Что такое конденсатор: принципы работы, типы и промышленное применение

Что такое конденсатор: принцип работы, типы и промышленное применение

Отвечая на главный вопрос:Что такое конденсатор и как он работает?Конденсатор - это теплообменник, который удаляет из пара достаточно тепловой энергии, чтобы превратить ее в жидкость при или близко к насыщению.где лямбда для пара при 100 °C равна 2,257 кДж/кг, тогда как для типичных органических паров это 200-600 кДж/кг. То же количество подается через поверхность Q = U x A x LMTD,где LMTD - это средняя разница температуры между парой конденсации и хладагентом, а U - общий коэффициентРепрезентативные значения U составляют 800-1500 Вт/м2К для конденсации пара в водоохлажденном корпусе и трубном агрегате, 400-700 Вт/м2К для органических паров и 300-500 Вт/м2К для конденсатора с воздушным охлаждением.Потому что пара конденсируется при постоянной температуре., корекционный коэффициент LMTD обычно приближается к 1,0 в однопроходной конденсационной службе, что делает измерение необычайно простым, как только U известна.

1Принципы, определяющие производительность конденсатора

Пять принципов объясняют, почему два конденсатора одной и той же области могут работать по-разному:

• Пленка против капли конденсации:Почти во всех промышленных оборудованиях конденсат увлажняет поверхность и образует непрерывную пленку, и пары должны конденсироваться через эту пленку.и анализ Nusselt показывает, что коэффициент падает по мере утолщения пленки к нижней части пузыря, поэтому вертикальные конденсаторы, как правило, уступают горизонтальным для той же работы.дает коэффициенты в 5-10 раз выше, но для поддержания его за пределами лаборатории требуются промоторы или постоянные гидрофобные покрытия с ограниченным сроком службы.Поэтому дизайнеры всегда рассматривают размеры для пленочного конденсации и рассматривают капельное поведение как бонус, а не как основу..
• Неконденсируемые газы:Ничто не разлагает конденсатор быстрее, чем неконденсационный.так что он накапливается на жидком интерфейсе пленки и заставляет пар диффузировать через газовый богатый пограничный слой, прежде чем он может достичь холодной поверхностиВсего 1% объема воздуха может уменьшить эффективный U на 30-50%, а 5% может сократить его на 80%.точка вентиляции должна быть расположена в самом холодном месте в паровом пространстве;, вниз по течению и ниже входа, размером для ожидаемой нагрузки газа, и, в вакуумном режиме,подключенный к выбросу или вакуумному насосу, рассчитанному на скорость утечки воздуха, а не только на скорость процесса паров.
• Подохлаждение и конденсатный дренаж:Большинство конденсаторов обеспечивают небольшое количество субохлаждения, как правило, 2-5 ° C ниже насыщения, что защищает насосы ниже по течению от кавитации и уменьшает мигание в конденсатной линии.Но субохлаждение потребляет поверхность неэффективно, поскольку это разумная теплопередача с гораздо меньшей температурной разницей, чем зона конденсации, поэтому чрезмерное требование субохлаждения может потребовать непропорционального увеличения площади.Физическое расположение имеет такое же значение, как и тепловое размещение.: конденсат должен свободно сливаться, оболочка должна быть наклонена или трубы наклонены, и выход никогда не должен быть затоплен, если не используется преднамеренное погружение для контроля уровня.Потопленные трубы ведут себя как субохладитель и эффективно удаляют конденсационную зону из эксплуатации.
• Погрязнение и конструктивная маржа:Каждый конденсатор рассчитан на устойчивость к загрязнению, которая соответствует ожидаемому ухудшению состояния между очистками, обычно 0,0001-0,0005 м2К/Вт в зависимости от качества воды,и эта компенсация может добавить 15-35% к требуемой площадиОхлаждающая вода является обычным виновником: скалирование от твердости, биологического роста, отложения ила и продуктов коррозии все добавляют сопротивление, и блок, который начинается с чистой U 1,200 Вт/м2К может упасть до 700 Вт/м2К в течение года эксплуатации на необработанной воде. очистка воды, фильтрация, контролируемая скорость на стороне труб 1-2,5 м/с для ограничения отложения при одновременном ограничении эрозии,и планируемый режим очистки определяют, будет ли проектная маржа потреблена в течение одного года или пяти.
• Выбор хладагента и подход:Температура охлаждающей жидкости определяет достижимое давление конденсации, потому что конденсатору нужна конечная разница температуры для отторжения тепла.разница между температурой конденсации и температурой выхода охладителя, обычно составляет 3-10°C в водоохлаждаемых блоках и 10-25°C в воздухоохлаждаемых блоках.что повышает обратное давление компрессора и турбины и затраты энергииВот почему экономическая оптимизация - это не просто самый маленький конденсатор:Большая площадь с более узким подходом стоит больше капитала, но снижает рабочее давление и потребление энергии на протяжении всего срока службы установки.Температура окружающей среды в сухой и влажной лампочках является решающим фактором для воздушно-охлаждаемых и испарительных конструкций, и проектный случай обычно является летним пиком с определенным превышением.

2Основные виды промышленных конденсаторов

Четыре конфигурации охватывают подавляющее большинство промышленных задач конденсации:

• Конденсатор корпуса и труб:Рабочая лошадь процессовой промышленности, обычно построенная на TEMA с капотом BEM, однопроходной оболочкой, устройством U-трубки или BEU с узлом U-трубки для чистого обслуживания паров.Пары обычно конденсируются на стороне оболочки и охлаждающая вода течет через трубы, поскольку это устройство обеспечивает лучший дренаж, более легкую очистку водной стороны и лучшее размещение большого объема пара при низком давлении.Горизонтальные агрегаты с паром, входящим сверху, и конденсатом, выходящим снизу, являются стандартнымиПроектировщики должны следить за скоростью входа пара, которая может достигать 30-60 м/с при вакууме, и обеспечить ударную пластину или большой купол входа, чтобы предотвратить эрозию труб и повреждение вибрацией.
• Конденсатор с воздушным охлаждением:В конденсаторе с воздушным охлаждением используются трубки с плавниками и большие осевые вентиляторы для отталкивания тепла непосредственно в атмосферу, полностью исключая охлаждающую воду.и это стандартный выбор для удаленных заводов, для многих нефтеперерабатывающих предприятий и для конденсации пара электростанций в сухих регионах.чувствительность к температуре окружающей среды и рециркуляции воздуха между отсекамиПоскольку подход шире, температура конденсации выше, а компрессия ниже по течению или обратное давление турбины реальны,поэтому охлаждение воздухом должно оцениваться по общей стоимости владения, а не только по стоимости оборудования.
• Конденсатор с пластиной и спиральной пластиной:Конденсатор с уплотненной или сварной плиткой достигает коэффициентов 3000-6000 Вт/м2К, потому что волнистые каналы вызывают турбулентность при низких числах Рейнольдса, а плита тонкая.Результатом является очень компактный блок с близким подходом 1-3°C и небольшим объемом хранения, который подходит для холодильного, пищевого, фармацевтического и чистого химического обслуживания.устанавливается материалом уплотнения при температуре около 150-180°C, и загрязнения, поскольку узкие каналы длиной 2-5 мм быстро заполняются частицами.и используются для сгустительного и вязкого конденсации.
• Барометрический и конденсатор прямого контакта:Барометрический конденсатор смешивает пар непосредственно с охлаждающей водой, что дает практически нулевой подход и очень низкую стоимость капитала,в цене производства большого объема загрязненного конденсата, который должен быть обработанЭто классический вариант в вакуумных системах: конденсатор устанавливается не менее чем на 10,3 м выше горячей скважины, так что вода спускается по барометрической ноге против атмосферного давления.поддержание вакуума без насосаПри наличии распылителя, баффле-трея и реактивных конструкций прямой контакт используется там, где конденсат бесполезен или легко обрабатывается, как в вакуумных системах испарителя,вакуумные поезда дезодоратора пальмового масла и многоэффективное испарение, но это исключено, когда конденсат должен быть восстановлен как чистый продукт или когда пары опасны и не могут быть выброшены с водой.

Сравнительная матрица типов промышленных конденсаторов

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: В чем разница между конденсатором и теплообменником?

О: Конденсатор - это тип теплообменника, поэтому различие заключается в обязанности, а не в категории.в то время как конденсатор специально удаляет скрытое тепло и производит фазовую смену от пара к жидкостиЭто различие определяет конструкцию: в конденсаторе горячий поток остается при практически постоянной температуре, поскольку он высвобождает скрытое тепло, поэтому коррекция LMTD обычно приближается к 1.0; часто регулирующим сопротивлением является пленка конденсата, а не охлаждающая жидкость; и емкость должна обеспечивать распределение пара при высокой скорости входа,конденсационный дренаж и неконденсационная вентиляцияНекоторые устройства делают и то, и другое, например, конденсатор-субохладитель, который конденсирует, а затем разумно охлаждает жидкость в затопленном участке.

Вопрос: Почему производительность вакуумного конденсатора внезапно падает?

В сосуде, работающем под атмосферным давлением, каждая пломба фланца, ствол клапана, соединение прибора и стекло прицела являются потенциальным путём утечки,и воздух, втянутый в аккумулирует вместо конденсацииКак уже отмечалось, 1% объема воздуха может сократить эффективный U на 30-50%. Вторая причина - неисправная или недостаточная вакуумная система: выбросчики пара теряют производительность, когда давление или качество двигателя падает,и жидкие кольцевые насосы теряют мощность, когда вода уплотнения нагревается выше своей проектной температурыТретий - это наводнение конденсатом, когда заблокированный или недостаточно большой отвод возвращает жидкость в пучок и превращает зону конденсации в бесполезную зону субохлаждения.если она расширяется при неизменном потоке охлаждающей жидкости и температуре входаСначала посмотрите на утечку воздуха, а затем на наводнение.

Вопрос: Сколько подохлаждения должен обеспечивать конденсатор?

A: Для большинства процессуальных услуг2-5°C ниже температуры насыщения достаточно и обычно достигается непреднамеренно конденсатом, который сливается через более холодную часть пучка или небольшой затопленный участокБолее высокое низкое охлаждение дорогое, поскольку это разумное задание при небольшой температурной разнице и потребляет непропорционально большую площадь; для каждого дополнительного градуса может потребоваться на 3-8% больше поверхности.Однако, больше подохлаждения преднамеренно указано, когда конденсат идет в центробежный насос вблизи его точки кипения, где дополнительное подохлаждение является дешевой страховкой от кавитации,или когда конденсат вспыхивает до более низкого давления внизу по течению и потеря вспышки должна быть сведена к минимуму.Конденсатный насос должен, как правило, получать не менее 5-10°C субохлаждения, или приемник должен быть поднят, чтобы обеспечить адекватный NPSH.

Вопрос: Какое обслуживание имеет наибольшее значение для конденсатора?

О: Преобладают три вида деятельности: очистка водной стороны по графику, соответствующему качеству воды, поскольку слой загрязнения только 0,5 мм в масштабе может сократить U на 25-40%;Механическая чистка с помощью щетки или воды под высоким давлением является обычной для корпусных и трубных блоковВентиляция неконденсационных материалов,с проверкой вентиляционного клапана или отверстия на блокировку и с проверкой вакуумной системы на пропускную способность в соответствии с известным уровнем утечки воздуха ежегодно. и обнаружение утечек, потому что утечка труб позволяет охлаждающей воде в сторону процесса или процессной жидкости в охлаждающую воду, любой из которых является загрязнением и безопасность события;периодическое испытание трубки вихревым током, методы сдерживания давления или трассировщик выявляет истончение до того, как оно станет неисправностью.Конденсационное давление и температура конденсата должны быть направлены так, чтобы повышающийся подход был обнаружен рано..