Система пароснабжения предприятий общественного питания

На многих мощных промышленных предприятиях, в том числе и на предприятиях общественного питания, имеются котельные, в которых, используя газообразное или жидкое (реже твердое) топливо, вырабатывается влажный насыщенный пар, который транспортируется и используется в тепловых аппаратах, установленных в различных зонах промышленных предприятий. Такой способ централизованного использования теплоты, выделяемой при сжигании топлива, имеет ряд преимуществ. Главные из них заключаются в возможности использования мощных, совершенных в теплотехническом отношении паровых энергетических котлов, простоте и высокой надежности паропотребляющих аппаратов. В результате, централизованное пароснабжение предприятий экономически эффективно. Кроме того, благодаря более полному и качественному сжиганию топлива система в целом характеризуется экологическим совершенством, а возможность обеспечить топочный процесс в отдельном специально оборудованном помещении уменьшает пожарную опасность и дает возможность правильно организовать процесс сжигания топлива, улучшить условия эксплуатации тепловых энергетических агрегатов. Необходимо отметить, что при этом упрощается и процесс эксплуатации, а также ремонта и обслуживания паровых технологических аппаратов, исключается необходимость в создании специальных вентиляционных каналов, отводящих продукты сгорания топлива от каждого аппарата в отдельности. Это также положительно сказывается на экологическом состоянии воздушной среды в горячих цехах предприятий общественного питания.

Однако для создания системы пароснабжения необходимо дополнительное использование отдельных элементов и узлов, которые не используются в автономных вариантах сжигания топлива, что предопределяет дополнительные экономические затраты.

Естественно, что эти затраты оправданы только при достаточно большом количестве паропотребляющих аппаратов.

Принципиальная схема подключения отдельного паропотребляющего аппарата к центральному парогенератору представлена на рис. 5.21.

Пар вырабатывается в мощном центральном парогенераторе, из которого по паропроводу направляется к паропотребляющему аппарату. Перед аппаратом пар проходит через редукционный клапан, благодаря чему его давление снижается до необходимого, предусмотренного конструкцией аппарата уровня. Этот уровень давления, отрегулированный редукционным клапаном, поддерживается автоматически постоянным независимо от изменения расхода пара во всей системе при одновременном включении или выключении значительной группы паропотребляющих аппаратов. Аппарат подключается к специальному участку парового канала - коллектору, который представляет собой часть канала увеличенного сечения (диаметра). Увеличенное сечение коллектора, в соответствии с законом Бернулли, переводит динамический напор парового потока в статический. В итоге обеспечивается равномерное распределение пара по различным паропотребляющим аппа­ратам.

Каждый паропотребляющий аппарат снабжен предохранительным (или двойным предохранительным) клапаном, манометром и регулирующим подачу пара парозапорным вентилем. На выходе из аппарата устанавливаются конденсатоотводчики, обратный клапан и продувочный вентиль.

Конденсатоотводчик задерживает "пролетный", т. е. не успевший сконденсироваться в аппарате, пар и тем самым обеспечивает более полное использование теплоты, которой пар располагает. В результате расход пара уменьшается.

Обратный клапан обеспечивает одностороннее направленное движение конденсата и исключает его возврат в теплообменное устройство аппарата после момента прекращения подачи пара, характеризующегося конденсацией пара и образованием разрежения.

Продувочный кран служит для удаления воздуха из теплообменника в момент пуска теплового аппарата, что необходимо для улучшения условий теплообмена и обеспечения эффективности работы теплообменника.

Предохранительный клапан и манометр, установленные на паровом патрубке, обеспечивают контроль давления пара и безопасную эксплуатацию теплообменников, находящихся под избыточным давлением, предохраняя их от взрыва и деформаций.

Пар, пройдя через теплообменник, отдает теплоту парообразования, конденсируется и по специальному каналу - конденсатопроводу - направляется в конденсатный бак. Из конденсатного бака конденсат при помощи насоса закачивается в центральный парогенератор.

Схема, представленная на рис. 5.21, упрощенная. От реальной схемы она отличается тем, что обычно с целью увеличения надежности системы в целом источником пара служит не один, а минимум два включенных параллельно парогенератора. В систему включают несколько групп паропотребляющих аппаратов, в каждую из которых входят аппараты, работающие приодинаковом давлении. Обычно это три группы: высокого давления (автоклавы, проточные водонагреватели, работающие при давлении пара до 2,5 ати); среднего давления (паровые пищеварочные котлы, пароварочные шкафы и т.д., работающие при давлении пара до 0,5 ати) и низкого давления (темостаты, мармиты, тепловые шкафы, работающие при давлении пара в теплообменнике до 0,1 ати). Естественно, что в этом случае данная схема представляет собой лишь первую ступень системы, обеспечивающую паром аппараты высокого давления, например автоклавы и кипятильники, работающие под давлением пара 300...400 кПа, после чего схема должны быть продолжена; она должна включать редукционный клапан, снижающий давление с 300...400 до 150...140 кПа, и коллектор, к которому подключаются паровые аппараты среднего давления (котлы, паровые шкафы).

Паропровод и конденсатопровод представляют собой трубопроводы, выполненные из стандартных газоводопроводных труб, которые соединяют между собой посредством сварки, резьбы или фланцев. Наиболее надежным является сварное соединение, но такое соединение является неразъемным. Резьбовое соединение осуществляется за счет применения фасонных частей (фиттингов), которые помимо разъемного соединения труб используют для изменения направления или диаметра труб.

Толщина стенки трубы (м), находящейся под давлением, определяется по выражению

(5.17)

где ΔP — избыточное давление в трубопроводе, кПа;

d_вн — внутренний диаметр трубы, м;

[σ_р] - допустимое напряжение на растяжение, кПа;

φ — коэффициент прочности шва (для бесшовных и сварных труб малого диаметра φ = 1, для сварных труб диаметром больше 0,1 м (φ = 0,85);

с — прибавки на коррозию с учетом материала труб и агрессивности среды.

Напряжение в стенках трубопровода при нагревании (кПа) определяется по закону Гука

(5.18)

где Е — модуль упругости, кПа (для стали E = 2 • 10⁸ кПа);

α — тепловое относительное удлинение, м/(м • К);

Δt — разность температур, °С.

Усилие, возникающее на прямолинейном участке трубопровода,

(5.19)

где f — площадь поперечного сечения стенки трубопровода, м².

Чтобы предотвратить разрушение трубопровода, вызванное его тепловым удлинением, на трубопровод ставят специальные компенсаторы.

В трубопроводах, монтируемых на предприятиях общественного питания и не имеющих прямолинейных участков большой протяженности, тепловое удлинение труб компенсируется, как правило, за счет упругой деформации трубопровода в местах естественных изгибов последнего при правильном чередовании подвижных и неподвижных опор, крепящих трубопровод. Такая компенсация теплового удли­нения называется самокомпенсацией. Самокомпенсация отдельных элементов трубопровода зависит от способа закрепления трубы. Так, поворот трубы будет компенсировать ее тепловое удлинение только в том случае, если закрепление будет на прямолинейных участках трубы.

Удлинение трубопровода определяют по формуле

(5.20)

где α — коэффициент теплового удлинения труб, м/(м∙К), для стальных труб α = 0,000012 м/(м∙К);

l — длина отрезка трубопровода, расположенного между неподвижными опорами, м;

Δt — разность температур между начальным и конечным состояниями трубопровода, °С.

Если нельзя использовать самокомпенсацию трубопровода, устанавливают специальные П - образные (Z или Г – образные) компенсаторы.

Размеры П - образного компенсатора (рис. 5.22) определяют по формуле

, (5.21)

где E – модуль упругости, МПа;

d_н - наружный диаметр трубы, м;

[σ_р] — допустимое напряжение, МПа;

k — отношение l/Н, обычно k = 1,5.

Компенсаторы во избежание гидравлических ударов и воздушных пробок располагают в строго горизонтальном положении.

Расстояние между опорами трубопровода / (м) определяют по формуле

, (5.22)

где [σ_и] — допускаемое напряжение на изгиб, кПа;

W – момент сопротивления (м³), который рассчитывают по выражению

(5.23)

где d_H, d_BН – соответственно наружный и внутренний диаметры трубы, м;

m — масса одного погонного метра трубопровода; наполненного перемещаемой жидкостью и покрытого изоляцией, кг.

Трубопровод после окончания монтажа окрашивают масляной краской определенного цвета: паропровод - красной, а конденсатопровод - зеленой. На трубопроводе помимо основной краски иногда наносят цветные кольца по обе стороны вентилей, задвижек, у мест входа в стену и выхода трубопровода из нее, для паропровода концы обозначают желтым цветом, а конденсатопровода - белым.

Любой трубопровод должен иметь минимально возможные длину, число поворотов и разъемных соединений, обеспечивая при этом необходимые условия для эксплуатации и ремонта.

С точки зрения последних требований трубопроводы проклады­вают на расстоянии h (см) от стен, равном

(5.24)

Конденсатоотводчики.

На предприятиях общественного питания наиболее распространены сильфонные и поплавковые конденсатоотводчики.

Назначение конденсатоотводчика заключается в том, чтобы не пропускать через греющую рубашку аппарата «пролетный» (т. е. неконденсирующийся) пар. Появление пролетного пара возможно в том случае, если количество поступающего в аппарат пара больше, чем может сконденсироваться на поверхности нагрева.

Конденсатоотводчик сильфонного типа (рис. 5.23) характеризуется малыми габаритами и высокой надежностью. Он срабатывает за счет удлиненнения сильфона (тонкостенной полой гофрированной гормошки из латуни) в момент попадания внутрь конденсатоотводчика пролетного пара. Такое удлинение вызвано вскипанием и расширением паров этанола, находящегося в качестве промежуточного теплоносителя внутри сильфона. При закрытом положении клапана пар в теплообменнике останавливается и полностью конденсируется. Одновременно небольшое количество конденсата, хаходящегося в конденсатоотводчике переохлаждается. Промежуточный теплоноситель (этанол) конденсируется и сильфон сжимается, что приводит к открыванию клапана. Конденсатоотводчик остается открытым до момента попадания в него пара; в этом случае цикл его срабатывания повторяется.

Для настройки клапана ипользуются регулировочные прокладки, которые позволяют установить такой зазор между клапаном и седлом конденсатоотводчика, который не уменьшит номинальный расход пара в теплообменнике и в то же время не пропустит в конденсатопровод пролетный пар. Настройка производится подбором толщины прокладки с та­ким расчетом, чтобы клапан открывал выход конденсата при его пере­охлаждении примерно на 5 ºС, что примерно соответствует ходу сильфлона 5-10 мм. Толщина прокладки при этом обычно составляет 1-3 мм.

Расчет диаметра конденсатоотводящего патрубка производится также из уравнения неразрывности потока, которое в данном случае имеет вид

где D_к — секундный расход конденсата (равный расходу пара в аппарате), кг/с;

f_к — площадь сечения конденсатоотводящего канала, м²;

W _к - скорость движения конденсата, м/с;

ρ_к - плотность конденсата, кг/м³.

Скорость конденсата, исходя из возможности возникновения гидравлических ударов, не должна превышать 0,5 м/с и обычно принимается в пределах 0,1 до 0,3 м/с.

Плотность конденсата ρ_к значительно изменяется в зависимости от содержания в нем пролетного пара, так как ρ_к= 1/v' где v' -удельный объем пролетного пара в смеси с конденсатом.

где v' и v'' — удельные объемы соответственно кипящей жидкости и сухого насыщенного пара, м³/кг (определяются по давлению);

x_п.п. - степень сухости пролетного пара.

При использовании конденсатоотводчиков поплавкового типа x_п.п < 0,05, а сильфонного - x_п.п < 0,03. При отключении конденсатоотводчика 0,1 < x_п.п < 0,2.

При истечении конденсата из рубашки в конденсатопровод происходит сброс давления с избыточного ~ 50 кПа до атмосферного, что приводит к повторному вскипанию конденсата и увеличению степени сухости пролетного пара. Поэтому с запасом диаметр конденсатного патрубка d_к следует принимать т. е. не менее 70 % диаметра парового канала d_п. По точному расчетному значению d_к подбирается конденсатоотводчик (сильфонного или поплавкового типа).

Конденсатоотводчик сильфонного типа применяется при перепаде давлений до 700 кПа и температуре не более 165 °С. Подбор конденсатоотводчика сильфонного типа производится по расчетному значению диаметра конденсатоотводящего канала D_к , определенногопо методике, изложенной выше.

Поплавковые конденсатоотводчики(рис. 5.24) работают следующим образом. Если из греющей полости аппарата в конденсатоотводчик поступает пролетный пар, латунный поплавок находится в плавающем состоянии и клапан закрывает выход в конденсатопровод. Постепенно пар, поступающий в конденсатоотводчик, конденсируется в нем, отдавая теплоту в окружающую среду через неизолированные стенки чугунного корпуса. Уровень конденсата в конденсатоотводчике растет, и конденсат начинает переливаться в поплавок, в результате чего его плавучесть, или подъемная сила уменьшается. При определенном заполнении он начинает опускаться, и клапан открывает выход в конденсатопровод.

Принцип действия обратного клапанас горизонтально (рис. 5.25, а) или вертикально расположенным (рис. 5.25, б) тарельчатым клапаном следующий. При прохождении конденсата слева направо он совершает работу по подъему тарельчатого клапана (см. рис. 5.25, а) или повороту его (см. рис. 5.25, б); в этом случае конденсат, расходуя часть энергии, открывает себе проход для дальнейшего движения в данном направлении. Если же направление движения конденсата меняется на проти­воположное, то конденсат оказывает давление на тарельчатый клапан, прижимает его к седлу и тем самым перекрывает себе проход.

Для предотвращения утечки воды из парогенератора при появлении неплотностей в питательной линии, перед парогенератором устанавливают обратные клапаны. В результате значительно снижается вероятность взрыва парогенератора.

Обратные клапаны также размещают на напорном патрубке питательных водяных насосов. Это делают с целью предотвращения возможности обратного тока воды через насос и повреждения последнего, например, в случае, если при параллельной работе двух насосов один из них начал рабо­тать с меньшим напором, чем другой.

Обратные клапаны устанавливают также после конденсатоотводчиков в случае параллельного включения нескольких аппаратов в общую конденсатную линию.

При разных тепловых нагрузках паровых аппаратов в них различаются и давления. Поэтому возможна перекачка конденсата из одного аппарата с большим давлением в рубашке, в другой аппарат с меньшим давлением. Это может привести к чрезмерному заполнению парового теплообменника переохлажденным кон­денсатом и к замедлению пуска аппарата. Во избежание такого явления за конденсатоотводчиками параллельно включенных в конденсатную линию аппаратов, устанавливают обратные клапаны. При этом конденсатоотводчики и обратные клапаны имеют обводные линии, дающие возможность пропускать избыточное количество конденсата в период запуска в работу холодного аппарата и выпускать из греющей рубашки воздух. Иногда обводная линия используется в период ремонта или замены конденсатоотводчика или обратного клапана.

Если каждый аппарат имеет независимую конденсатную линию, то надобность в обратных клапанах отпадает, а обводная линия заменяется дренажной (рис. 5.26).

Дренажный обвод открыт при запуске холодного аппарата для спуска избыточного конденсата и выпуска воздуха из рубашки. По окончании пускового периода вентиль на обводе закрывается.

Корпус обратных клапанов выполняют из чугуна, тарелку - из бронзы. Грузовой обратный клапан может быть установлен лишь на горизонтальном участке водяной линии. При необходимости установки обратного клапана на вертикальном участке применяют не грузовую, а пружинную конструкцию, при которой тарелка запирает проходное сечение, уплотняясь не собственной массой, как в грузовом варианте, а пружиной.

Редукционные, или дроссельные, клапаны(рис. 5.27) предназначены для поддержания постоянного давления на заданном уровне на участке паропровода, используемого для подводки пара к группе паровых аппаратов, работающих при соответствующем давлении. Пар при прохождении через отверстие, образованное седлом и золотником клапана, дросселирует, и давление за клапаном падает. Степень дросселирования определяется величиной дроссельного сечения. Это сечение может быть изменено при регулировке натяжения пружины. Регилировку осуществляют при визуальном контроле давления по манометру.

Если за клапаном включают большую группу паропотребляющих аппаратов, то давление за клапаном р ₂ падает. Благодаря импульсной линии оно падает и в надпоршневом пространстве регулирующего цилиндра. Давление над поршнем понизится, и он под действием пружины переместится вверх вместе с клапаном, в результате чего увеличится сечение для прохода пара и уменьшится степень дросселирования парового потока. Это обусловит восстановление давления до первоначальной величины. При отключении ряда аппаратов и уменьшении паропотребления произойдет обратное явление: давление р₂ повысится, поршень переместится вниз, клапан уменьшит проход пара через дроссельное отверстие, усилится дросселирование пара, в результате чего давление уменьшится до прежней, заданной величины.

Двойной предохранительный клапан (рис. 5.28) исключает механическое разрушение (взрыв) паровой рубашки при критическом увеличении давления пара или ее смятие при вакууме, возникающем при отключении подачи пара и охлаждении теплообменника. Так, например, для пищеварочных котлов давление в греющей рубашке не должно превышать 0,55 ати (ΔР = 55 кПа), а для автоклавов - 3 ати (ΔР = 300 кПа).

При повышении давления сверх указанного уровня, пар поднимает клапан с грузом и выходит наружу. При выключении аппарата из работы, когда прекращается подача электроэнергии, газа, пара и т. д., пар, оставшийся в паровой рубашке, конденсируется, в результате даление в ней понижается до значений меньших атмосферного давления, то есть создается вакуум. При этом усилие, создаваемое столбом атмосферного воздуха на греющую рубашку пищеварочного котла, может привести к ее смятию.

При образовании даже небольшого разрежения вакуумный клапан за счет внешнего атмосферного давления поднимается, и в рубашку поступает воздух. Давление в рубашке и атмосферное выравниваются и смятие рубашки котла предотвращается. Для авто­клавов, имеющих более прочную рубашку, образование глубокого вакуума не опасно и надобность в вакуумной части клапана отпадает. Описанный клапан является грузовым и должен быть установлен строго вертикально. Для морских камбузных пищеварочных котлов, которые могут работать с креном до 30 º, применяются пружинные клапаны, где роль груза выполняет калиброванная пружина.

При эксплуатации клапана необходимо периодически его притирать к седлу во избежание пропусков пара или его "прикипания". Для предотвращения последнего некоторые клапаны имеют специальный рычаг для "подрыва", т. е. механического перемещения клапана.

Влагоотделители (пароосушители) (рис. 5.29) служат для увеличения степени сухости пара на входе в паровой теплообменник.

Влажный пар входит в теплоизолированный цилиндрический корпус. Обходя вертикальные перегородки, он делает три резких поворота на 180°. Благодаря центробежным силам, возникающим при резком изменении направления движения, из потока выпадают капельки конденсата, которые собираются на днище и отводятся конденсатоотводчиком в сборный бак. Выходящий из водоотделителя пар имеет более высокую степень сухости и направляется к тепловым аппаратам.

Паровые и конденсационные коммуникации для устранения гидравлических ударов и лучшего стока конденсата имеют уклон 5 мм на 1 м длины паропровода в сторону движения пара и конденсата.

Дата добавления: 2015-06-30