć na uwadze minimalne, nominalne oraz maksymalne warunki robocze, a także oczekiwane parametry obliczeniowe. Podając szereg przewidywanych i typowych punktów pracy umożliwiamy dokładniejsze sprawdzenie, w których obszarach roboczych systemu mieszczą się te punkty. Kolejną istotną kwestią jest uwzględnienie takich aspektów, jak: czynniki wpływające na optymalizację kondycjonowania pary, określenie punktów stałych, zabezpieczenia antykorozyjne, montaż, przyłącza, mocowania, izolacja cieplna czy użyte materiały. Należy także rozważyć wymagania dotyczące wyposażenia instalacji w armaturę pomocniczą, urządzenia kontrolno - pomiarowe, typy siłowników zaworów regulacyjnych i czas ich przesterowania, źródła zasilania, sposób automatyzacji stacji (lokalna czy zdalna poprzez zakładowy system DCS), serwis oraz warunki gwarancji, a także zgodność z odpowiednimi normami i dyrektywami.
Optymalizacja redukcji ciśnienia: charakterystyka przepływu
Charakterystyka przepływu zaworu regulacyjnego opisuje, jak zmienia się natężenie przepływu medium w zależności od położenia grzybka zaworu. Zmiany te są analizowane od momentu, gdy zawory grzybkowe są zamknięte, aż do ich maksymalnego otwarcia. Teoretyczna charakterystyka przepływu (charakterystyka konstrukcyjna) zakłada, że spadek ciśnienia w zaworze pozostaje stały, niezależnie od zmian natężenia przepływu. Natomiast rzeczywista charakterystyka przepływu (charakterystyka zainstalowana) odzwierciedla rzeczywiste warunki pracy zaworu, gdzie spadek ciśnienia zmienia się wraz z natężeniem przepływu i innymi czynnikami w danym systemie regulacji. Wybór odpowiedniej charakterystyki przepływu jest kluczowym elementem w tworzeniu układów regulacji, a właściwy dobór powinien uwzględniać dynamiczną analizę obiektu regulacji.
Optymalizacja redukcji ciśnienia: reduktory pary wodnej i ich erozyjne zniszczenia
Rozpoczęcie redukcji ciśnienia pary wewnątrz zaworu wiąże się z osiągnięciem ekstremalnych prędkości przepływu - znacznie większych niż prędkości standardowe. W takich warunkach kluczowy jest jednofazowy przepływ suchej pary, co ma szczególne znaczenie przy zmniejszaniu ciśnienia pary nasyconej, ale jest istotne również w przypadku pary przegrzanej. Znajdujące się wewnątrz zaworu krople wody osiągają zawrotną prędkość, przez co mogą powodować poważną erozję, która prowadzi do szybkiego i silnego zniszczenia zaworu. Co prawda, po redukcji ciśnienia w stacjach redukcyjno - schładzających do pary będzie dodawana woda, jednak kluczowe jest wcześniejsze jej usunięcie, aby maksymalnie wydłużyć żywotność zaworu. W związku z powyższym tuż przed zaworem redukcyjnym należy zainstalować skuteczny system odwodnień.
Prawidłowo zainstalowane odwadniacze instalacji parowych są również bardzo ważne przy parze przegrzanej. Głównym zadaniem odwodnienia jest usuwanie skroplonej wody, która może powstawać przy bardzo małych przepływach pary lub gdy zawór regulacyjny jest zamknięty. Odwodnienie pomaga także w utrzymaniu zaworu w stanie gorącym, nawet gdy pozostaje on zamknięty.
Gdzie powinien znajdować się czujnik ciśnienia?
Miejsce montażu czujnika ciśnienia jest ważne, ponieważ na jego podstawie dokonuje się regulacji zaworu redukcyjnego. Zalecana odległość punktu poboru impulsu ciśnienia od wylotu zaworu regulacyjnego powinna wynosić 1 metr lub 10 krotność średnicy zaworu na prostym odcinku rurociągu (należy wybrać większą z tych wartości). Bliskie umieszczenie czujnika zaworu może prowadzić do błędów w pomiarze, które będą spowodowane dynamicznym wydostawaniem się pary z zaworu. Ważne jest także, aby unikać ściągania impulsów ciśnienia tuż za innymi komponentami armatury, bądź kolanami rurociągów, ponieważ wahania prędkości przepływu oraz lokalne układy dyszowe mogą prowadzić do znacznych zniekształceń pomiaru.
