Честный механический насос

Гилепп Павел Александрович, — технический директор ООО «Паровые системы» и партнер компании «Дипвест»

Выбор технически сложного оборудования всегда сопряжен с его правильным подбором. И здесь очень часто возникает вопрос: на какой ценовой сегмент ориентироваться? Закупщики требуют ценового дна, а здравый смысл говорит о том, что в дальнейшем это «дно» надо каким-то образом эксплуатировать. В понятие «ценового дна» мы вкладываем далеко не одну характеристику изделия, отраженную в названии этого ёмкого определения. Низкая цена, особенно, если она существенно ниже конкурентов, предполагает, что устройство обделено некоторыми полезными свойствами, на которых, собственно, производитель и сэкономил, чтобы получить конкурентное, прежде всего ценовое преимущество. Рассуждая о преимуществах и недостатках устройства, предполагается, что взгляд пользователя направлен на выбор лучшего варианта по совокупности характеристик. За редким исключением, только оценка всех значимых характеристик оборудования гарантирует оптимальный выбор. Какой из критериев является основным при выборе промышленного оборудования? Разумеется, это надежность. Если мы имеем в виду не бытовое оборудование, а промышленную технику, то, безусловно, надежность является неоспоримым аргументом при выборе любой промышленной техники. Нештатная остановка производственного процесса практически всегда сулит крупные убытки, величина которых практически не сопоставима со стоимостью деталей и элементов, вызвавших данную остановку. Поэтому жизненно важно, чтобы ни один элемент не выходил из строя ранее, чем плановый ППР мог бы предотвратить аварийную остановку производства. Что касается самих интервалов ППР, то, естественно, выгодно, чтобы эти интервалы между ППР были как можно более длинными.

Рассмотрим пример популярных в промышленности устройств — конденсатных насосов. Насосы являются частью станций сбора и возврата конденсата, присутствующих почти в каждом промышленном предприятии, где в качестве теплоносителя используется насыщенный пар. Пар является распространенным и порой незаменимым теплоносителем в процессах производства. Образующийся в теплообменных процессах конденсат необходимо возвращать обратно в котельную и по возможности как можно более горячим. Задача сбора и возврата конденсата является насущной. Кто считает деньги, никогда не станет выливать конденсат в канализацию, если есть техническая возможность его вернуть к источнику.

Обычным техническим решением задачи возврата конденсата является перекачивание конденсата электрическими насосами. Такой способ по ошибке называют «традиционным». Станция сбора и возврата конденсата представляет собой систему, состоящую из емкостного оборудования, трубопроводной арматуры, автоматики регулирования уровня и электрических насосов. Сказать, что система простая - не совсем верно. Ведь мы имеем в виду не бытовое оборудование, а промышленное, не так ли? Требование к надежности является неоспоримым требованием к любой промышленной технике, и если комплектовать станцию сбора и возврата конденсата техникой из бюджетных комплектующих, которые ориентированы не на промышленность, а, например, на системы теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования, то результат будет обычным для таких случаев: выходы из строя и недолгий срок службы.

Существует поверхностное мнение: «Возврат конденсата? Это же просто — взял бак, пару электродов, и насосики воткнул». Пройдем по порядку. Бак из углеродистой стали действительно доступен по цене. Но устраивает ли заказчика коррозия со скоростью 1 мм в год? Коррозия неизбежна, т. к. конденсат в большом баке остывает, и угольная кислота провоцирует интенсивную коррозию. Наилучший вариант — нержавеющее исполнение. Или стальной бак, но из толстостенной стали. А это уже не так дешево, не правда ли? Кроме того, бак занимает определенное пространство, занести его в помещение, а также вынести не всегда просто и быстро. Двигаемся далее. Чтобы насосы не работали в звонковом режиме, бак должен иметь запас объема, т. е. вмещать в себя достаточный объем конденсата, рассчитанный хотя бы на 10-15 минут непрерывного поступления конденсата до полного наполнения. Чем больше бак, тем он дороже. Перейдем к насосам. Действительно, предложений на рынке хватает, но проблемой является температура конденсата. Эксплуатация пароконденсатных систем сопряжена с рисками, что в конденсатных линиях может появляться пролетный пар. Причинами могут быть периодические неисправности конденсатоотводчиков, а также открытые байпасы на конденсатоотводчиках. Пролетный пар вызывает стремительное повышение температуры конденсата, и, как следствие, приводит к высоким рискам кавитации насосов. Работа в условиях кавитации приводит к разрушению крыльчатки насоса. Насосы, способные работать с горячим конденсатом при минимальном значении подпора без кавитации, являются достаточно дорогостоящими по отношению к стандартным общепромышленным насосам, которые можно применять для перекачивания конденсата. Далее идет автоматика. Естественно, никаких электродов...

Конденсат — это высокотемпературная и слабопроводящая среда. Вибрационные реле уровня или байпасные уровнемеры - вот основные приборы для данного применения. Посмотрим прайс-лист. Добавляем щит управления, кабельную продукцию, электроустановочные изделия, работы по сборке и наладке силовых и слаботочных цепей, получается сумма в несколько сот тысяч рублей вдобавок к стоимости бака и насосов. Таким образом, когда утверждается, что собрать станцию сбора и возврата конденсата с электрическими насосами просто и дешево, имеется в виду, что набор компонентов станции будет подобран с ценового дна рынка, не считая еще сборки и монтажа.

Кроме электрических, рынок предлагает иной класс насосов, а именно механические насосы (рисунок 1). Такие насосы приводятся в действие внешним источником движущей среды, которой является пар либо сжатый воздух. Принцип действия основан на вытеснении. Движущая среда вытесняет конденсат из тела насоса в конденсатную линию, по которой конденсат движется от насоса к следующему приемнику конденсата. Основное поле применения таких насосов — тяжелые условия эксплуатации, такие как:

• высокая относительная влажность, в т. ч. с конденсацией;
• запыленность и загрязнение окружающего пространства;
• загазованность;
• экстремально высокая или низкая температура окружающей среды, перепады температуры;
• перепады температуры рабочей среды — конденсата;
• слабое освещение;
• работа машин и механизмов, находящихся вокруг (таких как погрузчики, производственные механизмы, технологическое оборудование);
• ограниченная доступность обслуживающего персонала;
• перебои с подачей электроэнергии, скачки напряжения в сети, вибрации и т. п.;
• ограниченное пространство.

Конденсат водяного пара в промышленности — это не холодная вода. Пролетный пар вместе с конденсатом может периодически поступать в насос, разогревая конденсат до температуры 100 °С. Механические насосы предназначены для бесперебойной работы при самых неблагоприятных внешних условиях, где применение стандартных электрических насосов порой оказывается невозможным. Ниже перечислены основные преимущества механических насосов по сравнению с электрическими:

• Кавитация на механических насосах невозможна.
• Относительная влажность воздуха не влияет на работу. Насос может быть установлен в приямке и работать даже в полузатопленном состоянии.
• Грязь снаружи может осаждаться на корпусе насоса до нескольких сантиметров, и на работу насоса это не влияет.
• Электроэнергию механический насос не потребляет. Расход движущей среды (пара) составляет несколько кг/ч на одну тонну перекачиваемого конденсата, что при общей выработке пара на производстве находится в рамках погрешности измерения.
• Обычный серийный механический насос может устанавливаться во взрывоопасных зонах, т. к. в его конструкции отсутствуют электропотребляющие элементы.
• Для работы механического насоса не требуется конденсатная емкость, достаточно небольшого конденсатного коллектора (ресивера). В связи в тем, что конденсат в ресивере долго не задерживается, конденсат не успевает остывать, следовательно, концентрация угольной кислоты не велика, и не требуется выполнять ресивер из нержавеющей стали, как того требуют установки с электрическими насосами.
• Ремонт и обслуживание осуществляется одним слесарем-сантехником (обслуживание СВК на электрических насосах осуществляют три специалиста: слесарь-сантехник, специалист КИПИА и электрик).
• Занимаемая площадь, объем и вес станций с механическими насосами в два-три раза меньше, чем СВК с электрическими насосами.

Принципиально механический конденсатный насос — это устройство, разработанное специально для перекачивания горячего конденсата, что по умолчанию учитывает особенности работы и эксплуатации пароконденсатных систем.

Сравним различные типы конструкции механических насосов. Долгое время распространенным типом насоса на рынке Российской Федерации и странах бывшего Советского Союза был механический насос типа «ин-лайн» (рисунок 2).

Популярность была вызвана не столько преимуществами конструкции, сколько маркетинговыми усилиями одной из компаний-производителей, которая не имела в арсенале других конструкций. Сработал принцип: кто первый пришел, тот и первым стал популярен. В названии отражено, что вход и выход конденсатной линии расположены на одной горизонтальной продольной оси. Практического смысла в этом мало, т. к. в любом случае входная линия опускается к насосу сверху от ресивера, и как располагается вход относительно выхода на самом деле не имеет значения. К тому же и выход насоса тоже может быть ориентирован в любую сторону. Соосность входа и выхода в данном случае не нужна. Но исполнение «ин-лайн» прежде всего интересно тем, где расположена крышка и механизм насоса. Именно в расположении механизма находится основная болевая точка насоса. Как видно на рисунке 3, на крышке насоса подвешен весь механизм насоса, включающий:

• поплавок с пружинным переключателем;
• клапан входа движущей среды;
• клапан вентиляции.

Поскольку механизм буквально подвешен на длинных стойках, то колебания и вибрации существенно влияют на его надежность.Так как весь механизм является подвесным, он достаточно легкий и оттого уязвимый. Более того, даже транспортировка такого насоса сильно влияет на работоспособность. Не секрет, что многие насосы подлежат настройке сразу после распаковывания паллеты, на которой поступили от завода-изготовителя... На рисунке 4 изображен результат такого влияния — оторван один из двух клапанов.

Обслуживание насоса требует демонтажа крышки и всего механизма. Поскольку к крышке одновременно присоединена линия подачи движущей среды и линия вентиляции, то их также требуется демонтировать перед тем, как вынуть механизм. Не стоит забывать об обратном процессе. Герметизация сразу нескольких трубных соединений всегда ответственное и трудоемкое дело. Эти манипуляции требуют времени, а значит и затрат. Насосы типа «ин-лайн» просты в производстве. Не секрет, что многие производители попросту копируют одну и ту же конструкцию, конкурируя друг с другом в самом низком ценовом сегменте. Далеко не всем требуются именно такие насосы.

Самыми совершенными на сегодняшний день являются механические насосы с боковым расположением входа и выхода конденсата (рис. 5), а также входа движущей среды (пар/воздух) и вентиляции (рис. 6).

Поплавковый механизм в данном случае тоже находится сбоку, но с противоположной стороны от входа и выхода. Боковое присоединение движущей среды и вентиляции не мешает доступу к механизму. Сам механизм насоса не имеет длинных подвесов, он массивен и очень надежен. Ни вибрации, ни резкие удары на него не влияют. Доступ к механизму осуществляется сбоку. Для этого необходимо отодвинуть вбок крышку, при этом механизм насоса не требует полного демонтажа ни для простого визуального осмотра, ни для ремонта. Ремонт можно осуществлять, не отсоединяя насос от магистралей, что в разы ускоряет (а значит и удешевляет) процесс ремонта.

Важной особенностью механизма насоса конструкции TLV является пружина, которая всегда находится под напряжением (как в сжатом, так и в разжатом состоянии). Пружина не имеет дребезга при цикличных переключениях. От надежности пружинного механизма зависит общая надежность насоса, а высокая надежность пружины — основа устойчивой работы насоса.

Полезной функцией является установка счетчика импульсов на насос. Счетчик в режиме реального времени считает количество срабатываний насоса. Подсчет срабатываний дает пользователю информацию о ресурсе насоса. Это позволяет планировать планово-предупредительные ремонты. По количеству срабатываний можно определять расход конденсата. Это важная функция, т. к. крайне редко на предприятиях предусмотрен учет расхода пара/конденсата на локальных потребителях. Хотя счетчик импульсов — это не расходомер, все же данные о расходе он дает получить, и эта информация никогда не бывает лишней.

Механические насосы с боковым дизайном расположения механизма на сегодняшний день стали стандартом промышленного применения. По сравнению с насосами типа «ин-лайн» они гораздо более надежные и требуют существенно меньше затрат на ремонт и обслуживание. Это честные насосы, изначально приспособленные для тяжелых условий эксплуатации, а в промышленности легких и не бывает. Безостановочная работа систем и средств возврата конденсата является залогом высокой эффективности и безопасности работы любой пароконденсатной системы, и конденсатный насос как неотъемлемая часть этой системы должен полностью соответствовать всем заявленным требованиям. Сфера применения механических насосов покрывает область низких и средних расходов конденсата: от нескольких кг/ч до 10-12 тонн/ч. Более высокие расходы конденсата экономически целесообразнее перекачивать электрическими насосами, т. к. модельный ряд механических насосов большинства производителей ограничен указанными величинами. Категорические заявления некоторых пользователей о том, какой именно класс насосов лучше — электрические или механические, являются иллюзорными. Эффективные, надежные и безопасные станции сбора и возврата конденсата можно выполнить любыми из них. Основной вопрос всегда заключается в правильной формулировке технических условий и требований, а также в выборе конкретных моделей как самих насосов, так и элементов их обвязки.