Трубопровод для сбора конденсата

Конденсат, сбрасываемый из конденсатоотводчиков, обрабатывается одним из двух способов. Он либо сливается из системы в канализацию, что может привести к потере тепловой энергии и воды, либо перетекает в трубопровод для транспортировки в другое место, в идеале для рекуперации.

Трубопровод для двухфазного потока

Трубопровод, используемый для транспортировки конденсата, обычно называют «трубопроводом сбора конденсата» или «трубопроводом возврата конденсата». Расчет размеров таких трубопроводов требует значительного опыта, поскольку он должен быть рассчитан на двухфазный поток. Проектирование не должно основываться на расчетах для трубопровода, по которому транспортируется только вода, потому что он не подходит для двухфазного потока.

Двухфазный поток — это поток, в котором пар (выпар, острый пар или их смесь) протекает через трубопровод вместе с жидким конденсатом. Несмотря на то, что они текут вместе, это не обязательно означает, что жидкость и пар текут отдельными, непересекающимися слоями. Схема потока в трубопроводе также может быть смешанной, как показано на анимации ниже.

Особенности трубопровода для режимов двухфазного потока

Схема потока внутри трубопровода для сбора конденсата сильно варьируется в зависимости от размера трубы, расхода и соотношения объема пара к конденсату.

Почему пар присутствует в трубопроводе сбора конденсата?

Учитывать пар при проектировании трубопроводов для сбора конденсата на первый взгляд может показаться нелогичным, но на самом деле это необходимо.

Это происходит из-за явления, известного как выпар, которое происходит, когда высокотемпературный конденсат, образовавшийся при высоком давлении, внезапно попадает в систему низкого давления, такую как линия сбора конденсата на выходной стороне конденсатоотводчика. При выпуске через конденсатоотводчик высокотемпературный конденсат со входа теперь подвергается более низкому давлению и, следовательно, содержит слишком много тепловой энергии, чтобы оставаться в жидкой фазе. Из-за этого избыточного физического тепла часть конденсата мгновенно испаряется или «выпаривается». Термин «выпар» просто описывает способ создания пара, в остальном он ничем не отличается от «рабочего пара».

Как количество выпара влияет на размер трубы

По мере увеличения перепада давления в конденсатоотводчике основная часть конденсата превращается в пар, что требует использования трубопроводов возврата конденсата большего диаметра.

При более низких давлениях в трубопроводе сбора конденсата удельный объем насыщенного пара может превышать объем насыщенного конденсата более чем в 1000 раз. Часто это соотношение может составлять более 90:1. Следовательно, объемное соотношение пара к конденсату будет варьироваться в зависимости от количества образовавшегося выпара, что, в свою очередь, может сильно повлиять на требования к выбору размеров труб.

Если мгновенного выпара не происходит, расчет скорости и падения давления в трубопроводе может быть аналогичен расчетам для однофазного водопровода. Однако отсутствие выпара может возникнуть только в том случае, если конденсат значительно переохлажден до температуры, меньшей, чем температура насыщенной воды, связанная с давлением в линиисбора. Если количество выпара велико, требуемый размер трубопровода становится почти идентичным размеру трубопровода пара. Таким образом, проектирование трубопровода для сбора конденсата сначала требует расчета количества выпара, а затем подбора размеров трубы, чтобы учесть удельные объемные отношения как для потока воды, так и для потока пара, с соответствующими расчетными параметрами скорости и перепада давления.

Пример трубопровода для сбора конденсата

Отношение выпара (по массе) для входного давления 1 МПа изб. [10 бар изб., 145 фунт/кв. дюйм изб.] и выходного давления 0,2 МПа изб. [2 бар изб., 29 фунтов/кв. дюйм изб.] составляет примерно 10%, или 1:10, от выпара к конденсату. Однако при сравнении удельных объемов объемное соотношение составляет примерно 62:1. С точки зрения занимаемого пространства внутренняя часть возвратной линии конденсата часто состоит в основном из выпара.

Пример сбора конденсата с использованием испарительного резервуара

Можно установить испарительный резервуар для сбора и повторного использования выпара. Испарительный бак позволяет разделить пар и конденсат, чтобы затем каждый из них смог транспортироваться по отдельному трубопроводу. В таком случае при проектировании трубопровода для жидкого конденсата следует использовать стандарты для трубопровода распределения воды.

Установка испарительного резервуара дает множество преимуществ. Выпар можно использовать для оборудования низкого давления или для предварительного нагрева, в то время как горячий жидкий конденсат без выпара может быть возвращен в котел, где его тепло будет повторно использовано, что повысит общую эффективность.

Конденсат высокой энергии можно использовать либо в котле, либо в другом месте на транспортной линии. Если энергию выпара можно использовать локально, разработчик системы может взвесить относительные преимущества: а) возврата конденсата в котел, используя трубопровод меньшего размера, но требующего насосной системы, или б) использования трубопровода большего размера для возврата конденсата без локализованой системы. Транспортировка быстро вскипающего конденсата на большие расстояния требует определенных конструктивных ограничений для возврата под действием силы тяжести, чтобы минимизировать появление гидравлического удара.

Способы проектирования трубопроводов для сбора конденсата

Как указывалось ранее, TLV рекомендует подбирать размеры трубопроводов для сбора конденсата в зависимости от количества выпара и жидкого конденсата, которые могут присутствовать в системе обратных трубопроводов.

Мы рекомендуем использовать определенные объемы каждой фазы для определения объемных соотношений конденсата и пара при заданном давлении, а затем рассчитывать максимально допустимую скорость потока. Затем следует выбрать размер трубопровода в соответствии с допустимыми параметрами скорости и перепада давления.

Другими факторами, которые можно учитывать при выборе размеров трубопроводов для сбора конденсата, являются:

• Наличие острого пара в трубопроводе из-за утечек или обойденных конденсатоотводчиков
• Длительное воздействие коррозии или грязи в системе, возможное уменьшение площади внутреннего поперечного сечения трубопровода

Оба обстоятельства могут иметь выражаться в увеличении скорости, падении давления и противодавлении в системе. Для более подробного объяснения расчета размеров трубопроводов для сбора конденсата читатели могут обратиться к техническим справочникам TLV «Отвод и повторное использование конденсата» и «Эффективное использование технологического пара».