Armatura parowa

Armatura parowa obejmuje elementy służące do sterowania, odcinania, odwadniania i zabezpieczania instalacji, w których medium roboczym jest para wodna oraz powstający z niej kondensat. W praktyce prawidłowo zaprojektowana instalacja parowa nie składa się wyłącznie z rurociągu doprowadzającego parę. Wymaga również skutecznego usuwania skroplin, gazów nieskraplających się, regulacji przepływu, możliwości odcięcia poszczególnych odcinków oraz właściwego odprowadzania kondensatu do instalacji powrotnej. Jedną z podstawowych grup urządzeń są odwadniacze parowe, których zadaniem jest automatyczne odprowadzanie kondensatu bez niekontrolowanej utraty użytecznej pary. W zależności od charakteru aplikacji wykorzystuje się między innymi odwadniacze pływakowe, termostatyczne, termodynamiczne i bimetaliczne. Uzupełnieniem układu są zawory odcinające, np. zawory tłokowe. Oferta Pneumat System w kategorii armatury parowej obejmuje między innymi odwadniacze serii 1509, 1510, 1513, 1514, 1515, 1518, 1522, 1530, 1533 i 1536 oraz zawory tłokowe YVN3, YVN8 i YVNB.

Odwadniacz parowy jest automatycznym elementem instalacji, którego podstawowym zadaniem jest oddzielenie kondensatu od pary oraz odprowadzenie skroplin z układu przy możliwie małej stracie pary świeżej. Kondensat tworzy się zawsze, gdy para oddaje ciepło do procesu lub traci energię podczas przepływu przez przewody. Zwykły ręczny zawór spustowy nie reaguje automatycznie na zmieniającą się ilość kondensatu. Jeżeli zostanie otwarty zbyt mocno, razem z wodą będzie odprowadzał również parę, powodując straty energii. Jeśli natomiast zostanie przymknięty nadmiernie, kondensat zacznie gromadzić się w instalacji. Może to prowadzić do pogorszenia wymiany ciepła, korozji, niestabilności procesu, uderzeń hydraulicznych i przeciążenia elementów instalacji. Odwadniacz wykorzystuje określone zjawisko fizyczne – zmianę poziomu cieczy, temperatury albo właściwości dynamicznych pary i kondensatu – dzięki czemu jego praca odbywa się samoczynnie. Z tego względu prawidłowo dobrany odwadniacz jest jednym z kluczowych elementów wpływających na sprawność energetyczną instalacji parowej.

W odwadniaczu pływakowym podstawowym elementem sterującym jest pływak reagujący na poziom kondensatu znajdującego się w korpusie urządzenia. Gdy ilość skroplin wzrasta, pływak unosi się i poprzez mechanizm otwiera zawór odpływowy. Kondensat zostaje odprowadzony, poziom cieczy spada, a mechanizm stopniowo ogranicza przepływ. Najważniejszą cechą tego rozwiązania jest możliwość praktycznie ciągłego odprowadzania kondensatu proporcjonalnie do jego napływu. Jest to szczególnie korzystne w wymiennikach ciepła, nagrzewnicach, urządzeniach procesowych i innych odbiornikach, gdzie istotne jest utrzymanie stabilnej powierzchni wymiany ciepła. Do grupy pływakowych odwadniaczy w ofercie Pneumat System należą m.in. serie 1509, 1510, 1513, 1514 oraz większa seria 1518. Poszczególne wykonania różnią się między innymi materiałem korpusu, sposobem przyłączenia, nominalną wielkością przyłącza, dopuszczalnym ciśnieniem roboczym i zakresem różnicy ciśnień.

Odwadniacz termostatyczny wykorzystuje różnicę temperatur pomiędzy gorącą parą a schłodzonym kondensatem. Element termostatyczny zmienia swoje położenie pod wpływem temperatury. Po napływie stosunkowo chłodnego kondensatu zawór pozostaje otwarty i umożliwia jego odprowadzenie. Wraz ze wzrostem temperatury medium mechanizm ogranicza lub zamyka przepływ, chroniąc instalację przed niepotrzebnym wypuszczaniem pary. W odróżnieniu od typowego odwadniacza pływakowego urządzenie termostatyczne może odprowadzać kondensat dopiero po jego określonym przechłodzeniu. W jednych zastosowaniach jest to korzystne energetycznie, natomiast w innych – szczególnie tam, gdzie kondensat musi być usuwany bezpośrednio po powstaniu – bardziej odpowiedni może być odwadniacz pływakowy. Przy wyborze należy więc analizować nie tylko ciśnienie i średnicę rurociągu, ale przede wszystkim charakter procesu, wymagany sposób odprowadzania kondensatu, obciążenie cieplne oraz tolerancję instalacji na przechłodzenie skroplin.

Różnica wynika przede wszystkim z mechanizmu sterowania odpływem kondensatu. Odwadniacz pływakowy reaguje na poziom cieczy, dzięki czemu bardzo dobrze nadaje się do odbiorników wymagających ciągłego i szybkiego odprowadzania skroplin. Odwadniacz termostatyczny reaguje na temperaturę medium i zwykle odprowadza kondensat po jego częściowym przechłodzeniu. W konstrukcji bimetalicznej element roboczy składa się z materiałów o różnej rozszerzalności cieplnej. Zmiana temperatury powoduje jego odkształcenie i odpowiednie sterowanie zaworem. Seria 1536 Pneumat System jest właśnie odwadniaczem bimetalicznym wykonanym ze stali węglowej A105. Z kolei odwadniacze termodynamiczne wykorzystują różnicę zachowania pary i kondensatu podczas przepływu oraz zmian ciśnienia. W dokumentacji sklepu warto zwrócić uwagę na serie 1530 i 1533: nagłówki kart opisują je jako termostatyczne, natomiast poszczególne warianty oznaczone TDK 45 i TDK 71 nazwane są termodynamicznymi. Mechanizm konkretnego wykonania należy dlatego potwierdzić przed doborem.

Delta P, zapisywana również jako Δp, oznacza różnicę ciśnienia pomiędzy stroną dopływową i odpływową odwadniacza. Jest to jeden z najważniejszych parametrów doborowych, ponieważ właśnie różnica ciśnień powoduje przepływ kondensatu przez urządzenie. W uproszczeniu: Δp = p przed odwadniaczem − p za odwadniaczem. Jeżeli przed odwadniaczem występuje 10 bar, a instalacja powrotu kondensatu pracuje przy 2 bar, rzeczywista różnica wynosi około 8 bar, a nie 10 bar. Do tego należy uwzględnić opory instalacji, wysokość podnoszenia kondensatu i możliwe zmiany warunków podczas pracy. W seriach pływakowych 1509, 1510, 1513 oraz 1518 dostępne są warianty odpowiadające m.in. Δp 4,5, 10 i 14 bar. Oznacza to, że nie wystarczy zamówić właściwego DN – trzeba dobrać również odpowiednią charakterystykę różnicy ciśnień.

Nie. Jest to jeden z najczęstszych błędów projektowych. Średnica przyłącza odwadniacza powinna być kompatybilna z instalacją, ale nie określa automatycznie wymaganej wydajności urządzenia. Podstawą doboru jest przede wszystkim maksymalna ilość kondensatu, jaka może pojawić się w danej aplikacji, rzeczywista różnica ciśnień Δp, ciśnienie i temperatura robocza, rodzaj odbiornika pary oraz sposób odprowadzania kondensatu. Bardzo ważne jest również obciążenie rozruchowe, które może być znacznie większe niż ilość skroplin powstających podczas ustalonej pracy. Z tego względu odwadniacz DN25 nie zawsze jest właściwym rozwiązaniem dla rurociągu DN25. W niektórych układach wystarczy mniejsza przepustowość, a w innych nawet stosunkowo duże przyłącze nie zagwarantuje prawidłowej pracy, jeżeli wybrano niewłaściwy wariant Δp. Dobór należy więc wykonywać na podstawie parametrów procesu, a średnicę traktować jako jeden z kilku elementów obliczeń.

Materiał korpusu powinien być dobierany do ciśnienia, temperatury, właściwości kondensatu, warunków środowiskowych i wymagań instalacji. Żeliwo sferoidalne, zastosowane m.in. w seriach 1509, 1510 i 1518, jest rozwiązaniem przeznaczonym do wielu standardowych instalacji parowych. Serie te pracują do temperatury +250°C, a wskazane wykonania mają ciśnienie robocze 16 bar. Stal węglowa jest wykorzystywana m.in. w serii 1514 oraz w szeregu odwadniaczy przeznaczonych do wyższych parametrów. Seria 1514 ma korpus A216 WCB i ciśnienie robocze 25 bar. Stal nierdzewna jest szczególnie interesująca przy podwyższonej odporności korozyjnej, wymagających warunkach środowiskowych i w niektórych instalacjach przemysłu spożywczego, chemicznego czy farmaceutycznego. Pływakowa seria 1513 wykorzystuje stal nierdzewną CF8M (1.4408), natomiast serie 1522 i 1533 stal nierdzewną 304 (1.4301).

Seria 1509 jest pływakowym odwadniaczem parowym z korpusem wykonanym z żeliwa sferoidalnego. Obejmuje wielkości DN15, DN20 i DN25, a maksymalna temperatura pracy wynosi +250°C. Ciśnienie robocze podane dla serii wynosi 16 bar. Istotnym elementem oferty jest kilka wariantów różnicy ciśnień – 4,5, 10 oraz 14 bar. Dzięki temu odwadniacz można dopasować do rzeczywistych warunków hydraulicznych układu, zamiast kierować się wyłącznie nominalną średnicą przyłącza. Seria jest przeznaczona do połączeń kołnierzowych. Karta produktu wskazuje również dostępność certyfikatu 3.1. Ze względu na zasadę pływakową seria 1509 może być rozważana w miejscach, w których kondensat powinien być odprowadzany sprawnie i w sposób dostosowany do jego chwilowego napływu, np. przy wymiennikach, nagrzewnicach i innych urządzeniach wykorzystujących ciepło kondensacji pary.

Podstawowa różnica dotyczy sposobu przyłączenia. Seria 1509 występuje w wersjach kołnierzowych DN15–DN25, podczas gdy seria 1510 wykorzystuje przyłącza gwintowane BSP FF w zakresie od 1/2" do 1". Obie serie mają korpus z żeliwa sferoidalnego, maksymalną temperaturę pracy +250°C oraz ciśnienie robocze 16 bar. W obu dostępne są również odmiany dla różnych wartości Δp – 4,5, 10 oraz 14 bar. W praktyce wybór pomiędzy 1509 i 1510 może więc wynikać przede wszystkim ze standardu instalacji. Połączenie kołnierzowe jest często preferowane w instalacjach przemysłowych wymagających łatwego demontażu elementu, natomiast gwint BSP może być korzystny w mniejszych, kompaktowych układach. Nie należy jednak traktować obu serii jako zamiennych wyłącznie na podstawie średnicy. Zawsze trzeba sprawdzić warunki ciśnieniowo-temperaturowe oraz wymaganą przepustowość dla kondensatu.

Seria 1513 jest przeznaczona do zastosowań, w których poza efektywnym odprowadzaniem kondensatu istotna jest zwiększona odporność materiałowa. Korpus wykonano ze stali nierdzewnej CF8M, odpowiadającej materiałowi 1.4408. Wersja gwintowana jest dostępna w rozmiarach 1/2"–1" z gwintem BSP FF. Maksymalna temperatura pracy wynosi +250°C, natomiast ciśnienie robocze według karty produktu osiąga 25 bar. Dostępne są odmiany dla różnicy ciśnień 4,5, 10 i 14 bar. Stal nierdzewna może być szczególnie wartościowa w środowisku o zwiększonej wilgotności, w instalacjach narażonych na czynniki korozyjne oraz w zakładach, w których materiał armatury jest elementem wewnętrznego standardu technologicznego. Trzeba jednak pamiętać, że samo określenie „stal nierdzewna” nie oznacza automatycznie odporności na każdy czynnik chemiczny. Przy agresywnym kondensacie należy uwzględnić jego pH, zawartość chlorków i innych substancji.

Gwintowa seria 1513 wykorzystuje przyłącza BSP FF od 1/2" do 1", natomiast wersja kołnierzowa występuje w średnicach DN15–DN25. Obydwa wykonania wykorzystują korpus ze stali nierdzewnej CF8M (1.4408), pracują do +250°C i mają ciśnienie robocze podane jako 25 bar. W praktyce wersje kołnierzowe są wygodne w instalacjach technologicznych, w których wymagany jest szybki demontaż urządzenia bez ingerencji w gwintowane połączenia rur. Łatwiejsze jest również zachowanie osiowości cięższej armatury. Przyłącza gwintowane pozwalają natomiast uzyskać bardziej kompaktową instalację i mogą być wygodne przy mniejszych średnicach. Warto zwrócić uwagę na dane konkretnego wariantu. Na karcie wersji kołnierzowej poszczególne odmiany serii 1513 opisano jako PN25, dlatego przed zakupem należy opierać się na parametrach konkretnego numeru katalogowego, a nie wyłącznie na ogólnym nagłówku kategorii.

Seria 1514 łączy zasadę działania odwadniacza pływakowego z korpusem wykonanym ze stali węglowej A216 WCB (1.0619). Maksymalna temperatura robocza wynosi +250°C, a ciśnienie robocze 25 bar. Wersje gwintowane obejmują przyłącza BSP FF od 1/2" do 1". Takie wykonanie może być stosowane w przemysłowych układach parowych, w których parametry ciśnieniowe są wyższe niż w podstawowych rozwiązaniach żeliwnych PN16, a jednocześnie nie występuje konieczność zastosowania korpusu ze stali nierdzewnej. Seria pływakowa jest szczególnie przydatna tam, gdzie ilość kondensatu zmienia się w czasie, a odbiornik wymaga sprawnego odwodnienia. Może dotyczyć to nagrzewnic, wymienników, aparatów procesowych oraz innych odbiorników pary. Ostateczny dobór musi uwzględniać wydajność kondensatu i rzeczywiste Δp – sam materiał korpusu i ciśnienie nominalne nie przesądzają jeszcze o prawidłowej pracy.

W ofercie znajduje się również wykonanie serii 1514 przeznaczone dla Δp 4,5 bar. Korpus wykonano ze stali węglowej A216 WCB (1.0619), maksymalna temperatura wynosi +250°C, a ciśnienie robocze 25 bar. Przyłącze jest gwintowane BSP FF. Na karcie znajdują się warianty 1/2" oraz 1". Jest to ważne rozróżnienie, ponieważ dobór wykonania o Δp 4,5 bar powinien wynikać z rzeczywistej różnicy ciśnień w instalacji. Nie należy interpretować wartości 4,5 bar jako maksymalnego ciśnienia instalacji. Ciśnienie robocze urządzenia może wynosić 25 bar, natomiast Δp określa warunki różnicowe związane z działaniem mechanizmu i przepływem kondensatu. Jeżeli za odwadniaczem występuje znaczne przeciwciśnienie, rzeczywista różnica może być zdecydowanie niższa od ciśnienia pary zasilającej. Dlatego właśnie rozdzielenie pojęć „ciśnienie robocze” i „Delta P” jest tak istotne.

Seria 1518 stanowi rozwiązanie dla większych średnic – DN32, DN40 oraz DN50. Korpus wykonany jest z żeliwa sferoidalnego, maksymalna temperatura pracy wynosi +250°C, a ciśnienie robocze 16 bar. Dostępne są odmiany przeznaczone dla Δp 4,5, 10 i 14 bar. Przyłącza są kołnierzowe. Większa średnica przyłącza sprawia, że seria może być rozpatrywana dla instalacji o większych strumieniach kondensatu. Nadal jednak DN50 nie oznacza automatycznie konkretnej wydajności w kg/h – przepustowość jest zależna od różnicy ciśnień i charakterystyki mechanizmu. Przy takich rozmiarach szczególnie ważne jest prawidłowe zaprojektowanie rurociągu doprowadzającego kondensat, ponieważ nawet duży odwadniacz nie będzie działał poprawnie, jeśli ciecz nie może swobodnie dopływać do jego komory albo odpływ jest ograniczany nadmiernym przeciwciśnieniem.

Seria 1515 jest wykonana ze stali węglowej A105 (1.0460). Maksymalna temperatura pracy wynosi +250°C, ciśnienie robocze 33 bar, natomiast karta produktu podaje Δp do 22 bar. Seria obejmuje zarówno połączenia gwintowane BSP FF, jak i wykonania kołnierzowe PN40. Zakres obejmuje przyłącza od 1/2" do DN25. Dostępność różnych sposobów przyłączenia umożliwia zastosowanie urządzenia zarówno w bardziej kompaktowych instalacjach gwintowanych, jak i w przemysłowych instalacjach kołnierzowych. W przypadku termostatycznego sposobu odwadniania należy pamiętać, że działanie urządzenia zależy od temperatury medium. Kondensat może być częściowo przechładzany przed odprowadzeniem. Może to ograniczać straty energii w określonych zastosowaniach, ale nie zawsze jest pożądane przy odbiornikach wymagających natychmiastowego opróżniania przestrzeni parowej ze skroplin.

Seria 1522 charakteryzuje się kompaktową konstrukcją i korpusem wykonanym ze stali nierdzewnej 304, czyli 1.4301. Maksymalna temperatura pracy wynosi +240°C, ciśnienie robocze 32 bar, a Δp 21 bar. Urządzenia występują z przyłączem BSP FF w szerokim jak na tę konstrukcję zakresie: od 1/4" przez 3/8", 1/2" i 3/4" do 1". Karta produktu wskazuje także certyfikat 3.1. Dzięki małym przyłączom seria może być interesująca dla kompaktowych punktów odwodnienia, odcinków tracingowych lub urządzeń pomocniczych, o ile jej charakterystyka przepustowości odpowiada ilości kondensatu. Przy wyborze stali 304 warto jednak przeanalizować skład kondensatu. W szczególności środowisko o wysokiej zawartości chlorków może wymagać odmiennego gatunku materiału. O przydatności decyduje całość warunków procesowych, a nie tylko określenie „nierdzewny”.

Na aktualnych kartach Pneumat System występuje pewna różnica w nazewnictwie, którą warto uwzględnić podczas doboru. Nagłówki produktów określają serie 1530 oraz 1533 jako odwadniacze termostatyczne, natomiast poszczególne warianty produktowe opisano odpowiednio jako „termodynamiczny TDK 45” oraz „termodynamiczny TDK 71”. Ma to znaczenie techniczne, ponieważ odwadniacz termostatyczny i termodynamiczny wykorzystują inną zasadę działania. Dlatego przy projekcie instalacji nie należy opierać wyboru wyłącznie na nazwie kategorii internetowej. Należy potwierdzić konstrukcję konkretnego numeru katalogowego i – jeśli jest dostępna – jego kartę techniczną. Z parametrów zamieszczonych na stronie wynika, że seria 1530 ma korpus ze stali węglowej A105, temperaturę do +400°C i ciśnienie robocze 32 bar, natomiast seria 1533 wykorzystuje stal nierdzewną 304 i osiąga temperaturę +400°C oraz ciśnienie robocze 42 bar.

W odwadniaczu bimetalicznym element sterujący składa się z warstw metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej. Zmiana temperatury powoduje odkształcenie elementu bimetalicznego, a w konsekwencji zmianę położenia zaworu. Przy niższej temperaturze kondensatu odwadniacz umożliwia jego odprowadzenie. Wraz ze wzrostem temperatury do wartości zbliżonej do temperatury pary mechanizm ogranicza przepływ. Oznacza to, że sposób pracy zależy bezpośrednio od warunków termicznych. Seria 1536 Pneumat System ma korpus ze stali węglowej A105 (1.0460), maksymalną temperaturę +250°C, ciśnienie robocze 32 bar i Δp podane jako 22 bar. Oferowane rozmiary BSP FF obejmują 1/2", 3/4" i 1". Rozwiązania bimetaliczne mogą być szczególnie użyteczne tam, gdzie dopuszcza się przechłodzenie kondensatu i zależy na wykorzystaniu części jego ciepła jawnego przed odprowadzeniem.

Temperatura określa nie tylko odporność samego korpusu, ale również dopuszczalne obciążenie uszczelnień, elementów wewnętrznych oraz połączeń. W instalacji parowej temperatura pozostaje bezpośrednio związana z ciśnieniem pary nasyconej, a w przypadku pary przegrzanej może być jeszcze wyższa. W ofercie Pneumat System występują istotne różnice. Serie pływakowe 1509, 1510, 1513, 1514 i 1518 mają temperaturę maksymalną +250°C. Seria 1522 jest przewidziana do +240°C. Serie 1530 i 1533 osiągają +400°C. Zawory YVN3 i YVN8 mają temperaturę maksymalną +300°C, natomiast YVNB +400°C. Nie należy projektować urządzenia „na granicy” parametru wyłącznie na podstawie temperatury nominalnej. Trzeba uwzględnić również maksymalne stany awaryjne, rozruch, możliwość pojawienia się pary przegrzanej i właściwą zależność ciśnienie–temperatura dla konkretnego wykonania.

Nie. Są to dwa różne parametry. Ciśnienie robocze informuje, w jakim zakresie ciśnienia może pracować konstrukcja urządzenia, natomiast Delta P określa różnicę ciśnienia działającą pomiędzy wlotem i wylotem odwadniacza oraz wpływającą na jego zdolność odprowadzania kondensatu. Dobrym przykładem jest seria 1515: karta podaje ciśnienie robocze 33 bar i Δp 22 bar. Dla serii 1522 wartości wynoszą odpowiednio 32 i 21 bar. Projektant powinien więc znać zarówno ciśnienie w urządzeniu parowym, jak i ciśnienie występujące w kolektorze kondensatu. Przy dużym przeciwciśnieniu rzeczywiste Δp może być znacznie niższe niż wskazywałoby samo ciśnienie pary. Pomylenie tych parametrów może skutkować przewymiarowaniem albo niedowymiarowaniem odwadniacza i nieprawidłowym odprowadzaniem skroplin.

Ilość kondensatu zależy od energii oddawanej przez parę w procesie. W uproszczonym przypadku można wykorzystać zależność m = Q / r, gdzie:

m – strumień kondensatu, Q – moc cieplna odbiornika, r – ciepło utajone kondensacji pary przy danym ciśnieniu.

Jeżeli wymiennik przekazuje określoną moc, można na tej podstawie oszacować ilość pary, która musi ulec kondensacji, a więc również ilość powstających skroplin. W praktyce trzeba uwzględnić również fazę rozruchową. Zimny wymiennik, przewody i armatura pobierają dużą ilość energii, dlatego chwilowa produkcja kondensatu może być znacznie większa niż podczas ustalonej pracy. Z tego powodu odwadniacza nie powinno się dobierać dokładnie „na styk” do nominalnego strumienia kondensatu. Stosuje się odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa, którego wartość powinna wynikać z rodzaju odbiornika i zaleceń producenta.

Podczas uruchamiania instalacji wszystkie zimne elementy – przewody, korpusy zaworów, wymienniki czy zbiorniki – muszą zostać rozgrzane do temperatury roboczej. Początkowo para oddaje więc bardzo dużą ilość energii, co powoduje intensywną kondensację. Jednocześnie instalacja zawiera dużo powietrza oraz innych gazów nieskraplających się. Odwadniacz musi poradzić sobie nie tylko z większym strumieniem wody, lecz także umożliwić prawidłowe odpowietrzenie systemu. Jeżeli urządzenie zostanie dobrane wyłącznie do kondensatu powstającego podczas stabilnej pracy, może dojść do okresowego zalania odbiornika podczas rozruchu. Efektem jest wolniejsze nagrzewanie, gorsza wymiana ciepła i zwiększone ryzyko uderzenia wodnego. Dlatego w profesjonalnym doborze analizuje się zarówno obciążenie nominalne, jak i maksymalne obciążenie rozruchowe.

Gorący kondensat znajdujący się pod wysokim ciśnieniem po przejściu przez odwadniacz może znaleźć się w obszarze o znacznie niższym ciśnieniu. Część cieczy natychmiast odparowuje wtedy do postaci tzw. pary wtórnej, czyli flash steam. Nie oznacza to automatycznie, że odwadniacz przepuszcza parę świeżą. Pojawienie się mieszaniny wody i pary za sprawnym odwadniaczem jest naturalnym efektem termodynamicznym rozprężania gorącego kondensatu. Jednocześnie para wtórna zwiększa objętość przepływającego medium i może powodować wzrost przeciwciśnienia w kolektorze kondensatu. To z kolei obniża rzeczywiste Δp dostępne na odwadniaczu. Dlatego projektując wspólną instalację powrotną, należy uwzględnić przepływ dwufazowy oraz maksymalne obciążenie kolektora. Zbyt mała średnica przewodu powrotnego może pogorszyć pracę prawidłowo dobranych odwadniaczy.

Powietrze ma znacznie gorsze właściwości wymiany ciepła niż kondensująca para wodna. Jeżeli gromadzi się przy powierzchni wymiennika, może utworzyć warstwę ograniczającą przekazywanie energii. Skutkiem może być wydłużenie procesu grzania, niejednorodna temperatura i zwiększone zużycie pary. Mieszanina pary i powietrza ma również inną zależność pomiędzy ciśnieniem a temperaturą niż czysta para nasycona. Oznacza to, że pomiar ciśnienia nie musi wówczas prawidłowo odzwierciedlać rzeczywistej temperatury procesu. Powietrze jest szczególnie problematyczne podczas rozruchu, gdy zimna instalacja jest nim wypełniona. Z tego powodu w wielu aplikacjach ważna jest nie tylko zdolność urządzenia do usuwania kondensatu, lecz również skuteczne odpowietrzanie. W systemach o szczególnych wymaganiach stosuje się dodatkowe odpowietrzniki termostatyczne oraz odpowiednio projektuje położenie punktów odwodnienia.

Uderzenie wodne może wystąpić, gdy rozpędzona masa kondensatu gwałtownie zmienia kierunek lub zostaje zatrzymana przez element instalacji. W rurociągach parowych krople i „korki” kondensatu mogą osiągać dużą prędkość, a ich gwałtowne uderzenie generuje bardzo wysokie lokalne obciążenia mechaniczne. Przyczynami mogą być nieprawidłowe spadki przewodów, niedostateczna liczba punktów odwadniających, niesprawne odwadniacze, źle zaprojektowane kieszenie kondensatu albo zbyt szybkie otwieranie zaworów podczas rozruchu. Objawem są charakterystyczne uderzenia, drgania i hałas. Problem nie powinien być ignorowany, ponieważ może doprowadzić do uszkodzenia armatury, połączeń kołnierzowych, podpór i samych rurociągów. Skuteczne odwadnianie magistrali oraz prawidłowe prowadzenie przewodów jest jednym z podstawowych sposobów ograniczania tego zjawiska.

Tak, i w przypadku konstrukcji pływakowej jest szczególnie istotna. Pływak wykorzystuje siłę wyporu i musi mieć możliwość swobodnego poruszania się w przewidzianej przez producenta płaszczyźnie. Nieprawidłowe obrócenie korpusu może zmienić geometrię pracy mechanizmu i uniemożliwić prawidłowe otwieranie lub zamykanie zaworu. Dlatego odwadniaczy serii 1509, 1510, 1513, 1514 czy 1518 nie należy instalować w dowolnej pozycji wyłącznie dlatego, że fizycznie można połączyć je z rurociągiem. Pozycję należy sprawdzić w dokumentacji konkretnego wykonania. Należy również zachować kierunek przepływu wskazany na korpusie, zapewnić odpowiednią przestrzeń serwisową i unikać przenoszenia naprężeń rurociągu na korpus urządzenia. W większych średnicach, np. serii 1518 DN32–DN50, prawidłowe podparcie przewodów ma szczególne znaczenie.

W wielu instalacjach jest to rozwiązanie bardzo wskazane. Kondensat może transportować produkty korozji, zgorzelinę spawalniczą i inne zanieczyszczenia powstające w rurociągach. Drobiny te mogą blokować niewielkie kanały przepływowe albo osadzać się na powierzchniach uszczelniających. Filtr umieszczony przed odwadniaczem zmniejsza ryzyko uszkodzenia mechanizmu oraz nieszczelnego domykania zaworu. Szczególnie ważne jest to podczas pierwszego uruchomienia nowej instalacji, kiedy ilość zanieczyszczeń technologicznych bywa największa. Filtr również wymaga obsługi. Jeżeli jego wkład zostanie całkowicie zatkany, ograniczy przepływ kondensatu i może stworzyć objawy podobne do uszkodzonego odwadniacza. Diagnostyka systemu powinna więc obejmować zarówno odwadniacz, jak i elementy znajdujące się bezpośrednio przed nim.

Zawór zwrotny jest potrzebny wtedy, gdy istnieje możliwość cofnięcia kondensatu z instalacji powrotnej w stronę odbiornika lub odwadniacza. Może do tego dochodzić w układach o zmiennych ciśnieniach, wspólnych kolektorach lub przy okresowym zatrzymywaniu części instalacji. Cofanie kondensatu może utrudniać pracę odwadniacza, powodować zalewanie urządzenia oraz generować uderzenia hydrauliczne. Przy projektowaniu trzeba jednak zweryfikować, czy dane wykonanie odwadniacza posiada już funkcję zabezpieczającą przed przepływem zwrotnym. Nie należy automatycznie dodawać kolejnego zaworu bez analizy, ponieważ każdy element zwiększa opory przepływu. Szczególnie ważne jest również uwzględnienie spadku ciśnienia na zaworze zwrotnym podczas obliczania rzeczywistego Δp dostępnego dla odwadniacza.

Bypass może być stosowany w określonych instalacjach ze względów serwisowych lub technologicznych, ale powinien być projektowany świadomie. Otwarty zawór obejściowy tworzy bezpośrednie połączenie strony parowej z instalacją kondensatu i może doprowadzić do bardzo dużej straty pary. Dlatego obejście nie powinno służyć jako normalny sposób „wspomagania” zbyt małego albo niesprawnego odwadniacza. Jeśli bypass jest wymagany ze względów eksploatacyjnych, powinien pozostawać zamknięty podczas normalnej pracy, a procedury zakładowe powinny jasno określać zasady jego użycia. Jeżeli obsługa regularnie musi otwierać bypass, aby instalacja działała prawidłowo, jest to sygnał do sprawdzenia odwadniacza, filtra, przeciwciśnienia, rurociągu kondensatu oraz rzeczywistego obciążenia odbiornika.

Zawory odcinające umożliwiają bezpieczne wyłączenie odwadniacza z instalacji podczas przeglądu, wymiany albo diagnostyki. Bez możliwości odcięcia zarówno dopływu pary i kondensatu, jak i strony powrotnej, serwis urządzenia może wymagać zatrzymania znacznie większej części instalacji. Zawory muszą być jednak dobrane do temperatury, ciśnienia i medium. W ofercie Pneumat System do instalacji parowych dostępne są m.in. zawory tłokowe YVN3, YVN8 oraz YVNB. YVN3 występuje w PN16 i DN15–DN50, YVN8 w PN40 i DN15–DN50, natomiast YVNB z komorą tłoka równoważącego w PN16, również w zakresie DN15–DN50. Dobór zaworu odcinającego powinien być wykonywany według jego pełnej charakterystyki ciśnienie–temperatura, a nie tylko nominalnego PN.

Rurociągu kondensatu nie powinno się dobierać wyłącznie na podstawie średnicy króćca odwadniacza. Za odwadniaczem może powstawać znaczna ilość pary wtórnej, której objętość jest wielokrotnie większa niż objętość fazy ciekłej. W efekcie przewód pracuje często jako rurociąg dwufazowy. Jeżeli zostanie dobrany zbyt mały, rosną prędkość przepływu, straty ciśnienia oraz przeciwciśnienie działające na odwadniacze. Może dojść do sytuacji, w której każdy odwadniacz został dobrany prawidłowo, lecz cały system działa źle właśnie z powodu zbyt małego kolektora kondensatu. Do obliczeń trzeba uwzględnić łączny strumień kondensatu, ilość pary wtórnej, długość instalacji, różnicę wysokości, liczbę kształtek oraz ciśnienie w zbiorniku lub kolektorze końcowym.

Odwadniacz nie jest pompą. Przepływ kondensatu jest wywoływany różnicą ciśnień pomiędzy stroną dopływową i odpływową. Jeżeli za odwadniaczem przewód jest prowadzony w górę, słup cieczy tworzy dodatkowe przeciwciśnienie. Orientacyjnie 10 m słupa wody odpowiada około 1 bar ciśnienia hydrostatycznego. Do tego dochodzą straty przepływu w przewodach i armaturze. Jeżeli suma przeciwciśnień zbliży się do ciśnienia przed odwadniaczem, dostępne Δp może być zbyt małe i kondensat przestanie być skutecznie odprowadzany. Problem jest szczególnie istotny w wymiennikach regulowanych zaworem parowym. Przy częściowym obciążeniu ciśnienie w wymienniku spada, podczas gdy ciśnienie w instalacji kondensatu może pozostać wysokie. W takich przypadkach może być potrzebny układ pompowo-odwadniający zamiast zwykłego odwadniacza.

Wymiennik ciepła wymaga przede wszystkim sprawnego usuwania kondensatu, ponieważ zalanie części powierzchni wymiany cieczy zmniejsza dostępną powierzchnię kontaktu z parą i może powodować niestabilną regulację temperatury. Z tego względu często wykorzystuje się odwadniacze pływakowe, które odprowadzają kondensat w sposób dostosowany do jego bieżącego napływu. W ofercie Pneumat System wybór może obejmować m.in. żeliwne serie 1509 i 1510, nierdzewną 1513, stalową 1514 lub większą 1518 – w zależności od ciśnienia, średnicy, materiału i wymaganej wydajności. Trzeba jednak sprawdzić również zachowanie instalacji przy minimalnym obciążeniu. Jeżeli zawór regulacyjny mocno obniża ciśnienie w wymienniku, może wystąpić problem z odprowadzeniem kondensatu przeciwko ciśnieniu panującemu w przewodzie powrotnym.

Kondensatu nie powinno się próbować „wyłapywać” bezpośrednio z dolnej powierzchni szybko płynącego strumienia pary. W prawidłowo wykonanej instalacji stosuje się kieszenie lub odcinki zbierające, do których kondensat spływa przed doprowadzeniem do odwadniacza. Rurociąg parowy powinien mieć właściwy spadek, a punkty odwodnienia powinny występować w miejscach, w których naturalnie gromadzą się skropliny – m.in. na końcach odcinków, przed zmianami wysokości i w innych charakterystycznych miejscach instalacji. Nieprawidłowe odwodnienie magistrali zwiększa ryzyko transportowania wody z dużą prędkością wraz z parą i powstawania uderzeń wodnych. Dobór typu odwadniacza zależy od parametrów systemu. W magistralach szczególnie istotne są odporność na warunki rozruchowe, zdolność do odpowietrzenia oraz prawidłowa praca przy zmiennym obciążeniu.

Tracing parowy charakteryzuje się zwykle stosunkowo niewielkim, lecz ciągłym obciążeniem kondensatem. W wielu takich aplikacjach dopuszczalne jest częściowe przechłodzenie skroplin, dlatego można rozważać rozwiązania termostatyczne lub bimetaliczne. Przykładem kompaktowego urządzenia jest nierdzewna seria 1522, która występuje nawet z przyłączem 1/4" oraz 3/8". Z kolei seria bimetaliczna 1536 dostępna jest w rozmiarach 1/2"–1". Nie oznacza to jednak, że każdy tracing powinien wykorzystywać dokładnie taki sam odwadniacz. Trzeba uwzględnić długość ogrzewanego rurociągu, temperaturę otoczenia, grubość izolacji, wymaganą temperaturę produktu oraz minimalną temperaturę kondensatu. W tracingu przeciwzamrożeniowym inne kryteria mogą być ważniejsze niż w instalacji utrzymującej wysoką temperaturę medium procesowego.

Para przekazuje bardzo dużą ilość energii podczas kondensacji. Jeżeli powierzchnia wymiennika jest bezpośrednio omywana parą, współczynnik wymiany ciepła jest zazwyczaj znacznie korzystniejszy niż w przypadku grubej warstwy zgromadzonego kondensatu. Gdy odwadniacz nie nadąża z usuwaniem skroplin, część wymiennika zostaje zalana. Efektywna powierzchnia kondensacji pary maleje, dlatego regulator temperatury może próbować kompensować problem poprzez dalsze otwieranie zaworu parowego. Powoduje to niestabilność procesu, wolniejszą reakcję na zmianę obciążenia i możliwość wahań temperatury. Z tego względu prawidłowy dobór odwadniacza jest elementem nie tylko gospodarki energetycznej, ale również sterowania procesem. Jest to szczególnie ważne w produkcji spożywczej, chemicznej i innych procesach, w których powtarzalność temperatury wpływa bezpośrednio na jakość produktu.

Wykonanie nierdzewne jest szczególnie uzasadnione, gdy armatura pracuje w środowisku o podwyższonym ryzyku korozji lub gdy wymagania technologiczne zakładu ograniczają możliwość wykorzystania żeliwa albo zwykłej stali węglowej. W ofercie znajdują się między innymi pływakowe odwadniacze 1513 z korpusem CF8M (1.4408) oraz serie 1522 i 1533 wykonane ze stali 304 (1.4301). W przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, kosmetycznym czy chemicznym wybór stali nierdzewnej może wynikać zarówno z odporności środowiskowej, jak i standardu materiałowego instalacji. Nie wolno jednak zakładać, że każda stal nierdzewna jest uniwersalna. Gatunek 304 i odlew CF8M mają inne właściwości. Przy kondensacie zawierającym chlorki, substancje agresywne lub przy szczególnych wymaganiach technologicznych kompatybilność materiałową trzeba analizować indywidualnie.

YVN3 jest zaworem tłokowym przeznaczonym między innymi do funkcji odcinania przepływu w instalacji. Oferta obejmuje wielkości DN15, DN20, DN25, DN32, DN40 i DN50, wykonane jako RF, PN16. Maksymalna temperatura pracy wskazana przez Pneumat System wynosi +300°C. Zawór tłokowy wykorzystuje osiowy ruch elementu zamykającego współpracującego z odpowiednim systemem uszczelniającym. Konstrukcja tego typu jest stosowana m.in. w instalacjach pary i kondensatu ze względu na niewielką przestrzeń potrzebną do zabudowy oraz charakterystykę odcinającą. W układzie odwadniającym zawór może być używany np. przed i za odwadniaczem, aby umożliwić jego odłączenie na czas przeglądu. Każdorazowo trzeba jednak potwierdzić dopuszczalne parametry konkretnego wykonania względem rzeczywistego ciśnienia i temperatury instalacji.

Najbardziej widoczną różnicą w danych produktowych jest klasa ciśnieniowa. YVN3 oferowany jest w wykonaniu PN16, natomiast YVN8 w wykonaniu PN40. Obie serie występują w zakresie DN15–DN50 i mają podaną maksymalną temperaturę pracy +300°C. YVN8 wykonany jest ze staliwa, podczas gdy YVN3 opisano jako zawór z żeliwa. Nie oznacza to, że YVN8 należy automatycznie stosować wszędzie tam, gdzie występuje wyższe ciśnienie. W instalacjach wysokotemperaturowych trzeba analizować dopuszczalne połączenie ciśnienia i temperatury dla danego materiału oraz klasy wykonania. Warto również uwzględnić kompatybilność kołnierzy, wymagania materiałowe zakładu, częstotliwość operowania zaworem i charakter medium.

Komora tłoka równoważącego służy ograniczeniu wpływu różnicy ciśnień na siłę potrzebną do operowania zaworem. W klasycznej konstrukcji ciśnienie medium może wywierać znaczną siłę na element zamykający. W konstrukcji z równoważeniem część oddziaływania ciśnienia jest kompensowana. Może to ułatwiać obsługę zaworu, szczególnie w instalacjach o wymagających warunkach pracy. Seria YVNB Pneumat System występuje w zakresie DN15–DN50, w wykonaniu RF, PN16. Maksymalna temperatura pracy podana dla serii wynosi aż +400°C. Funkcji komory równoważącej nie należy jednak utożsamiać z regulatorem ciśnienia czy automatycznym układem równoważenia całej instalacji. Jest to cecha konstrukcji mechanicznej zaworu, której zadaniem jest przede wszystkim poprawa warunków jego operowania.

Różnica wynika z budowy elementu zamykającego i sposobu uszczelnienia. W zaworze tłokowym element roboczy porusza się osiowo w układzie pierścieni uszczelniających. Pozwala to stworzyć stosunkowo zwartą konstrukcję przeznaczoną do skutecznego odcinania przepływu. Zasuwa wykorzystuje element przemieszczający się poprzecznie do osi przepływu i jest szczególnie typowa dla większych średnic oraz pracy w pozycji całkowicie otwartej lub zamkniętej. Klasyczny zawór grzybkowy ma natomiast gniazdo oraz grzybek i – zależnie od konstrukcji – może być stosowany również do bardziej kontrolowanego dławienia przepływu. Wybór nie powinien opierać się wyłącznie na średnicy. W instalacji parowej należy analizować temperaturę, ciśnienie, wymaganą szczelność odcięcia, częstotliwość operowania, spadek ciśnienia oraz warunki serwisowe.

Montaż należy wykonywać zgodnie z kierunkiem przepływu i wymaganiami określonymi dla konkretnej konstrukcji. Jeżeli producent umieszcza na korpusie strzałkę kierunku przepływu, należy jej bezwzględnie przestrzegać. Szczególnego znaczenia nabiera to w konstrukcjach, w których ciśnienie medium oddziałuje na mechanizm zaworu w określony sposób. Rurociąg powinien być również właściwie podparty. Korpus zaworu nie może pełnić funkcji elementu kompensującego błędne ustawienie rur ani przejmować nadmiernych sił pochodzących od rozszerzalności cieplnej instalacji. W przewodach parowych trzeba uwzględnić znaczne wydłużenia termiczne, dlatego projekt podpór, punktów stałych i kompensacji jest równie ważny jak sam wybór zaworu.

PN jest oznaczeniem nominalnej klasy ciśnieniowej elementu i służy między innymi do klasyfikacji kołnierzy oraz armatury. Nie należy jednak interpretować oznaczenia PN40 jako prostego stwierdzenia, że zawór może zawsze pracować przy 40 bar niezależnie od temperatury. Dopuszczalne ciśnienie robocze materiału zazwyczaj maleje wraz ze wzrostem temperatury, dlatego przy projektowaniu instalacji parowych konieczne jest sprawdzenie charakterystyki ciśnienie–temperatura. Oznaczenie RF – Raised Face odnosi się natomiast do kołnierza z przylgą podwyższoną. W ofercie Pneumat System zawór YVN3 występuje jako RF PN16, YVN8 jako RF PN40, a YVNB jako RF PN16. Analogicznie oznaczenie klasy przy odwadniaczu musi odpowiadać pozostałym elementom instalacji, uszczelkom i kołnierzom współpracującym.

Typowy zawór odcinający tłokowy powinien być przede wszystkim traktowany jako armatura służąca do otwierania i zamykania przepływu, o ile producent nie określił wyraźnie innej funkcji. Długotrwała praca w częściowo otwartym położeniu może powodować wysoką prędkość przepływu, lokalne spadki ciśnienia, hałas i przyspieszone zużycie elementów roboczych. Do precyzyjnej regulacji ilości pary stosuje się zawory regulacyjne o charakterystyce przepływowej odpowiednio dopasowanej do procesu i wyposażone w właściwy napęd oraz układ sterowania. Zawory YVN3, YVN8 i YVNB należy więc dobierać zgodnie z deklarowanym przez producenta przeznaczeniem. Sam fakt, że koło ręczne pozwala zatrzymać element zamykający w położeniu pośrednim, nie oznacza jeszcze, że zawór został zaprojektowany jako precyzyjny element regulacyjny.

Certyfikat 3.1 odnosi się do dokumentu kontroli zgodnego z EN 10204. Potwierdza on wyniki określonych badań i identyfikację materiału dla dostarczonego wyrobu lub materiału zgodnie z wymaganiami dokumentacji. W przypadku instalacji przemysłowych może być wymagany przez inwestora, dział jakości, procedury zakładowe lub dokumentację odbiorową. Na kartach wielu odwadniaczy oferowanych przez Pneumat System – m.in. 1509, 1510, 1513, 1514, 1515, 1518, 1522 i 1536 – informacja o certyfikacie 3.1 jest oznaczona jako dostępna. Certyfikatu 3.1 nie należy jednak utożsamiać z samym certyfikatem zgodności całej instalacji ani z potwierdzeniem prawidłowego doboru urządzenia. Jest to dokument dotyczący określonego zakresu identyfikacji i kontroli materiałowej.

Odwadniacz uszkodzony w pozycji otwartej może stale przepuszczać parę świeżą do przewodu kondensatu. Powoduje to straty energii i zwiększa obciążenie instalacji powrotnej. Objawami mogą być nietypowo wysoka temperatura przewodu za odwadniaczem, ciągły intensywny przepływ, zwiększenie ilości pary wtórnej i wzrost ciśnienia w kolektorze. Sama wysoka temperatura nie jest jednak wystarczającym dowodem. Gorący kondensat po rozprężeniu naturalnie generuje parę wtórną, która może wyglądać podobnie do przecieku pary świeżej. Dlatego diagnostyka powinna wykorzystywać kilka metod jednocześnie, np. pomiar temperatury przed i za urządzeniem, analizę ultradźwiękową, obserwację cyklu pracy oraz parametry całego systemu. W krytycznych instalacjach okresowy audyt odwadniaczy może przynieść znaczące oszczędności energii.

Odwadniacz zamknięty lub niedrożny nie usuwa wystarczającej ilości kondensatu. Powoduje to gromadzenie się wody przed urządzeniem oraz w odbiorniku pary. W wymienniku ciepła można zaobserwować spadek wydajności grzewczej, wydłużenie procesu, niestabilność temperatury i częściowe wychłodzenie urządzenia. W rurociągu parowym może zwiększyć się ryzyko uderzeń wodnych. Przyczyną nie zawsze musi być sam odwadniacz. Bardzo podobne objawy powoduje zatkany filtr, zamknięty zawór odcinający, zbyt wysokie przeciwciśnienie albo niewłaściwie poprowadzony przewód kondensatu. Dlatego właściwa diagnostyka powinna rozpoczynać się od sprawdzenia całego punktu odwadniającego, a nie od automatycznej wymiany odwadniacza.

Nie istnieje jeden uniwersalny okres właściwy dla wszystkich zakładów. Częstotliwość kontroli powinna wynikać z ciśnienia, temperatury, jakości kondensatu, liczby cykli pracy, rodzaju odwadniacza oraz znaczenia danego punktu dla procesu. Odwadniacze pracujące przez cały rok w instalacji procesowej powinny być sprawdzane częściej niż urządzenia eksploatowane sezonowo. Kontrola może obejmować ocenę temperatur, analizę ultradźwiękową, sprawdzenie zachowania podczas rzeczywistej pracy oraz kontrolę elementów towarzyszących – filtrów, zaworów odcinających, zwrotnych i przewodów kondensatu. Dobrym rozwiązaniem jest prowadzenie ewidencji wszystkich punktów odwodnienia z numerem urządzenia, modelem, parametrami i historiją badań. Pozwala to identyfikować elementy awaryjne oraz ocenić, czy dany typ odwadniacza jest właściwie dobrany do konkretnej aplikacji.

Profesjonalny dobór powinien rozpocząć się od określenia rodzaju aplikacji: magistrala parowa, wymiennik, nagrzewnica, aparat technologiczny, tracing czy inny odbiornik. Następnie należy ustalić ciśnienie i temperaturę pary, minimalne i maksymalne warunki pracy, przewidywany strumień kondensatu oraz obciążenie podczas rozruchu. Konieczne jest również poznanie ciśnienia za odwadniaczem, ponieważ dopiero na tej podstawie można obliczyć rzeczywiste Δp. Trzeba sprawdzić, czy kondensat będzie podnoszony, czy trafia do wspólnego kolektora oraz jakie przeciwciśnienie może tam wystąpić. Kolejne kryteria to wymagany materiał korpusu, rodzaj i wielkość przyłącza, wymagania dotyczące certyfikacji i odporności korozyjnej. Dopiero na podstawie całego zestawu danych można świadomie porównywać serie 1509, 1510, 1513, 1514, 1515, 1518, 1522, 1530, 1533 czy 1536. Sama informacja „potrzebny odwadniacz DN20 do pary” jest zdecydowanie niewystarczająca do poprawnego doboru.