Станислав Горобченко - Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в энергетике»

Расчет клапана по двухфазной смеси пара и конденсата

При расчете задаются исходные данные по потоку:

– расход по воде, кг\ч, расход по пару, кг\ч,

– температура воды на входе, оС,

– давление на входе клапана, давление на выходе, Бар.

– свойства жидкости – плотность жидкости, плотность пара на входе, критическое давление по воде, Бар, давление пара в жидкости (давление вскипания) при температуре Т 1, относительная удельная теплоемкость.

– конфигурацию труб – диаметр трубы на входе и выходе, мм, гидравлические сопротивления.

– безразмерные коэффициенты для расчета клапанов, включая коэффициент падения давления, коэффициент возврата давления.

Расчет состоит в определении полного расхода потока по весу (массе), кг\ч, определении доли конденсата в полном расходе по весу и пара, вычислении коэффициента падения давления, включая фланцы труб, относительное значение удельной теплоемкости, коэффициент возврата давления, включая фланцы, коэффициент критического давления по жидкости, критическое падение давления дросселируемого двухфазного потока, проверки потока на наличие дросселирования, фактора расширения пара, эффективной плотности смеси,

Далее выводится пропускная характеристика клапана и относительное открытие клапана. В случае если открытие выходит за пределы 50-70%, необходимо проводить перерасчеты заново.

Тестовые расчеты клапанов по пару, в условиях идеальных условий и по пароконденсатной смеси (до 5-10% конденсата), характерных для реальных условий систем парораспределения, например, обогреваемых валов, показывает, что отклонения регулирующей способности клапанов от оптимального может составлять до 20-30%.

Вода является основой процессов в энергетике и используется в значительных объемах. Ее применение возможно в виде энергетической воды, охлаждающей воды, горячей воды, технологического пара и возвратного конденсата, а также пароконденсатной и паровоздушной смеси. Как вода, так и конденсат характеризуются чистотой по содержанию солей, минеральных кислот и т.п. В случае ее плохой очистки значительные проблемы могут возникнуть из-за накипи или корродирующего действия конденсата, в первую очередь оседающего при прохождении через более холодные тепловые мостики арматуры.

В связи с этим стремятся очистить воду на узлах водоочистки, где в воду добавляют специальные реагенты и ингибиторы. Химически чистая вода должна иметь рН=7. В качестве контуров, где широко используется поворотная арматура, можно привести ионные фильтры, контуры осветления, отстойники, суспензионные осветлители, участки дозирования химикатов (добавки коагулянтов, умягчителей, обессоливателей), установки деаэрации воды.

Большая часть поворотной арматуры для применения в распределительных трубопроводах воды и пара используется в качестве воздушников для выпуска воздуха при заполнении жидкостью трубопроводной системы, а также в качестве дренажных устройств для выпуска конденсата, например, при опорожнении системы. Ранее для этих целей широко использовались вентили, поскольку считалось, что он значительно меньше подвержен коррозии и износу, чем, например, шаровой кран. Однако, решение проблемы коррозии при применении более качественных, стойких к конденсату материалов, эффективных сальников и уплотнений, например, из материала X-treme способствовали значительному повышению доли использования шаровых кранов, особенно малых диаметров. К тому же вентили малых диаметров показали недостаточную способность служить долговременно из-за малого числа нормируемых циклов открытия и закрытия. Переход от критерия дешевизны при закупке к критерию общей стоимости владения значительно увеличил долю применения поворотных шаровых кранов и поворотных заслонок для подобных видов применений.

Для резервуаров и указателей уровня также эффективно применять шаровые краны с мягкими уплотнениями в качестве пробно-спускной арматуры.

Для воды и пара повышенных и энергетических параметров также во многом можно применять поворотную арматуру. В частности это может быть отвод пароконденсатных смесей, в которых наблюдается значительный разброс по температуре и давлению. Если температура пара при 16-20 Бар может составлять 160-180 оС, то температура конденсата при этом же давлении может равняться температуре стенки трубопровода. Таким образом, уплотнения будут работать в условиях термоциклирования, рождающего дополнительные напряжения. Если используются некачественные или обладающие значительным коэффициентом термического расширения полимерные материалы, то это приводит к быстрому старению. Срок службы таких материалов будет значительно ниже, чем, если для этих условий были бы выбраны материалы с низким коэффициентом термического расширения, например из класса фторопластов.