Как работает трёхступенчатая пароэжекторная установка
Пароэжекторный вакуумный насос создаёт разрежение, не имея ни одной движущейся части: вместо ротора работает струя пара. Разбираем на трёхступенчатом аппарате, откачивающем паровоздушную смесь из конденсатора турбины: почему ступеней три, зачем между ними конденсаторы и какие три среды идут через установку одновременно.
Что делает одна ступень
Ступень — это одиночный пароструйный эжектор. Рабочий пар подаётся в сопло и разгоняется там до сверхзвуковой скорости; давление в струе падает, и в приёмную камеру подсасывается среда из откачиваемого объёма. Дальше струя пара и подсосанный газ перемешиваются в камере смешения, и в диффузоре скорость смеси переходит обратно в давление. На выходе давление выше, чем на входе, — это и есть сжатие.
Расплата за отсутствие движущихся частей — расход пара: часть его энергии уходит безвозвратно. Зато нечему изнашиваться, нечего смазывать и нечего балансировать. Для непрерывных производств это решающий довод.
Почему ступеней три
Одна ступень поднимает давление лишь в несколько раз. От глубокого вакуума до атмосферы перепад в десятки раз, и одному эжектору он не по силам ни по устойчивости режима, ни по расходу пара. Поэтому сжатие раскладывают на несколько последовательных ступеней: каждая работает в своём умеренном перепаде, где эжектор эффективен.
Число ступеней определяется требуемой глубиной вакуума. Чем глубже разрежение, тем больше ступеней. В обозначении оно стоит первой цифрой: у ЭПО-3-80 три ступени, вторая цифра — максимальный расход эжектируемой среды, 80 кг/ч.
Зачем между ступенями конденсаторы
Это главное, что отличает многоступенчатую схему от простой цепочки эжекторов. Каждая ступень выбрасывает не только откачанный газ, но и весь свой рабочий пар. Без конденсаторов вторая ступень тащила бы газ плюс пар первой, третья — всё это плюс свой собственный. Масса нарастала бы лавиной, и последняя ступень получилась бы неподъёмной.
Промежуточный конденсатор ставится после каждой ступени и решает задачу в одно действие: охлаждающая вода конденсирует паровую часть смеси, конденсат уходит в дренаж, а на приём следующей ступени попадает только неконденсирующийся остаток — тот самый воздух, ради которого всё и затевалось. Поэтому у трёхступенчатого аппарата три конденсатора и три дренажных штуцера, по одному на ступень.
Конструктивно это не три отдельных аппарата: у ЭПО-3-80 три U-образных конденсатора собраны единым блоком на общей распределительной камере подачи воды и соединены тремя паровыми эжекторами. Установка приходит на объект одним изделием, а не россыпью.
Три среды, которые идут через аппарат одновременно
Пароэжекторную установку трудно читать по одной строчке «рабочее давление»: сред здесь три, и у каждой свои давление и температура. Ниже — паспортные параметры трёхступенчатого аппарата на 36…80 кг/ч откачиваемой смеси.
| Параметр | Эжектирующая — пар | Эжектируемая — ПВС | Охлаждающая — вода |
|---|---|---|---|
| Рабочее давление, МПа | 0,3 | 0,035 | 1,0 |
| Рабочая температура, °С | 143 | 23 | 20 |
| Расчётная температура стенки, °С | 280 | 45 | 50 |
| Расход, кг/ч | — | 36…80 | 1500 |
| Пробное гидравлическое давление, МПа | 0,375 | 0,125 | 2,0 |
Отсюда следует то, что часто упускают при подборе: греющий пар нужен вполне определённых параметров. Если в схеме есть только пар другого давления, аппарат считается заново — от давления перед соплом напрямую зависит, вытянет ли ступень свой перепад.
Почему трубная система из нержавеющей стали
Материалы в аппарате разные, и это не экономия, а разделение задач. Межтрубное пространство, где идёт пар и паровоздушная смесь, выполняется из стали 20 и 09Г2С. Трубная система, внутри которой течёт охлаждающая вода, — из коррозионностойкой 08Х18Н10Т: 145 труб ⌀18×1,5. Именно трубки контактируют с водой постоянно и на всей длине, поэтому здесь и стоит нержавейка. Прибавка на коррозию по корпусу — 1 мм.
Трубки развальцованы в трубной доске, перегородка делит водяную камеру на ходы — вода проходит через пучок не один раз, а несколько, отбирая тепло на каждом.
Как понимают, что установка теряет режим
На аппарате семь точек под манометры и восемь под термометры. Такая плотность приборов объясняется устройством схемы: ступени работают последовательно, и отказ любой из них снаружи выглядит одинаково — вакуум просел. Отличить их можно только по перепаду давления и температурам на входе и выходе каждой ступени.
Типичные причины просадки: засорение или износ сопла одной из ступеней; недостаток или перегрев охлаждающей воды, из-за которого конденсатор перестаёт конденсировать и следующая ступень получает пар; падение давления рабочего пара ниже расчётного; присосы воздуха в вакуумной части схемы, когда сама установка исправна, а вакуум всё равно не набирается.
Пусковой и основной эжекторы — разные аппараты
Их часто путают, а задачи у них противоположные. Пусковой должен быстро убрать из объёма большое количество воздуха, пока разрежение ещё неглубокое: перепад до атмосферы мал, поэтому такие эжекторы выполняются одноступенчатыми, без промежуточных конденсаторов, с выхлопом в атмосферу. Основной работает непрерывно и держит уже достигнутый глубокий вакуум, отсасывая присосы и неконденсирующиеся газы, — здесь и нужна многоступенчатая схема с конденсаторами.
Где это применяется
- Конденсаторы паровых турбин. Отсос паровоздушной смеси: без него давление в конденсаторе растёт и турбина теряет мощность.
- Ректификационные колонны. Вакуум снижает температуру кипения, и продукт разделяется без термического разложения. Отсутствие движущихся частей здесь особенно ценно: в откачиваемой среде бывают агрессивные пары.
- Вакуумная сушка и дегазация. Технологические аппараты, где нужен устойчивый вакуум при непрерывной работе.
Что нужно для подбора
Расчёт делается по параметрам вашей схемы, а не по каталожной строке. Минимальный набор исходных данных:
- требуемое остаточное давление в аппарате — от него зависит число ступеней;
- расход и состав откачиваемой среды, температура на входе;
- параметры доступного рабочего пара: давление и температура перед соплом;
- параметры охлаждающей воды: расход, давление, температура на входе;
- материальное исполнение, если среда агрессивная;
- для замены существующего аппарата — его паспорт или марка.
Частые вопросы
Почему нельзя обойтись одной ступенью?
Одна ступень способна поднять давление лишь в несколько раз. Чтобы дотянуть от глубокого вакуума до атмосферы, нужен перепад в десятки раз, и одному эжектору он не по силам: рабочего пара уйдёт непомерно много, а устойчивого режима всё равно не будет. Поэтому сжатие делят на ступени, а между ними ставят конденсаторы.
Зачем между ступенями конденсаторы?
Без них каждая следующая ступень тащила бы всю массу, накопленную предыдущими: откачанные газы плюс весь рабочий пар. Конденсатор сбрасывает водой паровую часть смеси в дренаж, и на следующую ступень приходит только неконденсирующийся остаток. Так каждая ступень остаётся небольшой, а общий расход пара — разумным.
Пусковые эжекторы делают одноступенчатыми или двухступенчатыми?
Одноступенчатыми. При пуске задача обратная рабочей: не держать глубокий вакуум, а быстро убрать из объёма большое количество воздуха при неглубоком разрежении. Перепад до атмосферы здесь мал, ступень справляется одна, конденсаторы не нужны и выхлоп идёт прямо в атмосферу. Глубокий вакуум дальше держит основной многоступенчатый эжектор.
Сколько охлаждающей воды нужно установке?
У трёхступенчатого пароэжекторного насоса с расходом откачиваемой паровоздушной смеси 36…80 кг/ч расход охлаждающей воды — 1500 кг/ч при рабочем давлении 1,0 МПа и температуре на входе 20 °С. Вода идёт через все три конденсатора: они собраны на общей распределительной камере.
Что означают цифры в обозначении ЭПО-3-80?
Первая цифра — число ступеней, вторая — максимальный расход эжектируемой среды в кг/ч. То есть ЭПО-3-80 — трёхступенчатый аппарат на расход паровоздушной смеси до 80 кг/ч. Расшифровка подтверждена паспортом изделия.
Как понять, какая ступень перестала работать?
По приборам. На аппарате семь точек под манометры и восемь под термометры — они стоят не для красоты: по перепаду давления и температуре на входе и выходе каждой ступени видно, какая именно из них потеряла режим. Дальше смотрят её сопло и её конденсатор, а не разбирают установку целиком.
Перейти к оборудованию
- Эжекторы пароструйные ЭП и ЭПО
Основные и пусковые эжекторы, одно- и многоступенчатые схемы
- Пароэжекторные вакуумные установки
Блоком на общем основании, с обвязкой и арматурой
- Эжекторы водоструйные ЭВ
Газоотсос вакуумных деаэраторов: рабочая среда — вода, не пар
Посчитать установку под вашу схему
Пришлите требуемое остаточное давление, расход откачиваемой среды и параметры доступного пара и воды. Инженер подберёт схему и число ступеней. Расчёт бесплатный.