Паровой барботер: применение, критерии выбора и практическое руководство

Барботер для пара — это дешевый кусок трубы вплоть до того момента, когда он начинает стучать по опорам, а к тому времени резервуар, в котором он находится, обычно питает производственную линию.

Возьмем резервуар объемом 20 кубических метров, температура которого должна повыситься с 15 до 80 градусов Цельсия за 45 минут. Мощность около 2000 кВт. При давлении 6 бар изб. и температуре выхода конденсата, близкой к температуре резервуара, один килограмм пара теряет примерно 2400 кДж с учетом явного тепла, поэтому барботер должен пропускать около 3,0 т/ч. Эта единственная цифра определяет диаметр отверстия, количество отверстий и скорость, которую должна выдержать труба.

Размер слишком мал, и партия никогда не достигнет температуры. Если выбрать слишком большой размер, через пару сезонов труба будет свистеть, вибрировать и трескаться между рядами отверстий.

Что делает парораспределитель

Барботер представляет собой нагреватель прямого контакта: просверленную трубу, вставленную в наполненный жидкостью сосуд, через который пар впрыскивается и конденсируется в саму жидкость.

Определение: барботер пара, также называемый барботажной трубой, представляет собой перфорированную трубу для нагнетания пара, которая сбрасывается под поверхность жидкости резервуара или сосуда. Тепло передается за счет прямой конденсации на границе раздела пузырьков, а не через металлическую стенку.

Как работает теплопередача

Пар покидает каждое отверстие в виде высокоскоростной струи, распадается на пузырьки и разрушается, когда скрытое тепло переходит в окружающую жидкость. Никакая стена не отделяет пар от продукта, поэтому эффективность в точке впрыска близка к 100 процентам. Ограничения заключаются в другом: конденсат разбавляет шихту, жидкость не может пройти температуру насыщения пара при давлении подачи, а энергия смешивания должна исходить от самих струй.

Где используются барботеры

• Мойка, ополаскивание и очистка резервуаров на месте на предприятиях по производству продуктов питания и напитков.
• Ванны для мойки и фосфатирования деталей при отделке металла
• Деаэраторы питательной воды котлов и емкости для конденсата
• Бассейны водоочистки и нейтрализации

Большинство барботеров работают при давлении пара от 2 до 8 бар и пропускают от 500 кг/ч до 15 т/ч, поэтому расчетное окно широкое, но виды отказов постоянны.

Выбор размера барботера: паровая нагрузка, внутренний диаметр и площадь отверстий

Размер барботера сводится к трем цифрам, а все остальное, включая шум и вибрацию, вытекает из них: массовый расход пара, диаметр барботажной трубы и общая площадь отверстий.

Поток пара возникает из энергетического баланса. Умножьте массу жидкости плюс водный эквивалент стенки резервуара на удельную теплоемкость и повышение температуры, разделите на время нагрева, чтобы получить кВт, затем разделите на тепло, выделяемое каждым килограммом пара: скрытое тепло при давлении подачи плюс явное тепло, которое конденсат отдает на пути к температуре жидкости.

При давлении 6 бар этот знаменатель составляет примерно 2400 кДж/кг. При давлении 3 бар g оно падает примерно до 2250 кДж/кг, а барботеру требуется примерно на 7 процентов больше пара для той же работы. Добавьте от 5 до 10 процентов потерь тепла с поверхности резервуара.

Расположение отверстий и правила расположения

Расположение отверстий определяет, будет ли резервуар нагреваться равномерно или будет возникать градиент температуры от 10 до 15 градусов от одного конца к другому.

1. Установите в отверстии максимальный расход пара на уровне 20–25 м/с, затем проверьте, чтобы эта же труба не опускалась ниже 10 м/с при минимальном диапазоне регулирования.
2. Рассчитайте общую площадь отверстий, исходя из предельной скорости на выходе, затем добавьте на 50–100 процентов больше отверстий, чтобы обеспечить частичную закупорку.
3. Расположите отверстия в два ряда в шахматном порядке на 45 градусов ниже горизонтали или в один ряд вниз. Никогда не направляйте их вверх.
4. Разместите отверстия на расстоянии 8–12 диаметров друг от друга по всей длине трассы, чтобы струи охватывали резервуар, а не один угол.
5. Наклоните трубу обратно к впускному отверстию и слейте нижний конец, чтобы конденсат не мог перемещаться в виде пробки при открытии клапана.

Барботер не является смесительным устройством. Там, где нет другого перемешивания, струям приходится охватывать весь объем, что обычно означает более длинный участок с большим количеством отверстий меньшего размера, а не короткую трубу с несколькими большими.

Виды отказов и сравнение барботажа

Чаще всего простои барботера обусловлены тремя неисправностями: гидравлическим ударом при запуске, термическим усталостным растрескиванием между рядами отверстий и вибрационным повреждением опор и соединений ответвлений.

• Стук при открытии парового клапана указывает на наличие в линии конденсата. Установите дренажный карман на нижнем конце и медленно откройте клапан.
• Трещины, расходящиеся между отверстиями через 12–24 месяца, означают, что верхняя часть трубы периодически то влажная, то сухая. Увеличьте погружение или затяните полосу контроля уровня.
• Изношенные опоры и трещины в сварных швах ответвлений возникают из-за вибрации. Уменьшите скорость выхода отверстия ниже 30 м/с и добавьте направляющую рядом с средней точкой.
• Горячая зона возле входного отверстия и холодная жидкость дальше означают слишком малое количество отверстий слишком большого диаметра. Сначала пересчитайте общую площадь отверстия.

Барботирование — самый дешевый и наименее контролируемый способ нагрева жидкости. Когда процессу необходимы последние две степени, один барботер не сможет их обеспечить.

Материалы, коды и проверки закупок

Для воды и большинства технологических жидкостей практическим стандартом барботажной трубы является нержавеющая сталь 316L с минимальной толщиной стенок класса 40. Углеродистая сталь допускается только в закрытых, обработанных системах, где контролируется водно-химический режим.

• Подтвердите, какой код трубопровода регулирует линию: ASME B31.1 для силовых трубопроводов, B31.3 для технологических трубопроводов.
• Попросите чертеж схемы отверстий с указанием диаметра, расстояния, количества рядов и позиционного допуска.
• Требуются гидростатические испытания при 1,5-кратном расчетном давлении и контроль цветной дефектоскопии рядов отверстий на критических линиях.
• Запросите сертификаты на материалы в соответствии с EN 10204 3.1 и карту сварных швов с квалификационными записями сварщика.
• Купите у производителя, который может подтвердить тепловложение и преобразовать 3D-модели компоновки до начала сварки, поскольку именно здесь начинается большая часть доработок на местах.

Барботажная трубка является напорной деталью. Его следует покупать с той же документацией, что и любой другой компонент давления в паровой системе, даже если он выглядит как отрезок просверленной трубы.

Система рекуперации тепла за барботером

На большинстве установок пар, впрыскиваемый барботером, не генерируется для этой цели. Его извлекают из выхлопных газов или отработанного тепла, и именно это обеспечивает эффективность экономики.

Спецификация барботера обычно поставляется с уже установленным источником пара: парогенератором-утилизатором на выхлопе газовой турбины, котлом-утилизатором после печи или печи или паропроводом электростанции. Рекуперация еще 10 процентов тепла из дымовых газов увеличивает окупаемость барботажной установки с нескольких лет до месяцев и часто повышает давление, доступное в барботере, что расширяет температурный диапазон, которого может достичь резервуар.

Промышленный котел-утилизатор для рекуперации дымовых газов-утилизаторов Адаптируется к дымовым газам сталелитейной, химической, цементной и плавильной промышленности, рекуперируя отходящее тепло благодаря гибкой паропроизводительности и коррозионностойкой конструкции. Посмотреть продукт →

Цепочка восстановления имеет такое же значение, как и сам барботер. Ребристые трубы являются основным элементом теплопередачи как в экономайзерах, так и в парогенераторах-утилизаторах, и выбор между конструкциями H-типа, спиральной трубкой и тепловой трубкой определяет, насколько сильно засоряется агрегат и насколько легко его можно очистить. В запыленных дымовых газах ребристая труба H-типа сохраняет прямые газовые каналы и облегчает продувку сажи, а спиральная ребристая труба упаковывает большую поверхность в тот же объем и подходит для более чистого газа.

Спиральная ребристая труба для котлов и рекуперации отходящего тепла Высокоэффективный теплообменный компонент с настраиваемой геометрией ребер, подходящий для более чистых дымовых газов, где необходима компактная поверхность теплопередачи. Посмотреть продукт →

После пучка труб экономайзер выполняет низкотемпературную работу, отбирая последнее полезное тепло из дымовых газов до того, как они достигнут дымовой трубы. В выхлопных газах технологического оборудования коррозия холодного конца и кислотная точка росы должны быть сбалансированы с рекуперацией дополнительного тепла.

Экономайзер дымовых газов химического и нефтехимического технологического оборудования Утилизирует низкотемпературное отходящее тепло из выхлопных газов нефтеперерабатывающих заводов и процессов метанола благодаря герметичной коррозионностойкой конструкции и мониторингу переменных режимов работы. Посмотреть продукт →

Независимо от конфигурации, на поверхности теплопередачи в первую очередь появляются загрязнения, эрозия и вибрация, поэтому планирование проверки ребристых трубок относится к тому же разговору, что и обслуживание барботера.

Барботер стоит столько же, сколько и пар, стоящий за ним. Восстановите этот пар вверх по течению, и весь расчет изменится.

Часто задаваемые вопросы

Как рассчитать расход пара для барботера?

Умножьте массу жидкости плюс водный эквивалент резервуара на удельную теплоемкость и повышение температуры, разделите на время нагрева, чтобы получить кВт, затем разделите на количество тепла, выделяемое на килограмм пара. При давлении 6 бар и выходе конденсата при температуре резервуара около 2400 кДж/кг, то есть для режима 2000 кВт требуется примерно 3,0 т/ч. Добавьте от 5 до 10 процентов потерь тепла во время прогрева.

Почему стучит барботажная трубка при открытии парового клапана?

Конденсат. Неработающая барботажная труба наполняется водой, и пар, поступающий с полным потоком, толкает эту пробку вдоль линии. Наклоните трубу обратно к сливному карману, удалите конденсат до того, как откроется клапан, и медленно поднимите поток вверх. На более крупных линиях байпас для прогрева стоит гораздо меньше, чем ущерб, который может вызвать один гидравлический удар.

На какую глубину следует погружать барботер?

Не менее 300 мм ниже нижнего уровня рабочей жидкости и зазор от 100 до 200 мм над полом резервуара. Более мелкое погружение вызывает разбрызгивание и шум, а также приводит к высыханию верхней части трубы и ее циклическому циклированию, что является обычной причиной усталостных трещин между рядами отверстий.

Три числа управляют барботером: расход пара, площадь отверстия и глубина погружения. Сделайте все три правильно, а остальное — документация.

Барботеры не обязательно должны быть сложными, но их необходимо рассчитать. Объем резервуара определяет нагрузку, нагрузка определяет расход пара, расход пара определяет диаметр отверстия и площадь отверстия, а погружение определяет, прослужит ли труба расчетный срок службы или треснет во втором сезоне.

Барботер – это напорная деталь, выполняющая технологическую функцию. Оцените его, исходя из энергетического баланса, распланируйте отверстия для полного диапазона регулирования и купите его с той же документацией, что и остальную паровую систему.