IoT моніторинг конденсатовідвідників через LoRaWAN

Інтернет речей у промисловості здатен контролювати роботу конденсатовідвідників. Ультразвукові датчики виявляють проблему у парових системах та теплообмінних апаратах на ранніх стадіях, ще й допоможуть скоротити споживання пари підприємством. Чим небезпечні зламані конденсатовідвідники і як відстежувати їхню роботу способами IIoT, розглянемо у кінці цієї статті від iotji.

Конденсатовідвідник, або ж steam trap – що це?

Пара має 100% насиченість, коли виходить з бойлера парової системи заводу чи фабрики. Рухаючись трубами підприємства, температура пари падає, деяка її частина конденсується і осідає у низинних місцях теплообмінних апаратів на виробництві. Утворений конденсат може стати причиною гідроударів, перепадів тиску у трубах, порушення теплопередачі та інших проблем, про які ми розкажемо нижче. Конденсатовідвідники як раз створені для відділення надлишкової води та газів від насиченої парової суміші, забезпечуючи при цьому мінімальні втрати корисної пари. Саме тому в англомовному світі конденсатовідвідники мають назву steam traps – пастки для пари. 

Якщо конденсатовідвідники ламаються: 
• виходить з ладу обладнання та з’являється загроза здоров’ю працівників
• погіршується якість продукції і зменшується виробна спроможність підприємства
• зростають витрати на технічне обслуговування обладнання 
• збільшується об’єм споживання палива, а від цього – витрати на енергоносії
• виробничі процеси не відповідають екологічним вимогам та нормативам 

Принцип роботи конденсатовідвідників подібний до автоматичного клапана, який відкривається та закривається для відводу конденсату та повітря з трубопроводу. Зламатися він може як в закритому, так і у відкритому стані. 

Якщо зламався закритий конденсатовідвідник 

Є ризик гідравлічного удару в трубопроводах

Гідравлічний удар – це стан, у якому краплі рідини застрягають між масами пари і сильно прискорюють свій рух. Прискорюючись краплі створюють ефект молота та можуть серйозно пошкодити обладнання заводу. Витікання пари з теплообмінника, вилітання лопатей турбін, витончення стінок зовнішнього краю вигину труби – лише декілька прикладів наслідків гідравлічного удару і чого можна уникнути, слідкуючи за роботою конденсатовідвідників. 

Зменшується термодинамічна ефективність пари

Вода, що не видаляється з парової системи, збирається в її нижніх точках та трубопроводах обладнання заводу. Одне з найпопулярніших місць осідання – теплообмінні апарати. Там паровий конденсат покриває труби, порушуючи теплопередачу. Пониження температури у парових системах спричиняє вповільнення виробничих процесів, впливає на якість продукції та виробну спроможність заводу чи фабрики. 

Наприклад, на підприємстві з виготовлення шин через несправні конденсатовідвідники доводиться переробляти цілі партії. Під час вулканізації температура обробки шин просто не досягає своєї норми, тому збільшується кількість дефектів і зростають фінансові збитки.

Через різкі перепади тиску розривається паропровід 

Якщо тиск у системі падає, конденсат може перетворюватись на пару. Під час випаровування будь-яке увімкнення чи вимикання насоса може зумовити значні скачки тиску у трубах. В цей час сильне навантаження на ущільнювачі, прокладки, різьбу з’єднань паропроводу спричиняє пошкодження обладнання та створює небезпечну ситуацію на підприємстві.  

Якщо зламався відкритий конденсатовідвідник 

Коли конденсатовідвідники виходять з ладу у відкритому положенні, вони постійно пропускають пару. Якщо конденсатовідвідник був підібраний з маленькою пропускною здатністю, його періодично доводиться продувати вручну, втрачаючи корисну пару. Втрати пари хоч і не загрожують виробничому процесу або безпеці працівників, але суттєво впливають на чистий прибуток підприємства. 

Зростають витрати на паливо 

Конденсатовідвідники великих паропроводів з високим тиском можуть пропускати пару в об’ємах більше 300 кг/год. Через це витрати заводу чи фабрики на парові системи можуть перевищувати мільйон гривень на рік.

Збільшується навантаження на котли 

З часом проліт пари зростає, а ефективність пароконденсатної установки зменшується. Керівник однієї нафтопереробної компанії підрахував, що 20% виробленої підприємством пари втрачались через несправні конденсатовідвідники і створювали фантомне навантаження на парові котли. Компанія заощадила кошти, бо обрала модернізацію конденсатовідвідників замість купівлі додаткового котла та витрат на збільшення потужності роботи парових систем.

Через маленьку пропускну здатність чи неправильну установку конденсатовідвідників для пари іноді доводиться відкривати байпаси чи удаватися до ручного продуву системи. Так можна швидко запустити паровий теплообмінник та скинути конденсат, але разом з тим ви витрачаєте більше ресурсів та споживаної потужності на прогрів котла. До того ж, разом з витратами на паливо зростає і ваш внесок у забруднення навколишнього середовища від спалювання більшого об’єму корисних копалин. 

Як часто відмовляють конденсатовідвідники

Згідно з дослідженням компанії Емерсон у 2011-2013 роках, конденсатовідвідники відмовляють на рівні 15-20% на рік. 

Існує декілька способів контролю роботи конденсатовідвідників – в основному вони перевіряються вручну працівниками підприємств. Кожен метод моніторингу вимагає певну кваліфікацію спеціаліста та спеціальне обладнання, та все ж багато проблем залишаються непоміченими протягом довгого часу. Людина може прийняти пролітну пару за пару вторинного кипіння або не почути шуми під час ультразвукової перевірки конденсатовідвідника. Через це зростає ризик аварій, незапланованих зупинок виробництва та ремонту обладнання на сотні тисяч гривень.

Як Інтернет речей з LoRaWAN захистить труби від конденсату?

Типів конденсатовідвідників багато, вони можуть бути встановлені у труднодоступних місцях, тому є сенс використовувати Інтернет речей як метод попередження гідравлічного удару. В універсальних IoT системах контролю промислового обладнання бездротові датчики LoRaWAN закріплюються на зонд чи рукав над конденсатовідвідником, і відправляють інформацію про показники його роботи кожні 15 секунд. Якщо виявляються первинні ознаки поломки, мережа LoRaWAN одразу ж повідомляє про це диспетчерів парових систем. 

Як застосовується Інтернет речей для захисту труб від конденсату? 

LoRaWAN пристрої відправляють сповіщення, якщо показники роботи конденсатовідвідника змінюються:
• термопари фіксують перепади на входах та виходах конденсатовідвідника
• виявлено швидкий перепад тиску у трубах
• ультразвукові датчики рівня рідини повідомляють, якщо у конденсатовідвіднику надто багато рідини
• промислові датчики температури передають сигнал, якщо падає температура стінок конденсатовідвідника

Як отримати сповіщення, що зламався конденсатовідвідник? 

Датчики передають дані на сервер, а звідти – на хмару. Це може бути Телеграм бот, консоль для керування на комп’ютері або приватна корпоративна хмара. Ви самостійно вирішуєте, хто з персоналу матиме доступ до IoT платформи і дашбордів, як часто LoRaWAN пристрої повинні відправляти показники і як має реагувати мережа LoRaWAN у випадку виявлення проблеми.

Наскільки економна IoT мережа?

Коли датчики не передають дані, вони знаходяться у сплячому режимі. Заряду батареї зазвичай вистачає на 3-5 років, тому розумні пристрої не потребують частого обслуговування. Завдяки датчикам ви моментально знатимете про первинні ознаки поломки конденсатовідвідника, і якщо негайно його оглянете та усунете проблему, зможете уникнути гідроудару зараз і заощадити на ремонті обладнання у майбутньому.

Як тестувати Інтернет речей в Україні? 

Ви можете замовити датчики для тестового використання у нас. iotji надає великий вибір IoT пристроїв для мережевого протоколу передачі даних LoRaWAN для відстеження роботи конденсатовідвідників. Заповніть форму нижче чи напишіть нам на sales@iotji.io, і ми надамо кваліфіковану консультацію про Інтернет речей та смарт технології.