Устройство трубопроводной системы

От места водозабора вода направляется по всем потребляющим ее участкам предприятия. Она перемещается по системе трубопроводов, подобной той, по которой движется продукт. Трубы диаметром 2,5" (65 мм) или более изготавливаются из нержавеющей стали, а трубы меньшего диаметра – из оцинкованной стали. Эта система включает в себя запорные краны, манометры и направляющие клапаны. В системе устанавливаются фильтры и иногда редукционные клапаны для поддержания требуемого давления.

Для многих этапов технологических процессов производства молочных продуктов необходимо водоснабжение, отвечающее специальным требованиям. Зачастую требуется подача больших объемов воды под неизменно высоким давлением в течение относительно короткого времени. Кратковременные периоды интенсивного потребления могут одновременно иметь место в нескольких местах. Система трубопроводов и нагнетающие мощности должны быть поэтому рассчитаны на такие внезапные нагрузки.

Например, молокозавод может увеличить выпуск продукции без соответствующего увеличения водоснабжения. Если это произойдет и одновременно возникнет несколько внезапных нагрузок, давление в нагнетающей системе может упасть до опасно низкого уровня, при котором нарушится правильная работа определенного оборудования. Для предотвращения таких ситуаций можно воспользоваться водонапорным баком. Водонапорный резервуар играет роль аккумулятора. Его типовой объем – в пределах 1–3 м³.

Вода в нем держится под давлением, определяемым воздушной подушкой. По требованию водонапорный бак снабжает оборудование необходимым количеством воды под необходимым давлением. После того как срочная потребность удовлетворена, бак снова наполняется до следующего забора воды.

Во время отсутствия потребности в танке он наполняется водой до установления определенного давления. Датчикдавления (4) отключает подачу электроэнергии от насоса (6). Как только вода забирается из бака, падение давления немедленно фиксируется датчиком давления, который через контактор запускает насос, подающий воду в бак. Ее уровень поднимается в танке до тех пор, пока не восстановится заданное давление. В этот момент датчик давления выключает насос. Водонапорный бак находится в состоянии готовности к очередному забору воды.

Теплоснабжение

Производство молочных продуктов требует больших расходов тепловой энергии для подогрева различных продуктов, моющих растворов и т.д. Тепло обычно передается продукту в теплообменниках с помощью теплоносителя, также называемого нагревательной средой. Теплоноситель аккумулирует тепло в тепловой установке и распространяется по заводу среди различных потребителей (таких, например, как теплообменник пастеризатора) по системе трубопроводов. Там тепло передается нагреваемому продукту. Затем теплоноситель возвращается в нагревательную установку, где он снова подогревается перед тем как опять направиться к участкам потребления энергии. Это замкнутый, непрерывный цикл. В качестве теплоносителя часто используется пар, нагретый до 140–150°С. На молочных заводах, построенных в последнее время, установлены системы, использующие горячую воду.

На большинстве участков для нагрева требуется вода с температурой около 100°С.

При этом давление в системе должно быть выше атмосферного, чтобы вода не кипела. Стоимость установки системы горячего водоснабжения несколько ниже, чем паровой системы. Водяную систему так же легко регулировать, и ею удобнее управлять. А ее недостатком является то, что теплопередача у нее более низкая, чем у паровой системы.

Производство пара

Теплоноситель поступает из водяных или паровых котлов, которые иногда располагаются в нагревательной установке. В качестве котельноготоплива обычно используются мазут, уголь или газ.

Сжигаемое топливо высвобождает тепловую энергию, которая поглощается теплоносителем. Коэффициент полезного действия котла обычно колеблется в пределах 80–92%, а тепловые потери в системе трубопроводов часто доходят до 15%. В конечном счете только 65–70% всей тепловой энергии топлива могут быть использованы в производственных процессах. С точки зрения эксплуатационных расходов чрезвычайно важно, чтобы кпд котла не опускался ниже определенного минимума, и поэтому на молочном заводе данная характеристика котла очень тщательно контролируется.

Температура пара в паропроводящей системе, о которой речь пойдет ниже, должна находиться в пределах 140–150°С. В варианте насыщенного пара это эквивалентно давлению 270–385 кПа (2,7–3,8 бара). Котлы функционируют при значительно более высоком давлении – как правило, оно составляет 900–1100 кПа (9–11 бар), поэтому для компенсации потерь тепла и давления в системе можно использовать трубы меньших диаметров.

На рис. 6.11.4 представлена упрощенная схема системы производства и распределения пара. В воде, поступающей в котел, часто содержатся соли кальция, которые придают ей жесткость, а также кислород и двуокись углерода. Поэтому часто бывает необходимо предварительно очистить воду от этих компонентов.

В противном случае в системе осаждаются соли, а на стенках котла будет образовываться накипь, резко снижающая кпд. Кислород вызовет сильную коррозию деталей, контактирующих с водой и паром. Поэтому система оснащается фильтрами, предназначенными для умягчения воды (10), которые задерживают соли кальция и магния, устройством (11), удаляющим из воды газы. Примеси в виде шлама удаляются продувкой котла. Для поддержания паровой системы в исправном состоянии необходима химическая обработка бойлерной воды.

Нагнетающий насос поддерживает постоянный уровень воды в котле. Вода в котле нагревается сгорающим топливом и превращается в пар. Для выпаривания 1 кг воды требуется значительное количество теплоты – около 2260 кДж (540 кКал) при атмосферном давлении. Эта теплота парообразования впоследствии высвобождается при конденсации пара на теплопередающих поверхностях устройств, потребляющих пар (5).

Сконденсировавшийся пар (конденсат) собирается в конденсационный горшок (6) и в конденсатный бак (7), откуда перекачивается обратно в котел насосом для конденсата.

Паровые котлы

Существуют два основных типа паровых котлов: жаротрубный (наиболее часто употребляемый на молочных заводах) и водотрубный. Выбор определяется необходимым давлением пара и мощностью пара, то есть количеством пара, потребляемого в единицу времени. Котлы низкой производительности и низкого давления – это чаще всего котлы трубного типа, в которых газы циркулируют по жаровым трубам.

Рис. 6.11.4 Система производства и распределения пара.

1 Котел

2 Распределительный сосуд для пара высокого давления

3 Редукционный клапан

4 Распределительный сосуд для пара низкого давления

5 Точки потребления

6 Конденсационные горшки

7 Конденсатный бак

8 Конденсатный насос

9 Бак для бойлерной воды

10 Фильтр для умягчения воды

11 Дегазация бойлерной воды

12 Насос для бойлерной воды

Пар

Рис. 6.11.5 Принцип работы жаротрубного котла.

На рис. 6.11.5 показан принцип работы жаротрубного котла (дымогарного).

Горячие дымовые газы прогоняются по трубам вентилятором. Через стенки труб теплота дымовых газов передается воде, окружающей трубы.

Вода нагревается до кипения, а пар собирается в сухопарнике (паровом колпаке) для дальнейшего распределения в системе.

Когда давление в сухопарнике достигает расчетного уровня, открывается паровой клапан и пар направляется к местам потребления. Горелка включается и выключается автоматически, поддерживая постоянное давление пара.

Вода добавляется в котел по мере необходимости для поддержания ее постоянного уровня. При превышении максимально допустимого давления пара в сухопарнике открывается предохранительный клапан.

Существует большое разнообразие моделей водотрубных котлов (рис. 6.11.6). Принцип их действия состоит в том, что находящиеся снаружи дымовые газы нагревают воду, проходящую по трубам, что позволяет образующемуся в них пару подниматься вверх, к сухопарнику. Перед поступлением в систему распределения пар через пароперегреватель попадает в два верхних сухопарника. В пароперегревателе пар вторично нагревается, т.е. перегревается дымовыми газами. В результате пар становится более сухим. В нижнем колпаке собирается осадок, который состоит из примесей, присутствовавших в бойлерной воде. Этот осадок удаляется продувкой нижней части котла. В других моделях осадок скапливается на дне котла.

Сбор конденсата

Пар, проходящий по трубам системы, охлаждается окружающим воздухом и, как следствие этого, начинает конденсироваться. Конденсацию можно уменьшить, изолируя трубы, но полностью избежать ее невозможно.

Следовательно, трубы нужно монтировать с небольшим наклоном в направлении сборников конденсата, которые находятся в различных точках системы трубопроводов.

В этих точках устанавливаются конденсационные горшки. Они пропускают конденсат (и желательно воздух), но не пропускают пар. Таким же образом собирается конденсат в различных местах нахождения потребителей пара и возвращается конденсатными насосами по трубопроводам в сборный бак нагревающей установки. Конденсат также может быть возвращен в водяной бак и давлением пара без применения конденсатного насоса или конденсатного бака. Такая система нашла широкое применение.

Другое оборудование

Топочное оборудование промышленных паровых котлов состоит из собственно топки. Чаще всего это мазутная топка с распылителем, в котором мазут превращается в мельчайшую взвесь. Эта взвесь воспламеняется высоковольтными электродами, а образовавшиеся в результате ее сгорания газы распределяются внутри котла вентилятором.

Котел также оснащен системой безопасности для исключения риска несчастных случаев или поломок. На современных паровых котлах установлены системы автоматического управления, позволяющие их эксплуатировать без постоянного надзора со стороны оператора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: