Значительная часть сахарных заводов СНГ и стран Балтии до настоящего времени оборудованы вакуум-конденсационными установками (ВКУ) на базе полочных конденсаторов, в которых используется чистая и оборотная вода. На отдельных сахарных заводах в 80-е годы прошлого века были установлены, прогрессивные для того времени, конденсаторы А2-ПКБ, Ш52-ПКО и подобные им [1]. Это позволило на 10…15 % повысить технико-экономические характеристики вакуум-конденсационных установок. Одновременно активно внедрялись контуры оборотного водоснабжения с охлаждением воды в многосекционных вентиляторных градирнях из сборных железобетонных элементов.
Оборудование ВКУ оснащалось локальными контурами автоматического управления.
Конструкции, установленных на большинстве заводов конденсаторов, не позволяют поддерживать стабильное разрежение в вакуумной системе при резко переменных паровых нагрузках, характерных для работы вакуум-аппаратов периодического действия.
Водораспределительные системы многосекционных вентиляторных градирен, как правило, состоят из коллекторов с коническими насадками или, в лучшем случае, эвольвентными форсунками, а само охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена в капельных оросителях. Срабатываемый температурный перепад (по воде) не превышает 8…12 °С. Этим обусловлена низкая эффективность работы градирен - температура охлажденной воды редко ниже 34…36 °С (летом до 40 °С), что приводит к необходимости увеличивать количество циркулирующей воды и производительность перекачивающих насосов.
Рис. 1. Зависимость удельного расхода воды на конденсацию пара от ее начальной температуры
где Gв - количество воды, Dп - количество утфельного пара
На Рис. 1 видно, что снижение температуры воды, подаваемой в конденсаторы, только на 5 °С уменьшает ее расход " на 20 %.
Наметившееся стремление сахарных заводов к снижению расхода топливно-энергетических ресурсов, неизбежно связано с модернизацией тепловых схем и переводом обогрева вакуум-аппаратов на пары пониженных потенциалов.
Возможности использования пара с температурой 100…107 °С в вакуум-аппаратах и автоматизация процесса уваривания утфелей сопряжены не только с их конструктивными особенностями1, но и требованием к созданию более глубокого стабильного разрежения. Расчеты и опыт эксплуатации показывают, что для этого необходимо поддерживать разрежение в вакуумной системе:
- вакуум-аппаратов I продукта - не менее ( - 0,083…- 0,085 Мпа);
- вакуум-аппаратов II и III (IV) продуктов - не менее ( - 0,088…- 0,092 Мпа).
"Техинсервис" на протяжении многих лет занимается совершенствованием конструкции оборудования и схемных решений ВКУ [2]. В 1999-2002 гг. разработаны проекты, осуществлена поставка и ввод в эксплуатацию автоматизированных ВКУ с контурами охлаждения оборотной воды на Чернянском и Добринском (Россия), Скидельском (Беларусь), Лиепайском (Латвия) сахарных заводах, "Тучно" (Польша), "Врбатки" (Чехия).
Основными технико-экономическими показателями работы ВКУ и вентиляторных градирен с модернизированной системой водораспределения являются:
- аэродинамическое сопротивление, не превышающее 1,5 кПа (150 мм вод. ст.), что позволяет производить уваривание утфелей при разрежении 0,008÷0,010 МПа и сократить продолжительность варки;
- возможность нагрева чистой технологической воды практически до температуры насыщения конденсируемого пара (Dt=0,3÷0,7 °С) и оборотной воды в зоне конденсации основной массы пара - с Dt=0,7÷2,5 °С, что позволяет уменьшить на 20÷30 % количество охлаждающей воды, создает условия для оптимизации ее расхода в ВКУ и повышает степень экологичности объекта в целом;
- недоохлаждение неконденсирующихся газов до температуры охлаждающей воды - не более 10°С - создает возможность работы вакуум-воздушных насосов в режимах, наиболее приближенных к паспортным;
- повышение срабатываемого температурного перепада (по воде) в градирнях до 20…30 °С.2
Указанные параметры работы ВКУ определяются конструкцией аппаратов и схемными решениями, а также современной системой автоматического управления на базе контроллеров Modicom TSX Momentum фирмы "Schneider Electric Industries S.A.".
В состав ВКУ входит подогреватель диффузионного сока на утфельном паре.
Устройство и принцип работы вакуум-конденсационной установки (ВКУ) на базе конденсаторов системы "Техинсервис"
Основными элементами аппаратурного оформления ВКУ, Рис. 2, являются:
- конденсаторы I (поз.2) и II (поз.3);
- подогреватель диффузионного сока (поз.1);
- модернизированная вентиляторная секционная градирня (поз.5);
- насосы оборотной воды - поз.14;
- соответствующие сборники воды (поз.10-13);
- вакуум-воздушные насосы - поз.16.
Рис. 2. Принципиальная схема ВКУ с контуром охлаждения оборотной воды
Работа вакуум-конденсационной установки осуществляется следующим образом:
Утфельный пар из вакуум-аппаратов I продукта и вторичный пар из последнего корпуса выпарной станции через инерционный сепаратор 7 поступает в межтрубное пространство подогревателя диффузионного сока 1, где часть поступившего пара конденсируется. При этом, диффузионный сок нагревается до температуры 52…55 °С ( в зависимости от вакуума в системе), так как при любом режиме работы вакуум-аппаратов имеется избыток пара, необходимого для нагрева сока. Конденсат из подогревателя отводится в отсек-гидрозатвор сборника питательной воды экстрактора 11.
Несконденсировавшийся пар направляется в нижний модуль конденсатора 2, где часть пара конденсируется холодной речной водой. При этом вода нагревается практически до температуры насыщения пара, так как при любом режиме работы вакуум-аппаратов, количество пара всегда значительно превышает необходимое для нагрева воды. Нагретая вода по сливному трубопроводу отводится в отсек-гидрозатвор сборника 11, откуда через заборный отсек подается насосом на технологические нужды завода. В этот же отсек поступает излишек технологического конденсата из аммиачного сборника.
Оставшийся пар поступает в верхний модуль конденсатора 2, где происходит его окончательная конденсация охлажденной оборотной водой из контура вод I категории. Нагретая вода по сливному трубопроводу отводится в сборник-гидрозатвор нагретой оборотной воды 10. Неконденсирующиеся газы через каплеотделитель 8 поступают на всас вакуум-воздушных насосов 16.
Утфельный пар из вакуум-аппаратов II, III (IV) продуктов через инерционный сепаратор 4 поступает в конденсатор 3, где конденсируется охлажденной оборотной водой. Нагретая вода по сливному трубопроводу отводится в сборник-гидрозатвор нагретой оборотной воды 10. Неконденсирующиеся газы через каплеотделитель 9 поступают на всас вакуум-воздушных насосов 16.
Нагретая оборотная вода из сборника-гидрозатвора 10 самотеком поступает в сборник горячей воды 12, откуда одним из насосов 14 подается на охлаждение в вентиляторную секционную градирню 5, которая также модернизируется по проекту "Техинсервис". Охлажденная вода из градирни поступает в сборник 13, откуда одним из насосов 14 подается через коллектор-распределитель в конденсаторы. Излишек охлажденной воды из сборника 13 переливается в сборник горячей воды 12 3.
Подача воды в конденсаторы регулируется автоматически исполнительными механизмами (запорно-регулирующими клапанами).
Техническая характеристика ВКУ для заводов мощностью 1500…6000 т свеклы/сутки (300…1500 т сахара-сырца/сутки)
|
Параметр |
Конденсаторы |
Подогреватель диффузионного сока |
| - паропроизводительность, т/ч |
5÷65 |
- |
| - поддерживаемое абсолютное давление пара, МПа |
0,01÷0,015 |
- |
| - расход речной воды, м3/ч |
254÷250 |
- |
| - начальная температура речной воды, °С |
4÷20 |
- |
| - конечная температура речной воды, °С |
53÷54 |
- |
| - расход охлаждённой оборотной воды (при =32), м3/ч |
400÷2500 |
- |
| - начальная температура оборотной воды, °С |
18÷32 |
- |
| - температура неконденсирующихся газов,°С |
25÷40 |
- |
| - аэродинамическое сопротивление по пару, кПа |
не более 1,5 |
- |
| - расход диффузионного сока, м3/ч |
- |
75÷300 |
| - конечная температура диффузионного сока, °С |
- |
52÷55 |
Проверка оборудования ВКУ, вакуум-аппаратов и системы трубопроводов на герметичность является обязательным регламентным мероприятием, которое выполняется в следующей последовательности:
Проверка системы трубопроводов.
- Закрывают все запорные органы на трубопроводах утфельного пара из вакуум-аппаратов и выпарной установки.
- Заполняют водой все сборники-гидрозатворы.
- Полностью закрывают воздушные шиберы вакуум-аппаратов.
- Последовательно проверяют все вакуум-воздушные насосы. Разрежение, создаваемое вакуум-насосом при закрытой задвижке на всасывающем трубопроводе должно быть не менее (-0,096 ÷ -0,097 Мпа), а давление воды перед рабочим цилиндром соответствовать паспорту насоса (как правило - не менее 0,1 МПа).
- Включают в работу один вакуум-воздушный насос и набирают максимально-возможное разрежение в системе.
- После набора разрежения закрывают вентиль на всасывающем трубопроводе вакуум-воздушного насоса и останавливают насос.
Величина падения разрежения в системе не должна превышать 0,3 кПа
за одну минуту (»0,003 кгс/см2/мин, или »2 мм.рт.ст.)
в интервале снижения разрежения - 95 > DР > - 80 кПа. |
Проверка воздушных шиберов вакуум-аппаратов производится одновременно с проверкой трубопроводов. Для этого через 3…5 мин после набора разрежения поочередно открывают пробные краны на каждом вакуум-аппарате. Подсос воздуха через пробный кран свидетельствует о негерметичности воздушного шибера.
Проверка вакуум-аппаратов на герметичность производится по завершении проверки системы трубопроводов путем поочередного подключения к ней каждого вакуум-аппарата в последовательности, аналогичной проверке системы трубопроводов.
При скорости падения разрежения более 0,3 кПа в минуту определяют место подсоса окружающего воздуха, устраняют негерметичность и производят повторную проверку.
| ВКУ считается готовой к эксплуатации, если скорость падения разрежения при всех подключенных вакуум-аппаратах не превышает 0,3 кПа в минуту. |
Система автоматического управления
Система автоматического управления и регулирования работы ВКУ, разработанная на базе контроллера фирмы "Schneider Electric Industries S.A." (Франция) и датчиков производства украинских фирм предназначена для автоматизации процесса конденсации пара в конденсаторах системы "Техинсервис" оборотной водой из контура вод I категории и чистой технологической (речной) водой.
Функциональная схема автоматизации ВКУ предусматривает:
- измерение температур - 9 точек;
- измерение разрежения - 2 точки;
- измерение давления поступающей в конденсаторы оборотной воды - 1 точка;
- измерение уровня в заборном отсеке сборника-гидрозатвора нагретой чистой технологической воды;
- регулирование уровня в заборном отсеке сборника-гидрозатвора нагретой чистой технологической воды воздействием на клапан подачи её в нижний модуль конденсатора I;
- регулирование температуры оборотной воды после конденсатора I (косвенное регулирование разрежения) последовательным воздействием на клапаны (3 шт.) подачи охлажденной оборотной воды в конденсатор I;
- регулирование температуры оборотной воды после конденсатора II (косвенное регулирование разрежения) последовательным воздействием на клапаны (2 шт.) подачи охлажденной оборотной воды в конденсатор II;
- поддержание давления поступающей в конденсаторы оборотной воды;
- управление и индикация параметров осуществляется блоками входов-выходов, контроллером и на операторской панели;
- информация о работе ВКУ по сети "Modbus plus" передается и изображается на компьютере центрального щита управления.
Система управления ВКУ может быть автономной либо входить в состав интегрированной САУ производством.
В комплект поставки ВКУ входят два конденсатора, модуль нагрева воды для экстрактора, подогреватель диффузионного сока, водораспределительная система градирен, а также электрическая запорно-регулирующая аппаратура и система автоматического управления с программным обеспечением, инструкции по монтажу и эксплуатации. По желанию Заказчика поставляются капельные оросители типа "пчелиная сота".
Литература:
1. В.И. Довгопол и др. "Испытания плёночно-прямоточного конденсатора на Перегоновском сахарном заводе", "Сахарная промышленность" №3 1978
2. Патент Украины №1617 "Способ тепломассообмена"
1 См. соответствующую статью.
2 Верхний предел - при использовании капельных оросителей "пчелиная сота"
3 Расход охлажденной воды на конденсацию пара регулируется исполнительными механизмами системы автоматического управления, и он меньше расхода воды в градирню. Благодаря этому, перед форсунками градирни всегда поддерживается постоянное давление воды, что стабилизирует параметры ее работы.
4 Меньшее значение - при переработке сахара-сырца.
