Lauhteenpoistimet

Olemme työskennelleet höyryratkaisujen parissa yli 120 vuotta ja ainutlaatuinen asiantuntijatiimimme käyttää aikaa asiakkaiden tarpeiden ymmärtämiseen. Työskentelemme kanssasi löytääksemme tehokkaimman mahdollisen lauhteenpoistoratkaisun sovelluksiisi.

Tavoitteemme on auttaa sinua saavuttamaan kestävän kehityksen tavoitteesi varmistamalla, että höyryjärjestelmäsi toimii aina optimaalisesti.

Tehokas lauhteenpoisto on avaintekijä tämän saavuttamisessa.

Lauhteenpoistimen tehtävänä on poistaa prosessissa muodostunut lauhde, ilma ja muut lauhtumattomat kaasut höyryjärjestelmästä samalla, kun varmistetaan, ettei höyryä pääse karkaamaan höyryjärjestelmästä.

Spirax Sarco on edelläkävijä prosessihöyryn hyödyntämisessä tehokkaassa tuotannossa ja olemme olleet nostamassa höyryjärjestelmien energiatehokkuutta kaikkialla maailmassa. Ratkaisu- ja tuotevalikoimamme on laajentunut vuodesta 1935 lähtien. Sinä aikana olemme toimittaneet ratkaisuja höyryjärjestelmiin ympäri maailmaa ja kaikille teollisuudenaloille. Nykyään on vain muutamia teollisia tuotantoprosesseja, joissa lopputuotteen tuottamiseen ei prosessihöyryä käytetä.

Lauhteenpoisto on tärkeä osa kaikkia höyryjärjestelmiä. Höyryn lauhtuminen kaasusta nesteeksi luovuttaa lämmön, jolla tuotantoprosessit kuten esimerkiksi lämmönsiirtimet toimivat. Lauhteenpoistin vapauttaa muodostuneen lauhteen ja poistaa lauhtumattomat kaasut oikeaan aikaan prosessilaitteista. Voidaan siis sanoa että oikein valittu lauhteenpoistin mahdollistaa kontrolloidun ja tehokkaan lauhtumisen tuotantolaitteissa. Siten lauhteenpoistimet vaikuttavat lopputuotteen laatuun, tuotannon nopeuteen ja tehokkuuteen ja tuotannon energiatalouteen.

Voi olla houkuttelevaa tarkastella lauhteenpoistimia tuotannosta irrallisina komponenteina ja jossain määrin unohtaa niiden vaikutus tuotantoon, tuotannon laatuun ja tehokkuuteen ja mahdollisen hävikin määrään tuotannossa. Seuraavat kysymykset ovat kuitenkin tärkeitä:

Saavuttaako tuotanto nopeasti halutun oikean tehokkaan tuotantolämpötilan vai onko käynnistys hidasta ja tuotannon ajettavuus ja säätäminen vaikeaa?

Toimiiko järjestelmä moitteettomasti vai esiintyykö, korroosiota, kulumista, vuotoja ja melua, aiheuttaen korkeita huoltokustannuksia?

Joudutaanko usein korjaamaan ja vaihtamaan sulku- ja säätöventtiileitä, lauhteenpoistimia ja tuotantolaitteita?

Usein pitää paikkansa, että jos johonkin käyttötarkoitukseen valitaan väärä lauhteenpoistin, syntyy haittoja. Joskus jopa tapahtuu niin että, lauhteenpoistimet tukkeutuvat ja lauhteenpoisto estyy. Esimerkiksi höyrynsiirtoputkessa, jos lauhteenpoistin tai -poistimia on tukkeutunut, kerääntyy höyrynsiirtoputken pohjalle lauhdetta, mikä aiheuttaa aallonmuodostusta ja eroosiota itse putkeen ja putkeen asennettuihin venttiileihin aiheuttaen huolto- ja korjauskustannuksia. Kostea höyry itsessään aiheuttaa hankaluuksia tuotantoon ja tuotannon hidastumista.

Kunnossapidon ammattilainen huomaa, että säätöventtiilien kuluminen, vuodot ja heikentynyt järjestelmän teho voidaan korjata lauhteenpoistinten säännöllisellä kunnonvalvonnalla. Kaikki mekaaniset laitteet kuluvat, eivätkä lauhteenpoistimet ole tästä poikkeus. Säännöllinen lauhteenpoistinten kunnonvalvonta auttaa havaitsemaan mahdolliset viat ja tarvittavat korjaavat toimenpiteet voidaan nopeasti havaita ja korjaavat toimenpiteet suorittaa.

Miksi lauhteenpoistimia käytetään?

Lauhteenpoistinten tehtävänä on poistaa lauhde ja samalla varmistaa, ettei höyryä pääse karkaamaan höyryjärjestelmästä.

Höyryjärjestelmä ei ole täydellinen ilman lauhteenpoistoa. Lauhteenpoistin on höyryjärjestelmän tärkein osa, koska lauhteenpoistimessa yhdistyvät höyrynkulutus ja lauhde-energian palautus takaisin kattilalaitokselle uudelleen höyrystykseen.

Lauhteenpoistin kirjaimellisesti poistaa lauhteen (ja lauhtumattomat kaasut) höyryjärjestelmästä, jolloin höyry pääsee käyttöpisteeseensä mahdollisimman kuivassa muodossa suorittaakseen lauhtumistehtävänsä tehokkaasti ja taloudellisesti.

Lauhteen, eli nesteeksi kondensoituneen höyryn, jonka lauhteenpoistimen on kyettävä käsittelemään, määrä vaihtelee suuresti. Lauhteenpoistimen on usein kyettävä poistamaan lauhde kylläisessä veden kiehumislämpötilassa heti kun lauhdetta muodostuu höyrynsiirtoputkeen tai lämmönsiirtimeen, jotta paras mahdollinen tuotannon teho saavutetaan. Joissakin tapauksissa voidaan lauhdetta hieman jäähdyttää ennenkuin lauhde poistetaan lauhdeputkistooon, esimerkiksi saattolämmityksissä.

Paine, jolla lauhteenpoistin voi toimia, voi olla täydestä tyhjiöstä yli 160 baariin, joskus jopa korkeampiin paineisiin. Näihin vaihteleviin olosuhteisiin on olemassa monia erilaisia lauhteenpoistimia, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa. Kokemus osoittaa, että lauhteenpoistimet ovat tehokkaimpia, kun niiden ominaisuudet vastaavat käyttötarkoitusta. On ratkaisevan tärkeää, että oikea lauhteenpoistin valitaan. Ensi silmäyksellä ei ehkä ole selvää, mitä nämä ehdot ovat. Ne voivat sisältää vaihteluita käyttöpaineessa, tehossa tai lauhdeverkoston vastapaineessa. Joskus lauhteenpoistimet voivat jopa altistua äärimmäisille lämpötiloille tai vesi-iskuille. Niiden on ehkä kestettävä korroosiota tai likaa. Riippumatta olosuhteista, joissa ne työskentelevät, on tärkeää valita oikea lauhteenpoistin, jotta saavutetaan paras kestävä ratkaisu ja optimaalinen tuotantoteho oikein valitulla lauhteenpoistimella.

Lauhteenpoistimen valinnassa huomioitavia seikkoja

Ilman ja lauhtumattomien kaasujen poisto

Kun höyryjärjestelmä suljetaan syntyy alipaine putkistoon, tuotantokoneisiin ja säiliöihin. Tämä johtuu höyryn lauhtumisesta eli siitä, kun höyry tiivistyy kaasusta nesteeksi ja sen tilavuus pienenee dramaattisesti aiheuttaen alipaineen. Tällöin putkistoon ja laitteisiin pääsee ilmaa johtuen alipaineesta. Ilma on eriste ja siten lämmitysajat moninkertaistuvat, jos ilmaa ei poisteta heikentämästä lämmönsiirtoa. Käynnistysajat pidentyvät ja laitoksen tehokkuus laskee. Ilma on parasta poistaa mahdollisimman pian ennen kuin se ehtii sekoittua tulevaan höyryyn laitosta käynnistettäessä. Siten vältetään ilman ja höyryn sekoittuminen ja kaasujen osapaineiden lasku, jolloin painemittarista ei enää voida lukea paineen mukaista tarkkaa kylläistä höyryn lämpötilaa. Luonnollisia asennuspaikkoja termostaattisille ilmanpoistimille ovat esimerkiksi höyrylinjan päät. Suurissa uuneissa, autoklaaveissa tarvitsee usein asentaa useita ilmanpoistimia, jotta kaikki ilma saadaan välittömästi pois tuotannon alkaessa. Termisen ilmanpoistimen poistoputki (DN15 -25) johdetaan vapaaseen tilaan ja turvalliseen paikkaan. Termostaattiset AV-ilmanpoistimet, jotka toimivat hyvin lähellä höyryn kylläistä lämpötilaa, ovat paras ratkaisu ilmanpoistoon, koska ne ovat täysin auki käynnistettäessä. Uimurilauhteenpoistimet (FT), joissa on aina vakiona terminen ilmanpoistin ovat myös hyvä valinta. Termodynaamiset lauhteenpoistimet tulee olla varustettu sisäänrakennetulla ilmanpoistimella, jotta ne pystyvät käsittelemään suuria ilmamääriä.

Lauhteenpoisto

Ilman poistumisen aikana ja sen jälkeen lauhteenpoistimen on poistettava muodostunut lauhde ja estettävä arvokkaan vesihöyryn vuotaminen lauhdelinjaan. Jos jostain syystä höyryä vuotaa, silloin ei saavuteta ns. kontrolloitua lauhtumista tuotantokoneessa ja tuotannosta tulee tehotonta ja epätaloudellista. Tehokas lauhteenpoistin estää vuodon ja höyry tekee työn lauhtumalla esimerkiksi lämmönsiirtimessä. Useimmiten hyvä lämmönsiirto on prosessin kannalta niin tärkeää, että lauhde on poistettava välittömästi kylläisen höyryn lämpötilassa. Myös höyrynsiirtoputkien lauhteenpoisto tulee tehdä ilman jäähdytystä välittömästi, jotta putkeen ei keräänny vettä huonontamaan höyryn laatua ja aiheuttamaan tuotteen mahdollista saastumista, kun höyryä esimerkiksi käytetään suoraan tuotteeseen.

Tuotanto

Kun ilman- ja lauhteenpoiston perusvaatimukset on mietitty, voidaan laitoksen toimintaan kiinnittää huomiota. Valittu lauhteenpoistimen malli vaikuttaa tähän. Esimerkiksi termostaattiset lauhteenpoistimet keräävät lauhdevettä eteensä, kunnes se jäähtyy riittävästi kylläisen lämpötilan alapuolelle. Kun lauhdetta kerääntyy lämmönsiirtopinnoille pienenee lauhtumislämmönsiirtoon käytettävä lämmönsiirtopinta-ala ja tuotannon teho laskee. Lauhteenpoisto matalimmassa mahdollisessa lämpötilassa voi tuntua erittäin houkuttelevalta, mutta yleensä useimmat sovellukset edellyttävät, että lauhde poistetaan prosessista höyryn lämpötilassa. Tähän tarvitaan lauhteenpoistimia, joiden toiminta ei ole lauhteen alijäähdyttämiseen perustuva termostaattinen periaate. Tällöin on käytettävä joko mekaanista tai termodynaamista lauhteenpoistinta, jotta lauhdetta ei tarvitse jäähdyttää.

Ennen kuin valitset tietyn lauhteenpoistimen, on otettava huomioon prosessin tarpeet ja määritettävä siten, minkä tyyppinen lauhteenpoistin vaaditaan. Tapa, jolla prosessi on kytketty höyry- ja lauhdejärjestelmään, voi siten määrittää, minkä tyyppinen lauhteenpoistin pystyy suorittamaan työn parhaiten. Kun valinta on tehty, seuraavaksi mitoitetaan lauhteenpoistin.

Tämä tehdään tarkastelemalla höyryjärjestelmää ja seuraavia prosessiparametreja:

- Lauhteenpoistimen suunnitteluarvot

- Höyryn paine&lämpötila ja lauhdejärjestelmän vastapaine

- Höyryn paine&lämpötila ja lauhdejärjestelmän vastapaine

- Virtaama kW tai kg/h

- Onko prosessi lämpötilaohjattu? Tarvitseeko lauhde poistaa alipaineesta?

Luotettavuus

Kokemus on osoittanut, että lauhteenpoistinten oikea valinta merkitsee luotettavuutta, tehokasta tuotantoa ja matalia kunnossapitokustannuksia.

Seuraavat syyt saattavat aiheuttaa höyry- ja lauhdejärjestelmään kunnossapitokustannuksia:

- Korroosio johtuen huonosta lauhteen laadusta. Tätä voidaan torjua mittaamalla lauhteen laatu, etsimällä saastumisen aiheuttanut vuotokohta (ristiinsaastuminen), kattila-automaatiolla ja hyvällä syöttöveden käsittelyllä.

- Vesi-iskut, jotka usein johtuvat siitä että, lauhdetta yritetään nostaa lämpötilasäätöisestä laitteesta, kuten esimerkiksi lämmönsiirtimestä.

- Lika jota syntyy ja on kerääntynyt järjestelmään. Tämä voidaan estää hyvällä vesikemialla, automaattisella pintapuhalluksella ja höyrykattila-automaatiolla.

- Puhdashöyryjärjestelmissä tulee käyttää haponkestävästä teräksestä valmistettuja puhdashöyrylauhteenpoistimia, johtuen muun muassa lauhdeveden hyvin matalasta johtokyvystä.

Paisuntahöyry

7 barg lauhtumispaineessa lauhdeveden lämpötila on 170,5 °C. Lauhdeputkessa paine lauhteenpoistimen jälkeen voi olla esimerkiksi ilmanpaine, eli 0 barg. Vesihän kiehuu ilmanpaineessa 100 °C:ssa, joten lämpötilojen mukainen kylläisen veden entalpiaerotus kiehuu uudelleen höyryksi paineen pudotessa seitsemästä baarista ilmanpaineeseen. Tätä höyryä kutsutaan paisuntahöyryksi. Tämä voi joskus hämmentää käyttäjää, jos lauhdetta poistetaan avoimeen tilaan lauhteenpoistimen jälkeen. Kyse on kuitenkin aivan luonnollisesta ilmiöstä.

Otetaanpa höyrytaulukosta esimerkki. Lauhde 7 bar(g):n paineessa sisältää energiaa 721 kJ/kg @ 170,5 °C:n lämpötilassa. Jos tämä tämä lauhde vapautuu ilmakehään (0 barg), nestefaasi @ 100 °C:ssa ja sisältää 419 kJ/kg energiaa. Ylimääräinen entalpiapitoisuus on siis 721 - 419 = 302 kJ/kg ja sen täytyy luonnonlakien mukaan höyrystyä uudelleen vesihöyryksi.

Tätä höyryä kutsutaan paisuntahöyryksi. Paisuntahöyryn määrä on helppo laskea seuraavasti:

Jos lauhteenpoistin päästää ilmakehään 500 kg/h lauhdetta 7 bar g:n paineella, syntyvän höyryn määrä on 500 x 0,134 = 67 kg/h, mikä vastaa noin 38 kW:n tehoa! On siksi hyvin tärkeää että paisuntahöyryn lämmöntalteenotto rakennetaan aina lauhdejärjestelmään.

Paisuntahöyryssä on siis merkittävä määrää hyödyllistä energiaa saatavilla, joka liian usein päästetään ""katolle"" hukkaan. Nykyaikaisessa lauhdejärjestelmässä paisuntahöyry käytetään aina hyödyksi.

Lauhteenpoistin mallit

Lauhteenpoistimet luokitellaan kolmeen eri ryhmään kansainvälisten standardien mukaan, kuten esimerkiksi ISO 6704:1982 mukaan.

Termostaattiset lauhteenpoistimet (jäähdyttävät lauhdetta)

Kylläisen höyryn lämpötila määräytyy sen paineen perusteella. Eli siis, jos paine tiedetään tunnetaan myös höyryn tarkka lämpötila kyseisessä paineessa. Höyry kaasufaasissa ei voi jäähtyä, koska lauhtuminen tapahtuu kylläisessä lämpötilassa. Kun lauhde on kerran muodostunut lauhdevesi voi jäähtyä. Termostaattiset lauhteenpoistimet mittaavat tätä lauhdeveden jäähtymistä, ja kun jäähtymistä on riittävästi tapahtunut lauhteenpoistin avautuu ja lauhde poistuu. Kun termostaattisen lauhteenpoistimen läpi virtaavan lauhteen lämpötila nousee riittävästi, termostaattinen lauhteenpoistin sulkeutuu.

Mekaaniset lauhteenpoistimet (poistavat lauhteen heti kylläisessä lämpötilassa)

Tämän tyyppinen lauhteenpoistin toimii havaitsemalla höyryn ja lauhteen tiheyseron. Näitä lauhteenpoistimia kutsutaan useimmiten uimurilauhteenpoistimiksi. Uimuripallo mittaa lauhteen pinnankorkeutta avaten ja sulkien lauhdepinnan alapuolella olevaa venttiiliä. Lisäksi nykyaikaisessa uimurilauhteenpoistimissa on aina terminen kapseli ilman- ja lauhtumattomien kaasujen poistoon.

Termodynaamiset lauhteenpoistimet

Toiminta perustuu höyryn ja lauhteen virtausnopeuden eroon. Lauhteen virtausnopeus kasvaa lauhteenpoistimen sisällä, mikä aiheuttaa paineen laskua (Bernoulli). Jos lauhteen lämpötila on hyvin lähellä kylläistä lämpötilaa lauhde höyrystyy ja termodynaaminen lauhteenpoistin sulkeutuu uudelleen höyrystyneen kuuman lauhteen seurauksena. Termodynaamiset lauhteenpoistimet jäähdyttävät lauhdetta erittäin vähän ja siksi soveltuvat erinomaisesti höyryn siirtoputkistojen lauhteenpoistoon. Ne ovat myös erittäin luotettavia ja sopivat matalista paineista erittäin korkeisiin höyrynpaineisiin tulistetulla ja kylläisellä höyryllä.