Потери пара через неисправный конденсатоотводчик: расчёт

Потери пара через конденсатоотводчик, застрявший в открытом положении, оценивают по формуле Напьера: W (кг/ч) = 0,24725 × P × D², где P — абсолютное давление пара в барах, D — диаметр седла в миллиметрах. При давлении 10 бар изб. и седле 3 мм получается около 24,5 кг/ч, или примерно 215 т пара в год при круглосуточной работе. Деньги считают, умножив тонны на себестоимость пара.

Формула Напьера

Каждый конденсатоотводчик имеет внутреннее отверстие (седло), которое ограничивает потери, если отводчик отказал открытым. Поэтому для оценки потерь используют формулу истечения пара через отверстие с острой кромкой, предложенную Напьером. Ирландское энергоагентство SEAI рекомендует её как основной метод для расчёта экономии от замены отводчиков: ей нужны всего два параметра, которые известны для каждого отводчика.

Единицы	Формула	Обозначения
СИ	W = 0,24725 × P × D²	W — потери, кг/ч; P — абсолютное давление перед отверстием, бар (избыточное + атмосферное); D — диаметр отверстия, мм
Британские	W = 24,24 × P × D²	W — фунт/ч; P — psia; D — дюймы

Важно: давление берут абсолютное. К манометрическому значению прибавляют атмосферное, около 1,013 бар.

Таблица потерь по формуле Напьера

Расчёт по формуле для отводчика, полностью открытого и сбрасывающего пар без противодавления, кг/ч:

Давление, бар изб.	Седло 2 мм	3 мм	5 мм	8 мм
3	4,0	8,9	24,8	63,5
6	6,9	15,6	43,3	111,0
10	10,9	24,5	68,1	174,3
16	16,8	37,9	105,2	269,2

Потери растут пропорционально квадрату диаметра: седло вдвое больше теряет вчетверо больше пара.

Сверка с таблицей DOE

Министерство энергетики США (DOE) в Steam Tip Sheet #1 приводит свою таблицу по данным Boiler Efficiency Institute: пар сбрасывается в атмосферу через отверстие с коэффициентом расхода 0,72.

Диаметр отверстия, дюйм	15 psig	100 psig	150 psig	300 psig
1/32	0,85	3,3	4,8	–
1/16	3,4	13,2	18,9	36,2
1/8	13,7	52,8	75,8	145
3/16	30,7	119	170	326
1/4	54,7	211	303	579
3/8	123	475	682	1 303

Значения в фунтах пара в час. Для сравнения: 150 psig — это около 10,3 бар изб., 1/8 дюйма — 3,175 мм. По таблице DOE потери составляют 75,8 фунт/ч (около 34 кг/ч), по формуле Напьера — около 62 фунт/ч (около 28 кг/ч). Методики дают разные числа, поэтому любой расчёт — это оценка, а не измерение. Важно один раз выбрать метод и применять его ко всем отводчикам одинаково.

Пример расчёта

Исходные данные:

• давление пара 10 бар изб., то есть P = 10 + 1,013 = 11,013 бар абс.;
• седло отводчика 3 мм;
• система работает круглосуточно, 8 760 ч в год (как в примере DOE);
• стоимость пара — условно 10 000 ₸ за тонну. Это не тариф и не рыночная цена, а число для демонстрации расчёта. Подставьте себестоимость пара своей котельной или цену покупного пара.

Расчёт:

1. Потери в час: W = 0,24725 × 11,013 × 3² = 24,5 кг/ч.
2. Потери в год: 24,5 кг/ч × 8 760 ч = 214,7 т пара.
3. Деньги, верхняя оценка: 214,7 т × 10 000 ₸/т ≈ 2,15 млн ₸ в год.
4. С поправкой на частичный пропуск: SEAI принимает 50 % от расчётного значения, чтобы учесть, что отводчик может быть открыт не полностью. Тогда 107,4 т пара и около 1,07 млн ₸ в год по одному отводчику.

Тот же отводчик с седлом 6 мм при 10 бар теряет вчетверо больше: около 98 кг/ч, или 859 т пара в год до поправки.

Для сравнения, в примере DOE отводчик на линии 150 psig с отверстием 1/8 дюйма теряет 75,8 фунт/ч, а при стоимости пара 10 долларов за 1000 фунтов ремонт экономит 6 640 долларов в год.

Почему расчёт — верхняя граница

Формула описывает истечение пара через полностью открытое отверстие с острой кромкой. На практике:

• Отводчик открыт частично. По данным SEAI, отводчик, застрявший открытым, не обязательно пропускает 100 % расчётного потока: конструкция седла ограничивает пропуск. SEAI для расчёта экономии принимает поправку 50 % и упоминает производителя, который в отчётах по аудиту отводчиков использует 33 %.
• Измерить пропуск напрямую обычно нельзя. SEAI отмечает, что на большинстве площадок измерить потери пара через отводчики невозможно, поэтому их оценивают инженерным расчётом, и любой расчёт остаётся оценкой.

Поэтому для отчёта о потерях честнее давать диапазон: расчётное значение и значение с поправкой.

Сколько отводчиков обычно неисправно

По данным DOE (Steam Tip Sheet #1):

• в системах без обслуживания в течение 3–5 лет отказывают от 15 до 30 % установленных отводчиков, и острый пар уходит в систему возврата конденсата;
• при регулярной программе обслуживания пропускающие отводчики должны составлять менее 5 %;
• если в системе больше 500 отводчиков, обследование почти наверняка покажет значительные потери пара.

SEAI добавляет, что по результатам аудитов сообщалось о доле отказов до 20 %, а даже у более надёжных отводчиков — 12,5 %.

Как часто проверять

Давление пара	Периодичность проверки по DOE
Высокое, 150 psig (около 10,3 бар изб.) и выше	еженедельно – ежемесячно
Среднее, 30–150 psig (около 2–10 бар изб.)	ежемесячно – ежеквартально
Низкое, ниже 30 psig (около 2 бар изб.)	ежегодно

DOE также советует рассмотреть онлайн-мониторинг для самых важных отводчиков и вести учёт найденных дефектов, чтобы подтверждать экономию в деньгах.

Как найти неисправный отводчик ультразвуком

DOE называет четыре способа проверки отводчиков: по температуре, звуку, визуально и электронными средствами. Ультразвуковой контроль по рекомендациям SDT выглядит так:

1. Послушайте исправный цикл. Прежде чем ставить диагноз, коснитесь контактным датчиком установки и запомните, как звучит отводчик в нормальной работе.
2. Поставьте контактный датчик на корпус отводчика. Исправный отводчик слышен циклами открытия и закрытия.
3. Оцените характер сигнала:

Что слышно	Состояние отводчика
Чередование тишины и сброса	Работает, циклирует
Постоянный турбулентный шум	Застрял открытым, пропускает пар
Тишина	Застрял закрытым
Механический дребезг	Клапан «трепещет», часто открываясь и закрываясь

4. Измерьте температуру до и после отводчика. Это второй признак: по SDT, полную проверку дают ультразвук и температура вместе.
5. Запишите результат для каждого отводчика: место, тип, давление, диаметр седла и диагноз. По этим данным потом считают потери по формуле выше.

Подробная методика по типам отводчиков — в статьях «Проверка конденсатоотводчиков ультразвуком» и «Диагностика конденсатоотводчиков: типы и неисправности». Как связать обход с расчётом энергии — в статье «SDT270 и TRAPChecker: энергоаудит конденсатоотводчиков».

Калькулятор потерь

Посчитать потери по всему парку отводчиков можно в калькуляторе потерь пара на конденсатоотводчиках. Он использует ту же формулу Напьера, а деньги считает через тариф на тепловую энергию в тенге за Гкал и КПД котельной.

Какой прибор выбрать

• Обход парка отводчиков — TRAPChecker: по описанию SDT, простой ультразвуковой прибор для оценки состояния конденсатоотводчиков и арматуры; он улавливает турбулентность внутри неисправного отводчика или пропускающего клапана.
• Программа обследования с маршрутами и историей — SDT270.
• Отводчики плюс другие задачи (подшипники, смазка, электрика) — SDT340, универсальный ультразвуковой прибор SDT.

KEG TRK поставляет эти приборы в Казахстане и помогает подобрать их под задачу. Цена по запросу.

Источники

• U.S. Department of Energy, Advanced Manufacturing Office. Inspect and Repair Steam Traps, Steam Tip Sheet #1 (DOE/GO-102012-3401, January 2012): https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/steam1_traps.pdf
• Sustainable Energy Authority of Ireland (SEAI). Guidelines for claiming energy savings from steam trap replacement (2023): https://www.seai.ie/publications/SEAI-Guidelines-for-claiming-energy-savings-from-steam-trap-replacement.pdf
• SDT Ultrasound Solutions. Steam Trap Testing and Maintenance: https://sdtultrasound.com/applications/steam-trap-testing/
• SDT Ultrasound Solutions. TRAPChecker: https://sdtultrasound.com/products/checker-range/trapchecker/