specializovaný výměník pro páru

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv

specializovaný výměník pro páru

TS6-M Technické parametry Typická aplikace - voda ohřívaná párou  

TS6-M

0,2 - 1,8 MW při kondenzační teplotě páry 150 °C 0,2 - 1,5 MW při kondenzační teplotě páry 120 °C

Průtok 

Záleží na médiu , povolené tlakové ztrátě a teplotách: max. 20 kg/s (72000 l/h)

Maximální provozní tlak a teplota rámu FM FG FD

1.0 MPa / 180 °C 1.6 MPa / 180 °C * 2.5 MPa / 180 °C

*) FG též můžeme být použit pro 1.2 Mpa / 200 °C v parním systému kde není havarijní ventil

1


Princip toku médií

Typické aplikace 60 ºC

Steam

60 ºC60 ºC

Steam Steam Pára

 Ohřev TUV 10 ºC 10 ºC10 ºC

 Ohřev ÚT

80 ºC

Steam Pára

60 ºC

 Technologický ohřev

Steam Pára

60 ºC

45 ºC

2


Optimálně navrženo Rám je konstruován s ohledem na minimální deformování

Vzor profilu desky je speciálně vyvinut pro páru

Šrouby rovnoměrně rozmístěny kolem svazku desek

Těsnění na vysoké teploty až 180 ºC

Výhody proti trubkovým výměníkům  Menší zastavěná a servisní

plocha (vysoký součinitel k)  Nižší hmotnost  Snadná instalace  Možnost úprav či výkonového

rozšíření

3


Výhody proti trubkovým výměníkům Žádná teplotní únava  Díky pružnému těsnění

nevzniká problém teplotní únavy svazku desek

Výhody proti trubkovým výměníkům Kondenzace při 150 °C

Kondenzace při 120 °C

Výkon: 1 MW, 60 - 80 ºC

Výkon: 1 MW, 60 - 80 ºC

TS6-M s 20 deskami

TS6-M s 28 deskami

Velmi malý rozdíl v počtu desek

Proč používat systém s nízkou teplotou kondenzace ?   

Zmenšujeme riziko vzniku „zbytkové páry“ Redukujeme tvorbu usazenin Nemusí být tlakové kondenzátní hospodářství

4


Výhody proti trubkovým výměníkům Úspory přinášející nízká teplota kondenzace Max. kondenzační teplota 160 ºC Průměrná kondenzační teplota 140 ºC

Max.kondenzační teplota 120 ºC Průměrná kondenzační teplota 110 ºC

Průměrný průtok páry = 0.3 kg/s

110 ºC

1 MW 100 ºC 140 ºC / hf = 589 kJ/kg

0.5 Bar(g) / hf = 468 kJ/kg

100 ºC Dochlazovač (zvláštní)

 

Průměrná provozní doba: 6,000 hod/rok Cena energie: 25 Euro / MWh

 

Q = m*(hfin-hfout)*čas = 0.3*(589-486)*6,000 = 185,400 kWh Cena energie = 25*185.4 = 4635 EURO / Rok

Žádné ztráty Minimální zarůstání Není potřeba dochlazovat kondenzát Nemusí být tlakový kondenzátní hospodářství

Výhody proti trubkovým výměníkům Relativní stupeň zanesení

Minimální kondenzační teplota snižuje tvorbu usazenin

Povrchová teplota 50

100

150

200

5


Výhody proti trubkovým výměníkům Můžeme ovládat stav při nízkém zatížení výměníku Velká kontaktní plocha mezi párou a vodou  Imploze, Hluk  Vodní ráz  Velmi problematické řízení teploty

Horká pára ve studeném kondenzátu Malá kontaktní plocha mezi párou a vodou  Žádná imploze  Žádný hluk  Přijatelné řízení teploty

Výhody proti trubkovým výměníkům Malý zádržný objem  Vynikající charakteristika

řízení teploty  Nízký P x V poměr =>

Nejsou potřebné inspekce jako u tlakové nádoby

Veliký zádržný objem

 Pomalá odezva na změnu

výkonu  Vysoký P x V poměr =>

Nutné pravidelné inspekce jako tlakové nádoby

6


Jaké vybrat těsnění?  Základní kritéria pro teplotní stanovení 

Max. kondenzační teplota pro EPDM:

125 °C



Max. kondenzační teplota pro HeatSeal F:

150 °C

(Nikdy nevyberte druh pro kondenzační teplotu rovnající se limitní teplotě těsnění, které jsou 160 ºC pro EPDM a 180 ºC pro HeatSeal F)

 Kdy použít EPDM a kdy použít HeatSeal F 

Když teplota ve vstupu je menší než 140 °C, použij EPDM



Když teplota ve vstupu je mezi 140 °C a 165 °C použij HeatSeal F

 Výběr „od oka“ 

Jestliže daná teplota páry (obvykle sytá pára) před vstupem do regulačního ventilu je menší než 160 °C , můžeme použít EPDM



Když teplota páry je vyšší než 160 °C , použij HeatSeal F

Relativní životnost [ roky ]

Životnost těsnění 20

10

Provozní teplota ºC

2 100

150

200

250

7


Mollierův diagram

1

2

3

 Ať je to jakkoliv tlak páry známe pro sytou páru, potom teplota nebude

nikdy vyšší než 180 °C když redukujeme na 7 bar(a) nebo níže (1)  Když redukujeme tlak na 5.5 bar (a) při suchosti páry x = 0.99

dostaneme teplotu 160 °C (2) a když budeme redukovat dál na 3 bar (a) máme teplotu 150 °C (3)

Doporučená regulace  Na parním vstupu

 Na parním vstupu s

čerpáním kondenzátu M

TE

M

TE

8


Cyklus ohřevu ÚT TS6-M, 1 MW, 10 % Margin

 Funkce Ohřev vody pro topení párou

T=201 ºC P=16 Bar(a)

T(c)=152 ºC P=5 Bar(a)

x=0.99

T(port)=152 ºC

 Požadavek

1 MW 80 ºC

p=35 kPa

Výkon = 1 MW Teplota 60 => 80 ºC

 K dispozici Pára 16 Bar(a) Suchost x = 0.99

 Výsledek

T(cond)=132 ºC

60 ºC

Rating at 0 % margin (theoretical performance with absolutely clean surfaces)


T(c)=142 ºC P=3,8 Bar(a)

x=0.99

T(port)=148 ºC

1 MW 80 ºC

p=35 kPa

TS6-M 22 desek

T(cond)=124 ºC

60 ºC

Těsnění: HeatSeal F

Cyklus ohřevu TUV TS6-M, 1 MW, 20 % Margin

 Funkce Ohřev vody párou


T(c)=125 ºC P=2,3 Bar(a)

x=0.99

T(port)=132 ºC

 Požadavek

1 MW 55 ºC

p=50 kPa


T(cond)=103 ºC

10 ºC



T=171 ºC

 Výsledek TS6-M 26 desek Těsnění: EPDM

P=8 Bar(a)

T(c)=111 ºC P=1,5 Bar(a)

x=0.99

T(port)=127 ºC

1 MW 55 ºC

p=50 kPa T(cond)=83 ºC

10 ºC

9


Temperování objemu nádrže TS6-M, 1 MW, 20 % Margin

 Funkce Ohřev vody párou


T(cond)=125 ºC P=2,3 Bar(a)

x=0.99

T(port)=132 ºC

 Požadavek

1 MW 55 ºC

p=50 kPa


T(cond)=106 ºC

40 ºC


 Výsledek TS6-M 26 desek Těsnění: EPDM



T(cond)=107 ºC P=1,3 Bar(a)

x=0.99

T(port)=126 ºC

1 MW 55 ºC

p=50 kPa T(cond)=90.1 ºC

40 ºC

10


Výměníkové stanice pára - voda

Znalosti - klíč k úspěchu Materiál připravil Ing. Martin NEUŽIL, Ph.D

1

VS pára - voda - Převádějí tepelnou energii páry do vody pro systém ÚT - Různé typy konstrukcí výměníků - Tlaková a teplotní odolnost - Různé typy regulace výměníků pára – voda: - na straně páry, - na straně kondenzátu, - na straně páry i kondenzátu (uzlové VS v teplárnách) - na straně sekundáru Výměníky tepla na parních aplikacích

2

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv Výhody deskových výměníků na parních aplikacích

- vysoká účinnost přenosu tepla (95 %) - úspory fosilních paliv a exhalací při výrobě páry - kompaktní konstrukce výměníku - nízké tepelné ztráty do okolí (není plášť výměníku) - malý zastavěný a obestavěný prostor - malá hmotnost výměníku - snadná přeprava a montáž výměníku - malý vodní objem výměníku na sekundární straně - nízké měrné investiční náklady Kč/kW

3

4


Nejčastější problémy s výměníky pára - voda - nestabilní regulace výstupní teploty vody - termické a tlakové rázy - hluk a vibrace - koroze a snížená životnost výměníku

5

Nejčastější příčiny problémů VS pára - voda - nevhodná konfigurace systému přívodu páry - pára vstupující do regulačního ventilu není ošetřena - u otevřených systémů chybí přerušovač vakua - nevhodná konfigurace systému odvodu kondenzátu - nevhodný odvaděč kondenzátu - protitlak v kondenzátním potrubí - kombinace rychlého výměníku a pomalého pohonu regulačního ventilu

6

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv Proudění páry a kondenzátu v parním potrubí

7

Separátor typ 1808, S5 a S6 Separátory se vyrábějí ze šedé litiny, tvárné litiny, ocelolitiny a nerezové austenitické oceli.

Deska vřazená kolmo do směru proudění páry a kapiček kondenzátu, kde dochází k primárnímu odloučení kapiček. K sekundárnímu odloučení kapiček dochází na vestavbách.

8

Separátor funguje na principu gravitačním (zmenšení průtočné rychlosti) a setrvačném (rychlá změna směru proudění).


Filtr do potrubí

Vysoký průtokový součinitel Kv Velká plocha síta filtru Nízká tlaková ztráta

9

Provedení pneupohonu nízkoprofilové pružiny zajišťují kompaktní konstrukci a velké ovládací síly volba uspořádání vzduch otevírá/uzavírá ventil • upevnění pozicionerů PP, EP • vzduchových a elektrických spínačů • zpětnovazební potenciometr samonastavitelná chevronová ucpávka ventilu pro delší životnost bezazbestové provedení dvojitě vedené vřeteno a kuželka 10

provedení tělesa: tvárná litina ocelolitina nerez DN 15 - 200 závitové nebo přírubové připojení


otočné kolo pro ruční ovládání polycarbonátový kryt, IP65 připojení el. spínačů instalace topného tělíska

Elektropohon s ventilem KE volitelný pozicioner průchodky pro vstup kabelů robustní táhlo pro přenos polohy ventilu provedení tělesa: tvárná litina ocelolitina nerez závitové nebo přírubové připojení

11

Vedení kuželky ! přesné vedení kuželky a provedení kuželky a sedla s tvrdým povrchem zajišťuje vysokou odolnost proti erozi a chvění

12


Měkké těsnění

! použitím měkkého těsnění je zajištěna těsnost dle ANSI Class VI (plynotěsné provedení kuželky)

13

Redukování součinitele Kv

! možnost optimální volby Kv

14

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv Průtokové charakteristiky 100% 1. lineární 2. ekviprocentní

průtok %

3

4 1

5

3. rychlo otevírací 4. motýlová klapka

50%

5. kulový ventil 2

0

50%

100%

otevření ventilu %

otevřen

15 11

Rychlost proudění páry za regul. ventilem

16


Snímače a převodníky

snímání a měření teploty a tlaku

17

Elektronický regulátor SX65

! dva set pointy ! čitelný display ! retransmise ! programovatelné alarmy

! funkce AUTOTUNE

18


Pneumatické regulátory ! regulace P, PID ! kompaktní systémy pro snímání teplot, tlaků, výšky hladiny ! přímé propojení na pneusystémy

19

Závěr - doporučení pro projektanty - pára vstupující do regulačního ventilu musí být zbavena mechanických nečistot (separátor, filtr) - prevence proti termickým a tlakovým rázům spočívá v důkladném odvodnění páry vstupující do výměníku a instalaci přerušovače vakua - výběr správného odvaděče kondenzátu a vhodná konfiguraci kondenzátního potrubí vytvoří podmínky pro správnou funkci regulace - optimálně zatlumené čidlo teploty musí snímat reprezentativní teplotu vody - celá soustava regulace (čidlo, pohon reg. ventilu a regulátor) musí mít rychlejší reakci než je doba odezvy výměníku pára - voda (regulace zaplavováním!) 20

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv VS pára - voda 2 x 220 kW - přívod páry - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

Pára 5 bar 160 °C

21

VS pára - voda 2 x 220 kW - výměníky ÚT - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

22


VS pára - voda 2 x 220 kW - předehřev TUV - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

23

VS pára - voda ÚT 2 x 425 kW - celkový pohled, výměníky, regulační řada - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

24


VS pára - voda ÚT 2 x 425 kW - přívod páry 0,2 baru - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

25

VS pára - voda ÚT 2 x 425 kW - výměníky, odvod kondenzátu - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

26


VS pára - voda ÚT, VZD 2 x 175 kW - přívod páry 3,5 baru - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

27

VS pára - voda ÚT, VZD 2 x 175 kW - regulace - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

28


VS pára - voda ÚT,VZD 2 x 175 kW - výměníky - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

29

VS pára - voda 160 kW - ohřev techn. vody - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

30


VS pára - voda 160 kW - přívod páry, deskový rozebíratelný/čistitelný výměník - montáž na stavbě (není kompaktní řešení)

31

VS pára - voda 50 kW - balená jednotka na rámu (kompaktní řešení)

32


VS pára - voda 700 kW ÚT, 300 kW TUV - balená jednotka na rámu (kompaktní řešení)

33

Balená VS 500 kW - ohřev ÚT, ekvitermní regulace výměníku, HV, pára 0,4 MPa, parou přetlačovaný kondenzát, uzavřený paro – kondenzátní okruh

34


VS pára - voda 2000 kW - ohřev techn. vody - balená jednotka na rámu (kompaktní řešení)

35

VS pára - voda 2000 kW - čerpání kondenzátu - balená jednotka na rámu (kompaktní řešení)

36

Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv Závěr Objektové výměníkové stanice pára – voda se používají v průmyslových závodech (parní rozvody technologické páry) k transformaci tepla páry do horké/teplé vody (soustava ÚT). V současné době se používají blokové jednotky s kompaktními výměníky. Prameny: 1. Kadrnožka, J.: Tepelné elektrárny a teplárny, SNTL 1984 2. Dlouhý, T., Hrdlička, F., Kolovratník, M.: Průmyslová energetika , ČVUT 2003 3. Firemní literatura: Spirax Sarco, Alfa Laval

37


Ostrojení parních výměníkových stanic Zásobování teplem Ing. Martin Neužil, Ph.D Ústav Energetiky

VS jako parní spotrebiče 

Proč pára



Správné parametry páry( p,T, m)



Vhodná regulace



Správna volba odvaděčů kondenzátu



Porovnání jednotlivých způsobů zapojení



Vhodně navržené odvodnění



Reference

1


Proč používat páru?  Vysoký tepelný obsah  Vysoký koeficient přestupu tepla  Jednoduchá regulace

 Konstantní teplota při odevzdávání tepla  Není potřeba cirkulačních čerpadel  Nulové riziko požáru

Výměníkové stanice pára-voda Zadávací údaje

 Tlak a teplota páry

 Protitlak v kondenzátním systému  Parametry ohřívaného média  Charakter odběru tepla  Chemické složení sekundáru

2


Základní části VS

 výměník  regulační prvky  bezpečnostní prvky  odvod kondenzátu

Výměníky tepla

3


Deskové výměníky tepla - omezení Masivní rám

Šrouby rovnoměrně rozmístěny kolem svazku desek

Vzor profilu desky je speciálně vyvinut pro páru

Těsnění na vysoké teploty až 180 ºC

Výměníky tepla se zvlněnými trubičkami (Turflow)

4


Výměníky tepla se zvlněnými trubičkami Výhody: 1) Zvýšení součinitele přestupu tepla - turbulentní proudění vyvolané zvlněním trubiček Výsledek - podstatně snížená teplosměnná plocha výměníku při daném výkonu, tj. jeho velikost a cena. 2) Minimální tlaková ztráta společně s intenzivním přestupem tepla 3) Omezená tvorba nánosů

Výměníky tepla Turflow Součinitel přestupu tepla je funkcí Nusseltova a Reynoldsova kritéria. 1000

Nu

Optimalizované zvlněné trubičky 100 32.5 10

HARD

6.5 Hladké trubky 1

10

100

1000

10000 2300

1 100000

Re

5


Různé konfigurace zvlněných trubiček Zvýšení součinitele přestupu tepla při nízkých Reynoldsových číslech (laminární proudění = nízká tlaková ztráta)

Porovnání různých typů výměníků

Součinitel prostupu tepla U

Křížové/protiproudé proudění 10 – 2500 W/m2K

Perfektní protiproudé proudění 1500 – 10000 W/m2K

Perfektní protiproudé proudění 20 – 6500 W/m2K

Teplosměnná plocha

0.1 – 1500 m2

0.01 – 1000 m2

0.02 – 1500 m2

Tlaková ztráta P Max. P Max. T Maximální rozměry

0.01 – 10 kPa 10 MPa 600 – 800°C materiálový limit  800 x 6000 700 m2 vysoké - 0.001 m2K/kW všechny typy

2 – 70 kPa 1,6 – 2,0 MPa 160 – 180°C limituje těsnění 3,500 výška - 800 šířka 700 m2 - 4,000 délka téměř nulové - 0.000005 m2K/kW bez uhlíkových ocelí

0.02 – 20 kPa 10 MPa 600 – 800°C materiálový limit dáno pláštěm, max. 10” střední - 0.0001 m2K/kW všechny typy

Typ proudění

Zanášení Materiál

6


Optimalizace návrhu regulačního ventilu a výměníku DN50

DN40

DN32

Regulační ventily (návrh s pomocí internetového interaktivního software)

• • • • • •

SPIRA-TROL Q SÉRIE C SÉRIE STERI-TROL PAV ( pístové ) M SÉRIE ( kulové )

Světlosti: DN15 až DN400 Maximální tlak: PN400, ANSI 4500 Provedení: 2-cestný (přímý, rohový), 3-cestný (směšovací, rozdělovací), kulový, pístový Materiálové provedení: šedá a tvárná litina, uhlíková a nerezová ocel, bronz

7


Regulační ventily SPIRA-TROL

zvětšený průměr

vnitřní a vnější ‘O’ kroužek

PTFE ucpávka stlačovaná pružinou

stírací kroužek spodní vedení vřetene rozptýlení média za precizní tvar kuželky

sedlem

standard – nerez 431

upevnění sedla (tzv. plovoucí) tvar pro zajištění optimálního proudění

Regulační ventily Spirax Sarco SPIRA-TROL

vnitřní části regulačního ventilu SPIRA-TROL

8


Možnosti regulace teploty parní VS  Regulace na straně páry  Regulace na straně kondenzátu

 Regulace na straně ohřívaného média

Regulace na vstupu páry

9


Regulace na vstupu páry Výhody:  Rychlá a přesná regulace  Možnost havarijní funkce regulačního ventilu  Vhodné pro všechny typy výměníků tepla

Nevýhody:  Možné problémy s odvodem kondenzátu

Regulace na vstupu páry Snímání teploty produktu

P1

Výměník

P2

10


Regulace na vstupu páry Snímání teploty produktu

P1

Výměník

P2

Regulace na vstupu páry Provozní podmínky:

- přetlak páry 3 bar(g), odtok kondenzátu samospádem - teplotní spád 80/60 °C

11


Regulace na vstupu páry Provozní podmínky:

- přetlak páry 3 bar(g), protitlak 1 bar(g) = 10 m VS - teplotní spád 80/60 °C

Regulace na vstupu páry +

zvedač kondenzátu

12


Regulace na vstupu páry +

zvedač kondenzátu

Výhody:    

Rychlá a přesná regulace Možnost havarijní funkce regulačního ventilu Vhodné pro všechny typy výměníků tepla Odvod kondenzátu za všech provozních stavů

Nevýhody:  ???

Regulace na straně kondenzátu Nevýhody: Nevýhod  ???

y:

13


Regulace na straně kondenzátu Výhody:  Bezproblémový odvod kondenzátu Nevýhody:  Pomalá regulace  Nadměrné tepelné namáhání výměníku  Možnost expanze páry na regulačním ventilu  Nutnost samostatného havarijního ventilu na vstupu páry

Regulace na straně páry a ohřívaného média (velmi přesná regulace)

14


Regulace na straně ohřívaného média Výhody:  Možnost použití menšího výměníku  Minimalizace počtu armatur na parní straně Nevýhody:  Nutnost trojcestného ventilu  Využití pouze pro nižší tlak páry a vyšší tlak ohřívaného média

VS 250kW – výměníky Turflow, regulace na páře

15


Zvedače kondenzátu

Parní přečerpávání kondenzátu/zvedač kondenzátu

16


Prameny: 1. Kadrnožka, J.: Tepelné elektrárny a teplárny, SNTL 1984 2. Dlouhý, T., Hrdlička, F., Kolovratník, M.: Průmyslová energetika , ČVUT 2003 3. Firemní literatura: Spirax Sarco, Alfa Laval

17

specializovaný výměník pro páru

Recommend Documents