Odvod kondenzátu a kombinovaný odvaděč/zvedač SPIRAX SARCO

1. ÚVOD

     V současné době se stále více používají moderní kompaktní výměníky pára - voda, které jsou charakterizované velmi malým vodním objemem ve srovnání s ležatými trubkovými výměníky, jež byly používány v minulosti. Velmi malý vodní objem deskových a kapilárových výměníků, způsobuje rychlou odezvu výměníku na regulační zásah. Při kombinaci zmíněných výměníků s maloobjemovými nízkoteplotními otopnými soustavami, které se vyznačují dynamickým provozem, se přednostně používá regulace výměníku na straně páry. Při regulaci na straně páry je nutné, aby kondenzát odtékal z výměníku samospádem do parou poháněného zvedače kondenzátu či odvětrané sběrné nádrže kondenzátu doplněné o odstředivá čerpadla s regulací. Nevýhodou daného řešení je otevřený paro-kondenzátní okruh (ztráty odparem a sycení kondenzátu kyslíkem) a v případě použití odvětrané sběrné nádrže kondenzátu poměrně složité kondenzátní hospodářství. Pokud je použita regulace na straně páry a současně je kondenzát přetlačován do výše položených míst, vznikají při malém výkonu výměníku termické a tlakové rázy ("střílení"), které snižují životnost výměníku, armatur a obtěžují okolí. Cílem článku je upozornit na možnost použití automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu, který umožňuje použít uzavřený paro - kondenzátní okruh při regulaci na straně páry a současně přetlačovat kondenzát do výše položených míst. Tím jsou odstraněny hlavní nevýhody regulace na straně páry při současné minimalizaci investičních a provozních nákladů.

2. VÝMĚNÍK PÁRA - VODA A ODVOD KONDENZÁTU

Obvyklé zapojení deskového výměníku pára - voda včetně potřebných armatur ukazuje obr. 1.


Obr. 1 Deskový výměník a běžné odvodnění plovákovým odvaděčem kondenzátu

     Tepelný výkon výměníku je regulován škrcením páry na vstupu do výměníku. K regulaci je použit regulační ventil s pneupohonem, který je řízen elektronickým PID regulátorem na základě teploty vody vystupující z výměníku. Rychlost zdvihu kuželky regulačního ventilu s pneupohonem je vysoká (plný zdvih kuželky za 1 až 3 s), což umožňuje dobrou regulovatelnost výměníku s rychlou odezvou (doba odezvy deskového výměníku - desítky sekund). Předpokladem je důkladné ošetření páry před vstupem do regulačního ventilu, tj. je nutné odvést vrstvu kondenzátu ze spodní části potrubí, kapičky kondenzátu rozptýlené po celém průřezu potrubí a zachytit drobné mechanické nečistoty.
     Vše výše zmíněné se dosáhne předřazením sestavy separátoru vlhkosti [1] a jemného filtru před regulační ventil (separátor s odvodněním je schematicky znázorněn na obr. 3). Mezi regulačním ventilem a výměníkem je namontován přerušovač vakua a manometr pro vizuální kontrolu tlaku páry za regulačním ventilem. Úkolem přerušovače vakua je zamezit vzniku podtlaku při dynamických stavech výměníku během regulačního procesu a tím umožnit odtok kondenzátu samospádem z výměníku do plovákového odvaděče kondenzátu s předřazeným filtrem a následným zpětným ventilem. Při absenci přerušovače vakua vznikají termické a tlakové rázy, neboť kondenzát vlivem podtlaku z výměníku neodtéká a vstupující pára na hladině kondenzátu ve výměníku prudce kondenzuje a způsobuje rázy.      Pouhá instalace přerušovače vakua ještě nezaručí odtok kondenzátu z výměníku. Pro bezproblémový odtok kondenzátu z výměníku je nutné zachovat pozitivní diferenční tlak na odvaděči kondenzátu při všech provozních stavech výměníku, což úzce souvisí s geometrickou konfigurací kondenzátního potrubí a provozními podmínkami. Z toho důvodu je nutné, aby kondenzátní potrubí za odvaděčem kondenzátu stále klesalo do odvětrané kondenzátní nádrže s přečerpáváním kondenzátu či parou poháněného zvedače kondenzátu, což zajistí aktivní odvod kondenzátu.
     Ve výměníkových stanicích často dochází k situaci znázorněné na obr. 1, tj. kondenzátní potrubí se za odvaděčem kondenzátu zvedá až na úroveň centrálního sběrného potrubí kondenzátu. Sloupec kondenzátu ve svislém potrubí způsobuje protitlak a snižuje pozitivní diferenční tlak na odvaděči kondenzátu. Při nízkých výkonech výměníku (např. přechodné období) je tlak páry na vstupu do výměníku vlivem činnosti regulačního ventilu velmi malý, často menší než je výška protitlaku kondenzátu. Na odvaděči kondenzátu vzniká záporný diferenční tlak, který znemožňuje odtok kondenzátu a způsobuje hromadění kondenzátu ve výměníku, což vede ke vzniku termických a tlakových rázů.
     Protitlak v centrálním sběrném potrubí kondenzátu může být též způsoben kondenzátními čerpadly při přečerpávání kondenzátu z jiných spotřebičů. Použití předimenzovaného výměníku způsobuje zmíněné provozní potíže i při vyšších výkonech výměníku (cca 50 až 60 % z maximálního výkonu výměníku). Výše popsané problémy se dají odstranit použitím automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu APT14.

3. PRINCIP ČINNOSTI KOMBINOVANÉHO ODVADĚČE/ZVEDAČE

Princip činnosti automatického kombinovaného odvaděče/zvedače APT14 je ukázán na obr. 2, kde jsou zachyceny jednotlivé fáze činnosti odvaděče/zvedače (1 až 6).

1	2	3
4	5	6

Obr. 2 Pracovní cykly automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu APT14

     Schéma paro-kondenzátního okruhu výměníku pára - voda je zachyceno na obr. 3. Vlastní odvaděč/zvedač (patentová ochrana konstrukce minimalizovaných rozměrů) se skládá z kyvné zpětné vstupní klapky kondenzátu, ze zdvojeného plováku a víceprvkového závěsu plováku. Plovák prostřednictvím víceprvkového závěsu ovládá jednak hlavní ventil odvaděče (dvoustupňový ventil kombinovaný se zpětným kuličkovým ventilem - výstup kondenzátu) a dále vstupní ventil hnacího média a výfukový ventil. Je-li přetlak v parním prostoru výměníku PS dostatečný k překonání protitlaku PB, bude vytvářený kondenzát přetlačován pootevřeným dvoupolohovým mechanismem odvaděče. Nastavení hlavního ventilu odvaděče je automaticky regulováno podle množství natékajícího kondenzátu (1). U teplotně regulovaného výměníku může nastat stav, kdy tlak v parním prostoru PS klesne pod úroveň protitlaku PB (obr. 3).


Obr. 3 Schéma paro-kondenzátního okruhu výměníku pára - voda

      V takovém případě kondenzát přestane přes běžný plovákový odvaděč protékat a spotřebič se začne zaplavovat (2). Při použití APT14 dojde k naplnění plovákové komory a při dosažení horní úvrati plovákového mechanismu dochází k otevření vstupního ventilu hnacího média při současném otevření hlavního ventilu odvaděče (3). Po otevření vstupního ventilu vzroste přetlak uvnitř APT14 na úroveň protitlaku a kondenzát je protlačován hlavním ventilem odvaděče - odvaděč pracuje jako zvedač kondenzátu (4).
     Při dosažení spodní úvratě plovákového mechanismu dojde k uzavření vstupního ventilu hnacího média a současně se otevírá výfukový ventil (5). Po otevření výfukového ventilu dojde k vyrovnání tlaku v plovákové komoře APT14 s tlakem v parním prostoru výměníku PS a kondenzát začne natékat do APT14 otevřenou vstupní zpětnou klapkou (6). Kuličkový zpětný ventil na výstupu kondenzátu z APT14 je působením protitlaku PB uzavřen a dochází k opětovnému plnění plovákové komory APT14.

4. POUŽITÍ KOMBINOVANÉHO ODVADĚČE/ZVEDAČE

     Použití automatického kombinovaného odvaděče/zvedače APT14 pro odvodnění deskového výměníku pára - voda ukazuje obr. 4. Geometrická konfigurace kondenzátního potrubí způsobující protitlak je stejná jako na obr. 1. APT14 je napojen na vstup kondenzátu z výměníku a na výstup kondenzátu do centrálního sběrného potrubí kondenzátu. Do vrchní části APT14 je napojen vstup dokonale odvodněné hnací páry (hnací médium může být stlačený vzduch, dusík, apod.) zbavené mechanických nečistot (filtr s jemným sítem). Hnací pára se odebírá vždy z vrchní části parního potrubí před regulačním ventilem a parní potrubí hnací páry je vhodné tepelně izolovat.
     Výfukové potrubí hnací páry je zaústěno na výstup kondenzátu z deskového výměníku, čímž je zabráněno únikům hnací páry do ovzduší a ztrátám odparem z horkého kondenzátu. Na výfukové potrubí je napojena sestava automatického odvzdušňovacího ventilu, který zajistí odvod vzduchu ze zařízení při náběhu do provozu. Propojení výfukového potrubí s parním prostorem výměníku zajistí nátok kondenzátu do APT14 i v případě vzniku podtlaku v parním prostoru výměníku (vliv regulace).
     Při použití APT14 není mezi regulačním ventilem na vstupu páry do výměníku a výměníkem instalován přerušovač vakua (viz porovnání obr. 1 a 4), což znamená uzavřený paro - kondenzátní okruh. Propojovací kondenzátní potrubí mezi deskovým výměníkem a APT14 slouží zároveň jako mezizásobník kondenzátu při výtlačné fázi APT14, kdy je uzavřen nátok kondenzátu do APT14. Výtlačná fáze trvá cca 4 až 10 s, a proto musí mít mezizásobník určitý minimální objem, který zajistí, že nedojde k zaplavení deskového výměníku a následnému ovlivnění regulačního okruhu. Zaplavení teplosměnné plochy výměníku prudce snižuje jeho výkon.
     Pro omezení rizika vzniku parního zámku je vhodné, aby mezi osou přírub výměníku a APT14 bylo určité minimální převýšení (cca 3 D a více). Pro spolehlivý provoz APT14 je požadována minimální nátočná výška 200 mm, tj. osa kondenzátní příruby výměníku musí být minimálně 200 mm nad podlahou, na které je umístěn APT14 (obr. 4).


Obr. 4 Deskový výměník s odvodněním prostřednictvím automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu APT14

5. ZÁVĚR

     Použití automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu APT14 odstraňuje problémy, které se běžně vyskytují při špatné konfiguraci kondenzátního potrubí a regulaci na straně páry. K daným problémům patří termické a tlakové rázy a hluk, které způsobují nestabilní regulaci teploty sekundáru vlivem zaplavení parního prostoru výměníku, dále pak korozi, poruchy výměníků a vysoké náklady na údržbu. APT14 je malá kompaktní jednotka srovnatelná s rozměry běžných plovákových odvaděčů kondenzátu, která výrazným způsobem zjednodušuje kondenzátní hospodářství včetně nároků na zastavěnou plochu a snižuje investiční náklady.
     Při použití APT14 je možné použít přesnou a rychlou regulaci na straně páry (lze použít pro jakýkoliv výměník pára - voda) při zachování uzavřeného paro - kondenzátního okruhu, čímž je zamezeno ztrátám tepla odparem z kondenzátu a zvýšené korozi kondenzátního potrubí vlivem sycení kondenzátu kyslíkem. APT14 je možné použít do prostředí s nebezpečím výbuchu či do vlhkých prostředí, neboť provoz APT14 je nezávislý na dodávkách elektrické energie. Ve srovnání s odstředivými čerpadly navíc nedochází k problémům s kavitací (čerpání horkého kondenzátu) a není nutná pravidelná údržba ucpávek čerpadla.

Literatura:

[1]	Neužil, M.: Mokrá pára a separátory vlhkosti SPIRAX SARCO, Topenářství - Instalace 5/1998.