RE pre 67 parni sistemi -...

1

UNIVERZA V LJUBLJANI, FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Katedra za energetsko strojništvo

Raba energije

Celotni parni sistem obsega:

a) parni kotel za proizvodnjo vodne pare,

b) razvod vodne pare po obratu do porabnika, uporabnike

c) sistem zajema in vračanja nastalega kondenzata.

Skoraj polovico industrijske rabe energije je namenjeno proizvodni vodne pare. Razlogi za tako uporabnost vodne pare, kot nosilca energije pa so naslednji:

• vodna para je neškodljiva zdravju, cenena, vsebuje veliko toplote (latentna toplota), ima dobro toplotno prestopnost

• vodo najdemo povsod, surova voda zahteva malo obdelave da postane procesna para

• vretje ali kondenzacija pri stalnem tlaku, poteka pri konstantni temperaturi. Z regulacijo tlaka pare v sistemu (kar je zelo enostavno izvedljivo) reguliramo temperaturo kondenzacije. Kot nosilec energije se v glavnem uporablja vlažna vodna para.

• velika uparjalna toplota ~2,5 MJ/kg, ki jo para pri kondenzaciji ponovno odda

• paro enostavno transportiramo po parovodih, relativno majhna količina pare vsebuje velike količine energije

• pri kondenzaciji ima para izredno veliko toplotno prestopnost

Parni sistem



Raba energije

Parni sistem

2



Raba energije

Uporabniki pare

termoelektrarne

ladjedelništvo

sušenjegumarska industrija

pečenjemetalurgija

topljenjetekstilna industrija

čiščenjetovarne sladkorja

termična obdelavapapirnice

fermentacijaindustrija plastičnih

mas

vlaženjehlajenjekemijska industrija

klimatiziranjesterilizacijarafinerije

pridelava vrtninkuhanjefarmacija

elektronska industrija

ogrevanje in prezračevanje

prehrambena industrija

Mali uporabnikiSrednji uporabnikiVeliki uporabniki



Raba energije

Para – naprave za uporabo pare

Uporabnost pare je vsestranska in zaradi tega je tudi izvedba naprav za njeno uporabo mnogovrstna.

Oplaščene posode – npr. kuhanje velikih količin hrane od rakcev do marmelade, sladne drozge,…Avtoklavi – npr. sterilizacija medicinske opreme ali izvajanje kemijskih reakcij pri višjih tlakih in temperaturahGrelni klimati – ogrevanje prostorovSegrevanje procesnih rezervoarjev – potopljene cevne kače po katerih se pretaka paraVulkanizacija – vulkanizacijske stiskalnice za proizvodnjo pnevmatikKorugatorji – baterija vrtečih ogrevanih valjev preko katerih je napeljan papir, tekstil, (sušenje papirja na papirnem stroju),…Prenosniki toplote – za segrevanje kapljevin, plinov

3



Raba energije

Kvaliteta pare

Za pravilno delovanje naprav je potrebno zagotoviti dovolj pare ustreznih parametrov. Regulacija temperature vlažne pare se izvaja posredno preko regulacije tlaka. Na mestu uporabe moramo zagotoviti ustrezno količino in tlak (ustrezne dimenzije parovoda –linijski, lokalni upori). Toda kljub pravilnemu tlaku, je lahko temperatura napačna zaradi vsebnosti zraka in drugih nekondenzirajočih plinov v vodni pari.

Tlak zmesi je vsota delnih tlakov komponent zmesi.

pabs = ppare + pzraka+ost.pl.

Zrak in nekondenzirajoči plini

Če imamo npr. zmes 75 vol. % nasičene pare in 25 vol. % zraka pri nadtlaku 3 bar (4 bar abs.), bo abs. tlak vodne pare ppare= 0,75 * 4 = 3 bar. Če torej pogledamo v parne tabele vidimo, da bo ta zmes imela temperaturo 134 °C namesto “predvidene”144 °C.



Raba energije

Kvaliteta pare

Ta pojav ni pomemben samo zaradi slabšanja prenosa toplote (tanka plast zraka na prenosnih površinah deluje izolativno) ampak tudi zaradi zagotavljanja ustreznih temperatur za ustrezno fizikalno/kemično spremembo – npr. razkuževanje medicinske opreme s sterilizacijo, pasterizacija živil,…Izvori zraka: ostanek po zagonu, nerazplinjena napajalna voda, netesnosti prenosnikov, kondenzat v stiku z zrakom ponovno absorbira zrak,…

Zrak in nekondenzirajoči plini

4



Raba energije

Parni sistem je potrebno odzračevati, zlasti med zagonom. Odzračevalniki morajo biti nameščeni na takšnih mestih, da je omogočeno čim boljše odvajanje/izpiranje zraka in nekondenzirajočih plinov. Pline para potisne v mirujoči vogal/prostor in nato tam ostanejo. Taka mesta moramo zato odzračiti.

Odzračevanje

slabša varianta

dobra varianta



Raba energije

Kvaliteta pare

Sčasoma se v parovodih tvorijo obloge, ki lahko izvirajo iz: neustrezne kvalitete napajalne vode (kotlovec), korozije (rja), ostanki proizvodnje (škaja,…), montaže (vijaki, orodje,…), iz priključenih naprav,…Zato vgrajujemo čistilne elemente. Prikazan element mora bit vgrajen prečno (tako, da preprečimo zbiranje kondenzata v B – nevarnost vodnih udarov)

Čistoča pare – vsebnost tujkov, trdnih delcev

5



Raba energije

Kvaliteta pare

V separatorju paro osušimo tako, da mehansko izločimo drobne kapljice kondenzata, ki jih para nosi s sabo.

ciklonski separator

Separator – sušilnik pare



Raba energije

Kvaliteta pare

Suha nasičena para (izstop iz parnega kotla) zaradi izgub v parovodu postaja mokra para. Izloča se vedno več kondenzata na dnu cevi, ki lahko povzroči vodni/tlačni udar zaradi velike hitrosti pare v parovodu (navadno 20-30 m/s).Vodni udar povzroča vibracije, hrup, velika tlačna nihanja, preboje na krivinah, popuščanje tesnil, skrajno negativno vpliva na delovanje in življenjsko dobo sistema, ter priklopljenih naprav,…

Vodni udar, tlačni udar

potencialni izvori vodnih udarov

6



Raba energije

Določevanje porabe pare

Porabo pare v posamezni napravi včasih težko ugotovimo, če ne obstaja neposredna meritev. Lahko si pomagamo z meritvijo nastalega kondenzata npr. s številom delovnih gibov črpalke kondenzata, ali s tehtanjem konenzata.

1. zaslonka v parovodu

2. črpalka kondenzata

3. tehtanje kondenzata



Raba energije

Dimenzija parovoda

Osnova za izračun dimenzije parovodaje hitrost s katero se para pretaka po parovodu. Večja ko bo hitrost, večje bodo tlačne izgube. Postopek izračuna je enak kot za ostale fluide – iz dopustne hitrosti (15-40 m/s) določim premer, Rein nato še tlačni padec. Za hitro oceno oz. preverjanje ustreznosti lahko uporabim tudi nomograme:

primer: nasičena para nadtlak 7 bar, pretok 286 kg/h, dopustni tlačni padec 0,24 bar

iskani premer parovodapresečišče BC-DE

7



Raba energije

Parovod – tipična izvedba drenaže

Parovod kljub izoloaciji oddaja toploto v okolico, zaradi česar se količina kondenzata v pari povečuje. Kondenzat je potrebno odvajati – pri zagonu govorimo o odvodnjavanju in segrevanju/pregrevanju parovoda. Parovod mora biti nagnjen v smeri pretoka s padcem vsaj 1:100 in odvodnjavan vsakih 30-100 m.



Raba energije

Parovod – tipična izvedba drenaže

Žepi za odvodnjavanje morajo biti dovolj veliki, da zadovoljivo opravljajo svojo funkcijo.

8



Raba energije

Parovod – raztezanje, podpore

Parovodi, ter vsa oprema, ki se segreje se raztegne. To je zlasti opazno pri dolgih parovodih. Zato je potrebno te raztezke nekako kompenzirati – jih naredi neškodljive, saj bi v nasprotnem primeru trajno poškodovali opremo.Velikost raztezka določimo z osnovno formulo = L T mm

koeficient temperaturnega raztezanja mm/(m K) * 103

Primer: 30 m dolg parovod, tlak 4 bar.Vlažna para tlaka 4 bar segreje parovod iz npr. 10°C na 152 °C, torej za 142 °C.

Pri tem se parovod iz nizkolegiranega ogljikovega jekla dolžine 30 m raztegne kar za 63,5 mm!



Raba energije

Parovod – raztezanje, podpore

Primer: 100 m dolg parovod, se segreje za 250 °C. Pri tem se raztegne za ~330 mm!

Nomogram za oceno raztezkov parovodov

9



Raba energije

Parovod – podpore

Prvi korak pri določevanju podpor, je izračun termičnih dilatacij med točkami togih podpor (sidrišč). Parovod se nato v hladnem stanju fiksira tako, da je dosežen polovični termični raztezek (natezno stanje). Ko se parovod segreje na delovno temperaturo je polno raztegnjen – pri čemer se izvede samo polovico raztezka v tlačno stanje in ne celotni. Na ta način razpolovimo tudi dodatna napetostna stanja zaradi termičnih dilatacij.



Raba energije

Parovod – podpore

Podpore parovodov (in tudi ostalih konstrukcij, ki se raztezajo, npr. mostov) so načelno lahko:A – toge podpore – sidrišča, izhodiščne nepremične točke od katerih se merijo raztezkiB – premične podpore, ki omogočajo prosto raztezanje v predvideni smeri – vodilaC – kompenzacijski elementi, ki nevtralizirajo raztezke

10



Raba energije

Parovod – podpore, dilatacijske lire

Premični podpori Dilatacijski liri

dilatacijske lire – edina možna kompenzacija pri pari visokih parametrov



Raba energije

Parovod – kompenzatorji

Kompenzator s tesnilnim obročem Kovinski meh

11



Raba energije

Parovod – kompenzatorji

Primeri vgradnje mehov in kompenzacij termičnih dilatacij



Raba energije

Vzmetna obesa

12



Raba energije

Konstantna obesa

1) konstantna sila v delovnem območju, 2) precizno nastavljiva obremenitev, 3) minimalno trenje, 4) točna indikacija obremenitve in pomika

kontrolne meritve karakteristike

konstantne obese



Raba energije

Načrtovanje razvodnih poti in izvedbe podpornih mest

za načrtovanje – projektiranje razvodov cevovodov/parovodov, določitve obes in podpornih elementov obstajajo programski paketi s katerimi je mogoče izračunati raztezke, mesta podpor, izbrati podpore, sestaviti naročilo,….

13



Raba energije

Primeri obes parovodov

Primer 3D sheme obes v termoelektrani

parni kotel

turbina

primer iz TE-TO Ljubljana



Raba energije

Parovod – odjem

Odcep iz glavnega parovoda se vedno izvede na vrhu.

14



Raba energije

Parovod – zagon, segrevanje, izgube

V fazi zagona sistema, se parovod segreva iz hladnega stanja. Nastaja veliko večkondenzata kot potem med samim obratovanjem. Količino nastalega kondenzata izračunamo iz mase parovoda, njegove specifične toplote, temperaturne razlike in časa segrevanja.

kg/s)(

jekondenzaci

okoliceparecevcev

ht

ttcmm

material c kJ/(kgK)baker 0,385jeklo 0,490nerjavno jeklo 0,470

Maso parovoda in pripadajočih armatur, lahko ocenimo tabelarično



Raba energije

Parovod – izgube neizoliranega parovoda

Izgube neizoliranega parovoda lahko ocenimo po spodnji tabeli. Neizolirani prirobnični spoj ima izguge kot ~0,3 m parovoda. V primeru, da se okoliški zrak giblje, je potrebno izgube povečati za korekcijski faktor.

Izgube parovoda v W/m pri temp. zraka 20 °C korekcijski faktor

15



Raba energije

Parovod – izgube zaradi netesnosti

Netesnosti in neposredne izgube pare v okolico so velikokrat namerno spregledane. Izgube pare pa so lahko drage v ekonomskem in okoljskem smislu. Spodnji diagram prikazuje izgube pare, ki jih lahko enostavno pretvorimo v EUR/leto.

Izgube pare glede na velikost odprtine in tlak



Raba energije

Segrevanje raznih medijev s cevnimi kačami

Preneseni toplotni tok določimo z osnovno formuloOkvirne vrednosti koeficientov prenosa toplote so navedene v tabeli.

kWTAkQ

1700srednjetlačna para, >6bar, prisilna cirkulacija vode

1100nizkotlačna para, <2bar, prisilna cirkulacija vode

1100srednjetlačna para, >6bar, naravna cirkulacija vode

550nizkotlačna para, <2bar, naravna cirkulacija vode

priporočene vrednosti

1300-2700nizkotlačna para / voda, temperaturna razlika ~110 °C



W/(m2K)povprečni skupni koeficient prehoda toplote

segrevanje vode

16



Raba energije

Segrevanje raznih medijev s cevnimi kačami

Preneseni toplotni tok določimo z osnovno formuloOkvirne vrednosti koeficientov prenosa toplote so navedene v tabeli.

kWTAkQ

55masti

170težko olje

340srednja olja

550lahko olje

W/(m2K)srednjetlačna para, 2-6 bar, prisilna cirkulacija medija

30-60masti

80-110težko olje

170lahko olje

W/(m2K)srednjetlačna para, 2-6 bar, naravna cirkulacija medija

segrevanje organskih medijev



Raba energije

Odvajalniki kondenzata

Odvajalnik kondenzata je eden izmed najpomembnejših elementov parnega sistema. Njegova funkcija je učinkovita povezava – stična točka med vlažno paro in nastalim kondenzatom. Nepravilno delovanje lahko povzroča velike energijske izgube in je tudi lahko nevarno.

Osnovna naloga odvajalnika kondenzata je da omogoči pretok (izpust) kondenzata (kapljevite faze) in prepreči pretok pari!

Vsi parni sistemi potrebujejo odvajalnike kondenzata. Ti omogočajo odvod kondenzata, kakor tudi ostalih nekondenzirajočih plinov, ki preprečujejo dostop pari in s tem onemogočajo pravilno delovanje naprav.Parametri kondenzata, tlak in temperatura primerjalno glede na parametre vlažne pare, ki ga odvajalniki odvedejo pa so lahko različni. Zaradi tega obstaja veliko vrst odvajalnikov kondenzata.

17



Raba energije

Odvajalniki kondenzata – princip delovanja

Termostatski (deluje na principu različnih temperatur medijev)Vlažna para kondenzira pri konstantni temperaturi (tlaku). Parna faza ne more obstajati pri temperaturi, ki je nižja kot temperatura nasičenja. Termostatski odvajalnik kondenzata ostaja odprt in prepušča pretok toliko časa, dokler je temperatura medija nižja od temperature nasičenja (temperaturo pri kateri se odvajalnik odpre nastavimo na odvajalniku). Podhladitev kondenzata je lahko različna.

Mehanski (deluje na principu razlike gostot medijev)Izkoriščamo večstokratno razliko med gostoto pare in kondenzata. Za odpiranje in zapiranje izkoriščamo silo vzgona (princip plovcev), ki nastane zaradi velike razlike v gostoti para kondenzat.

Termodinamični (deluje na principu dinamike fluidov)Izkoriščamo učinek ekspanzije kondenzata (flash steam) – nastanek izparkov (pare) iz kondenzata (pri Tnasičenja) pri znižanju tlaka.



Raba energije

Termostatski odvajalnik kondenzata

Značilnost je stalna/fiksna temperatura odvajanja. V primeru, če se spremeni tlak pare na p2, se mora nastali kondenzat bistveno bolj ohladiti, kar lahko povzroča zastoj v delovanju.

Je uporaben tudi kot odličen odzračevalnik!

18



Raba energije

Termostatski odvajalnik s kompenzacijo tlaka

1) Krivulja odvajanja je odvisna od tlaka pare – temperatura odvajanja se prilagaja tlaku pare.

2) Aktivni element je napolnjen z zmesjo vode in organske snovi, ki ima nižje vrelišče kot voda. V hladnem stanju je element skrčen in odzračuje, ko se segreje se raztegne in zapre odvod pare. Ko se ponovno dovolj ohladi odpre, in zaradi pretoka vročega kondenzata ponovno zapre. Je uporaben tudi kot odzračevalnik!



Raba energije

Bimetalni odvajalnik (termostatski)

Pomanjkljivost v karakteristiki odpravimo s setom dveh bimetalov ki delujeta z različnim naklonom.Prednosti: kompaktni z velikim zmogljivostmi, dobro odzračujejo pri zagonu, ne zmrznejo, odporni na vodne udare, korozijo, visoke tlake pare. Dobro delujejo v širokih tlačnih področjih. Nadomestijo varovala vakuuma. Ker kondenzat lahko teče v obe smeri včasih potrebujejo tudi protipovratne ventile. Je uporaben tudi kot odzračevalnik!

19



Raba energije

Mehanski odvajalniki

Zvezno odvaja nastali kondenzat, neglede na temperaturo. Izredno primerni tam, kjer nastaja veliko kondenzata. Sposobnost dobrega odvajanja velikih ali malih količin kondenzata. Neobčutljiv na nenadne spremembe tlaka ali količino kondenzata. Z vgrajenim odzračevalnikom skoraj idealna naprava. Odporen na vodne udare.

Plovčni odvajalniki



Raba energije

Mehanski odvajalniki

Prednosti: zdrži visoke tlake, vodne udare, uporabni tudi pri sistemih s pregreto paro, pri odpovedi ostane odprt

Slabosti: majhna odprtina ne omogoča hitrega odzračevanja. Vedno mora vsebovati dovolj kondenza, drugače nima vodnega sifona. Če so pričakovana tlačna nihanja, je potreben protipovratni ventil. Vstop pregrete pare lahko upari vodni sifon. Nevarnost zmrzovanja. Če je prevelika tlačna razlika, je sila na zaporni mehanizem lahko večja od gravitacije in odvajalnikostane stalno zaprt – podobno kot plovčni.

Zvonasti odvajalniki

20



Raba energije

Termodinamični odvajalnik

Prednosti: obratuje v širokem območju brez kakšnih dodatnih nastavitev, kompaktni in enostavni, zdrži visoke tlake, vodne udare, uporabni tudi pri sistemih s pregreto paro, odporni na zmrzal, enostavno vzdrževanje

Slabosti: ne delujejo pravilno pri majhnih tlačnih razlikah. Lahko odzračijo velike količine zraka pri zagonu, če tlak narašča počasi. Delovanje je lahko preglasno za določena okolja. Ne smejo biti predimenzionirani, ker se s tem skrajša čas med dvema izpustoma in poveča obraba.



Raba energije

Parni zastoj

Možnost nastanka parnega zastoja vpliva na izbiro odvajalnika kondenzata. Parni zastoj se lahko pojavi, če je odvajalnik nameščen daleč od mesta, kjer zajemamo/odvajamo kondenzat, ali če se kondenzat dviga proti odvajalniku. Če se vmesnem področju ujame para nastane parni žep in ta preprečuje odvajanje kondenzata toliko časa, dokler parni čep ne kondenzira.

21



Raba energije

Parni zastoj

Parni zastoj preprečujemo s stalnim izpustom majhne količine pare skozi nastavljiv igelni ventil (primer ogrevanih vrtečih sušilnih valjev) ali z vodnim sifonom in dvižno cevko majhnega preseka.



Raba energije

Izvedbeni primeri

Avtoklav

Zaključek parovoda

22



Raba energije

Izvedbeni primeri

Parno ogrevani rotirajoči sušilni valji (npr. papirni stroj)



Raba energije

Testiranje delovanja odvajalnikov kondenzata

2. kontrola povratka kondenzata

3. testni izpust

4. elementi z zasteklitvijo

okvaro v zaprtem stanju hitro opazimo, odprto povzroča izgube sveže pare, težko lociramo okvarjen odv., če je veliko vzporednih priklopov

1. merjenje temperatur cevovoda pred in za odvajalnikom

23



Raba energije

Ekspanzija kondenzata – izparki in njihova izraba 1

Izparki nastanejo pri ekspanziji kondenzata, ki je blizu vrelne krivulje. To je uparjanje brez dovoda toplote – dušenje na nižji tlak. Možnosti za izrabo tam, kjer nastaja kondenzat pri višjih tlakih.

kg/kg134,0 419 2675

419721'bar1

''bar1

'bar1

'bar8

izp

hh

hhm



Raba energije


Količina nastalih izparkov v odvisnosti od tlaka kondenzata pred ekspanzijo

kg/kg'izstop

''izstop

'izstop

'odv. pred

izp hh

hhm

Posoda za ekspanzijo kondenzata

24



Raba energije


Primer: baterija grelnikov zraka



Raba energije

Ventili – regulacijski, zaporni

Ventili so namenjeni upravljanju tokov raznih medijev. Glede na uporabo jih lahko razdelimo v dve veliki skupini: ventili za regulacijo – z dušenjem reguliramo masni tok, ki se pretaka skozi ventilzaporni ventili – ti ventili so namenjeni za “izolacijo”- ločitev od sistema, vklop/izklop naprave . Uporabljamo jih samo v dveh stanjih: odprto – zaprto in z njimi načelno ne dušimo tokov, ker niso temu namenjeni.

25



Raba energije

Ventili – vrste

Glede na način dušenja oz. princip zapiranja jih delimo v več skupin. Glavni predstavniki so: ventil, zasun, krogelna pipa, loputa

Ventil Zasun



Raba energije

Ventili – vrste

Glede na način dušenja oz. princip zapiranja jih delimo v več skupin. Glavni predstavniki so: ventil, zasun, krogelna pipa, loputa

Krogelni ventil – pipa Loputa – “metuljček”

26



Raba energije

Ventili – tesnjenje vretena

Glede na potrebe obstaja več variant tesnjenja vretena. Tu igrajo odločilno vlogo: tlak, temperatura medija, trenje v tesnilu (potrebujemo večjo silo za premik vretena), dopustna netesnost (strupeni, dragi,… mediji), način obratovanja ventila, cena ventila, vzdrževanje,…

največja tesnost in tudi največja cena



Raba energije

Ventili – število priključkov – poti

Ventili so vsaj dvo-potni. Torej imajo vsaj dve priključni mesti. Obstajajo pa tudi več potni ventili, tri in štiri potni ventili. Uporabni za mešanje dveh ali več tokov.

3 potni mešalni ventil

Primer: temperaturna regulacija moči prenosnika toplote

27



Raba energije

Ventili – pretočno število Kvs

Tlačna razlika je definirana kot razlika tlakov pred in za ventilom. Večji ko je pretok skozi ventil, večja je tlačna razlika. Pretok in tlačna razlika sta medsebojno povezana. Povezavo izrazimo s pretočnim številom, ki omogoča:

- primerjavo pretočnosti ventilov- določitev tlačnega padca v ventilu za poljuben pretok- določitev pretoka pri znanem/dopustnem tlačnem padcu v ventilu

pretočno število Kv označuje pretok v m3/h, ki povzroča tlačno razliko 1 bar

Kvs – označuje Kv pri popolnoma odprtem ventilu. Vrednosti za Kvs so navedene v tabelah proizvajalcev, uporabljamo jih pri naročanju, dimenzioniranju, indeks zmogljivosti

Tipične vrednosti Kvs v m3/h glede na nazivni premer (NDxx) in izvedbo

tlačna razlika 1 bar



Raba energije

Ventili – izračun za kapljevine 1

Za dimenzioniranje ventila za kapljevine potrebujemo:- volumenski pretok skozi ventil- dopustni tlačni padec za predviden pretok

Za kapljevine (gostota ~ konstantna) uporabljamo

Kv – pretok v m3/h, ki povzroča 1 bar tlačnega padcaV – volumenski pretok m3/hG – relativna gostota (brezdimenzijska), glede na vodo pri 4°Cp – tlačna razlika v bar

če želimo določiti pretok preuredimo enačbo. Če računamo za kapljevito vodo je G=1

p

GVK

v

.

G

pKV

v

pKV v

28



Raba energije

Ventili – izračun za kapljevine 2

Primer: pretok vode je 10 m3/h, ventil ima Kv=16. Določi tlačni padec!

Za hitro določitev lahko uporabimo tudi nomograme.

bar39,016

1022

v

K

Vp



Raba energije

Kavitacija in uparjanje v ventilih

Zaradi tlačnih padcev, ki nastajajo v ventilih, se lahko pojavi kavitacija. Posledica je velik hrup in možnost kavitacijske erozije materiala, ki lahko uniči ventil. Ukrepi za preprečevanje kavitacije so izbira dimenzijsko večjih ventilov z visokimi Kvs(povečani pretočni preseki znižajo hitrosti) in uporaba posebno oblikovanih ventilnih elementov.

29



Raba energije

Ventili – izračun za paro 1

Tlačna razlika je gonilna sila za pretok medija. Večja ko je tlačna razlika, večji bo tudi pretok – oziroma lahko z manjšim pretočnim presekom (cenejša izvedba, manjši ventili,...) dosežemo enak pretok. Toda pri vlažni pari moramo pomisliti tudi na to, da sta tlak in temperatura pare v funkcijski povezavi. V primeru prenizkega tlaka vlažne pare pri porabniku ne dosegamo ustrezne temperature pare (srednja temperaturna razlika se zmanjša) in nazivne toplotne moči.

kWlnTAkQ

Tln se zmanjšuje, ker se zaradi večjega tlačnega padca niža tlak vlažne pare in s tem tudi temperatura kondenzacije



Raba energije


Pretakanje plina skozi ventil lahko smatramo kot pretakanje plina skozi šobe. Pretočni presek se spreminja – najprej se zmanjšuje nato povečuje. Značilnost pretakanja skozi šobe je končna maksimalna hitrost v Lavalovem (kritičnem) preseku.

1

vstop

Lavalkrit 1

2

p

pkritično tlačno

razmerje

če močno poenostavimo lahko stanja v ventilu opazujemo kot v konvergentno-

divergentni šobi

30



Raba energije


Ko je v Lavalovem preseku dosežena kritična hitrost, se pretok ne povečuje več, kljub razpoložljivi tlačni razliki.

2

1

211v 42,067,5112

p

pppKm

Poenostavljena formula za izračun predpostavlja pojav kritičnega tlaka pri 58 % vstopnega tlaka

če je tlak p2 nižji od kritičnega, izraz v oklepaju postane negativen, zato upoštevamo 0 in dobimo:

1v12 pKm

m – masni pretok, kg/hKv – pretočno število, m3/(h bar)p1 – tlak na vstopu, barp2 – tlak na izstopu, bar



Raba energije


Če je tlačni padec v ventilu premajhen (velik Kv) imamo težave z regulacijo, ker postane zelo občutljiva. Majhen dvig vretena povzroči veliko spremembo pretoka. Težavne postanejo tudi nizke obremenitve.

Primer:masni pretok 800 kg/htlak na vstopu 9 bar (abs)zahtevan tlak v napravi 4 bar (abs)

Postopek uporabe nomograma:1- horizontala pri porabi 800 kg/h2- horizontala pri vstopnem tlaku 9 bar3- pri presečišču z Lavalovim tlakom (ali prej za manjši p) vrišem vertikalo in nato v spodnjem presečišču4- odčitam Kv ~ 7,5

31



Raba energije

Ventili – pretočne karakteristike 1

Pretočna karakteristika ventila je odvisnost pretoka medija od položaja (dviga) čepa. Ločimo tri karakteristike: hitro odpiranje, linearno in eksponentno (druge oznake so tudi logaritemska, enako odstotna). Karakteristika je odvisna od oblike čepa in vložka.

vložek



Raba energije

Ventili – pretočne karakteristike 2

Hitro odpirni ventili nimajo standardizirane oblike pretočne karakteristike, zato se večinoma uporabljajo kot ločilni ventili s funkcijo odprto/zaprto. Linearna karakteristika –pretok je linearno odvisen od položaja čepa.

Eksponentna karakteristika pomeni, da dvig čepa za 1 enoto, poveča pretok za določen (enak) odstotek predhodnega pretoka. Povezava je torej eksponentna funkcija.

maxVe

Vx

.

V – volumenski pretok pri dvigu čepa Hx = H ln – območje regulacije, razmerje med max. in min. pretokom, ki ga še lahko reguliramo, običajno vsaj 1:50Vmax – max. pretok skozi ventilH – dvig čepa 0=zaprto, 1=odprto

.

32



Raba energije

Ventili – pogonski mehanizem 1

Nastavitveni organ je potreben takrat, kadar ima regulator premalo energije, da bi nastavitev opravil sam ali pa je oblika energije neustrezna. Energija potrebna za pogon ventila je lahko: mehanska (ročna), pnevmatska, hidravlična in električna.

Primer pnevmatskih aktuatorjev (batni)

- enostransko, dvostransko delujoči- neposredno in obratno delovanje- višji tlak zraka omogoča večje krmilne sile- hitro delovanje in s tem hitra regulacija



Raba energije

Ventili – pogonski mehanizem 2

Primer pnevmatskih aktuatorjev (membranski)- neposredno in obratno delovanje, - tlak zraka 0,2-1 bar- pri izpadu zraka vzmeti postavijo ventil v predvideni položaj

33



Raba energije

Prekinjalo vakuuma

Prekinjalo vakuuma varuje sistem pred delovanjem tlaka okolice. Po ustavitvi sistema se celotni sistem (kotel, parovodi,...) ohladijo in nastane podtlak, ki lahko poškoduje kotle, opremo,.... V parni sistem se zato vgrajujejo varovala, ki preprečujejo nastanek vakuuma. V primeru podtlaka se odprejo in v sistem spustijo zrak iz okolice.



Raba energije

Prekinjalo vakuuma

Tipični primer je prenosnik toplote s temperaturno regulacijo, kjer se kondenzat odvaja pri tlaku okolice. Pri znižani temperaturi, lahko tlak kondenzacije pare v prenosniku postane nižji od atmosferskega, zaradi česar nastali kondenzat ne more odteči iz prenosnika. To omogočimo z vdorom zraka (ki pa poslabša prenos toplote, odzračevanje,...)

34



Raba energije

Reducirni ventil

Reducirni ventili so namenjeni znižanju tlaka plinov, ki se pretakajo skozenj. Npr. a) redukcija tlaka UNP plina iz jeklenke za uporabo v štedilniku; b) tlaka vlažne pare in s tem nižanje temperature. Značilnost teh ventilov je zagotavljanje stalnega izstopnega tlaka, ne glede na pretok in tlak pred ventilom. Po principu delovanja ločimo: neposredno delujočein pomožno krmiljene – pilotne reducirne ventile.

neposredno delujoči



Raba energije

Reducirni ventil

Pomožno krmiljeni reducirni ventil (pilotni)

natančna regulacijagroba regulacijagroba regulacija

spremenljiv masni tokstalen masni tokstalen masni tok

izjemno natančnirobustniceneni

kompaktni glede na zmogljivost relativno velikikompaktna izvedba

velika zmogljivostzelo velika zmogljivostmajhna zmogljivost

z opnovzmetni

pilotnineposredno delujoči

35



Raba energije

Reducirna postaja

Pri majhnih pretokih, kjer točna regulacija ni odločujoča lahko izberemo najenostavnejše neposredno delujoče reducirne ventile. V ostalih variantah je pilotni reducirni ventil najboljša izbira, še posebej če so vmesna obdobja z majhnimi pretoki in tlak ne sme narasti. Izogibati se moramo predimenzioniranju, ker se malo odprti ventil prej poškoduje kot bolj odprti (erozija, hitrost). Že majhen premik pomeni veliko spremembo pretoka in s tem težje zagotavljanje točne regulacije.



Raba energije

Varnostni ventil - vzmetni

V vsaki reducirni postaji je potrebno vgraditi tudi varnostni ventil. S tem zagotovimo varnost priključenih naprav in parovoda, če je izračunan na nižji tlak. Protisila tlaku je vzmet. Napetost vzmeti spreminjamo z nateznim vijakom. Karakteristika odpiranja je izboljšana s posebno obliko čepa – pladnjem. Ventil odpre impulzno in že pri majnem padcu tlaka tesno zapre.

RE pre 67 parni sistemi -...

Documents

Transcript of RE pre 67 parni sistemi -...