specializovaný výměník pro páru TS6-M Technické parametry TS6-M Typická aplikace - voda ohřívaná párou 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 1.0 MPa / 180 C FG 1.6 MPa / 180 C * FD 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 Ohřev TUV Typické aplikace 60 ºC Steam 60 ºC 60 ºC Steam Steam Pára 10 ºC 10 ºC 10 ºC Ohřev ÚT Steam Pára 80 ºC 60 ºC Technologický ohřev Steam Pára 60 ºC 45 ºC 2
Rám je konstruován s ohledem na minimální deformování Optimálně navrženo 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
Relativní stupeň zanesení Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv 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 140 ºC / hf = 589 kj/kg 100 ºC 0.5 Bar(g) / hf = 468 kj/kg Průměrná provozní doba: 6,000 hod/rok Cena energie: 25 Euro / MWh Dochlazovač (zvláštní) Q = m*(hfin-hfout)*čas = 0.3*(589-486)*6,000 = 185,400 kwh Cena energie = 25*185.4 = 4635 EURO / Rok 100 ºC Žádné ztráty Minimální zarůstání Není potřeba dochlazovat kondenzát Nemusí být tlakový kondenzátní hospodářství Výhody proti trubkovým výměníkům 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 Malá kontaktní plocha mezi párou a vodou Žádná imploze Žádný hluk Přijatelné řízení teploty Horká pára ve studeném kondenzátu 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
Relativní životnost [ roky ] Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv 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 Životnost těsnění 20 10 2 Provozní teplota ºC 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 Funkce Ohřev vody pro topení párou Požadavek Výkon = 1 MW Teplota 60 => 80 ºC T=201 ºC P=16 Bar(a) x=0.99 T(c)=152 ºC P=5 Bar(a) T(port)=152 ºC T(cond)=132 ºC TS6-M, 1 MW, 10 % Margin 1 MW 60 ºC 80 ºC p=35 kpa K dispozici Pára 16 Bar(a) Suchost x = 0.99 Výsledek TS6-M 22 desek Těsnění: HeatSeal F T=201 ºC P=16 Bar(a) x=0.99 Rating at 0 % margin (theoretical performance with absolutely clean surfaces) T(c)=142 ºC P=3,8 Bar(a) T(port)=148 ºC T(cond)=124 ºC 1 MW 60 ºC 80 ºC p=35 kpa Funkce Ohřev vody párou Požadavek Výkon = 1 MW Teplota 10 => 60 ºC Cyklus ohřevu TUV T=171 ºC P=8 Bar(a) x=0.99 T(c)=125 ºC P=2,3 Bar(a) T(port)=132 ºC T(cond)=103 ºC TS6-M, 1 MW, 20 % Margin 1 MW 10 ºC 55 ºC p=50 kpa K dispozici Pára 8 Bar(a) Suchost x = 0.99 Výsledek TS6-M 26 desek Těsnění: EPDM T=171 ºC P=8 Bar(a) x=0.99 Rating at 0 % margin (theoretical performance with absolutely clean surfaces) T(c)=111 ºC P=1,5 Bar(a) T(port)=127 ºC T(cond)=83 ºC 1 MW 10 ºC 55 ºC p=50 kpa 9
Temperování objemu nádrže Funkce Ohřev vody párou Požadavek Výkon = 1 MW Teplota 40 => 55 ºC T=171 ºC P=8 Bar(a) x=0.99 T(cond)=125 ºC P=2,3 Bar(a) T(port)=132 ºC T(cond)=106 ºC TS6-M, 1 MW, 20 % Margin 1 MW 40 ºC 55 ºC p=50 kpa K dispozici Pára 8 Bar(a) Suchost x = 0.99 Výsledek TS6-M 26 desek Těsnění: EPDM T=171 ºC P=8 Bar(a) x=0.99 Rating at 0 % margin (theoretical performance with absolutely clean surfaces) T(cond)=107 ºC P=1,3 Bar(a) T(port)=126 ºC T(cond)=90.1 ºC 1 MW 40 ºC 55 ºC p=50 kpa 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
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
Proudění páry a kondenzátu v parním potrubí 7 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. Separátor typ 1808, S5 a S6 Separátor funguje na principu gravitačním (zmenšení průtočné rychlosti) a setrvačném (rychlá změna směru proudění). 8
Filtr do potrubí Velká plocha síta filtru Nízká tlaková ztráta Vysoký průtokový součinitel K v 9 Provedení pneupohonu nízkoprofilové pružiny zajišťují kompaktní konstrukci a velké ovládací síly volba uspořádání vzduch otevírá/uzavírá ventil samonastavitelná chevronová ucpávka ventilu pro delší životnost bezazbestové provedení dvojitě vedené vřeteno a kuželka upevnění pozicionerů PP, EP vzduchových a elektrických spínačů zpětnovazební potenciometr provedení tělesa: tvárná litina ocelolitina nerez DN 15-200 závitové nebo přírubové připojení 10
otočné kolo pro ruční ovládání polycarbonátový kryt, IP65 Elektropohon s ventilem KE připojení el. spínačů instalace topného tělíska 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
průtok % Podklady k přednáškam 125 ESB1 ČVUT FSv Průtokové charakteristiky 100% 1. lineární 50% 3 4 1 5 2 2. ekviprocentní 3. rychlo otevírací 4. motýlová klapka 5. kulový ventil 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
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
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 Vzor profilu desky je speciálně vyvinut pro páru Šrouby rovnoměrně rozmístěny kolem svazku desek 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. Optimalizované zvlněné trubičky 1000 100 Nu 32.5 HARD 10 Hladké trubky 1 1 10 100 1000 10000 100000 2300 Re 6.5 5
Různé konfigurace zvlněných trubiček Zvýšení součinitele přestupu tepla při nízkých Reynoldsových číslech (laminární proudění = nízká tlaková ztráta) Porovnání různých typů výměníků Typ proudění Součinitel prostupu tepla U Křížové/protiproudé proudění 10 2500 W/m 2 K Perfektní protiproudé proudění 1500 10000 W/m 2 K Perfektní protiproudé proudění 20 6500 W/m 2 K Teplosměnná plocha 0.1 1500 m 2 0.01 1000 m 2 0.02 1500 m 2 Tlaková ztráta P Max. P Max. T Maximální rozměry Zanášení Materiál 0.01 10 kpa 10 MPa 600 800 C materiálový limit 800 x 6000 700 m 2 vysoké - 0.001 m 2 K/kW všechny typy 2 70 kpa 1,6 2,0 MPa 160 180 C limituje těsnění 3,500 výška - 800 šířka 700 m 2-4,000 délka téměř nulové - 0.000005 m 2 K/kW bez uhlíkových ocelí 0.02 20 kpa 10 MPa 600 800 C materiálový limit dáno pláštěm, max. 10 střední - 0.0001 m 2 K/kW všechny typy 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 spodní vedení vřetene stírací kroužek precizní tvar kuželky rozptýlení média za 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 P 1 Výměník P 2 10
Regulace na vstupu páry Snímání teploty produktu P 1 Výměník P 2 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