Węże do pary wodnej i końcówki
Węże do pary wodnej – informacje ogólne
Mimo, że wiek pary definitywnie przeminął wiele lat temu wraz z parowcami i lokomotywami parowymi, para wodna nadal stanowi jedno z najważniejszych mediów w przemyśle i energetyce, służąc do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach, do ogrzewania (para energetyczna – sieci ciepłownicze, ogrzewanie urządzeń przemysłowych np. suszenie drewna, wulkanizacja wyrobów gumowych), jako nośnik ciepła w procesach przemysłowych (para technologiczna – farbowanie tkanin, pralnie, formowanie wyrobów z tworzyw sztucznych), do przetwarzania żywności w przemyśle spożywczym (para czysta), do sterylizacji, do nawilżania powietrza w pomieszczeniach czystych, do czyszczenia urządzeń i wyposażenia przemysłowego w wielu dziedzinach przemysłu.
W instalacjach parowych para przepływa sztywnymi przewodami – rurociągami parowymi. W przypadku konieczności zastosowania połączeń giętkich stosowane są elastyczne węże do pary.
Do pary wodnej można stosować:
- specjalne gumowe węże do pary wodnej;
- węże stalowe;
- węże teflonowe;
Węże stalowe i teflonowe stosowane są przede wszystkim w urządzeniach i maszynach, gdzie oba końce przewodu elastycznego są zamontowane w maszynie (możliwy jest przewidywalny ruch przewodu wymuszony pracą maszyny). Węże gumowe do pary wodnej używane są najczęściej jako dłuższe wielometrowe przewody, przeznaczone do obsługi ręcznej. Wynika to z wyższej odporności węży gumowych na zewnętrzne warunki pracy oraz racjonalności kosztów (drogie okucia specjalne do węży gumowych do pary, tańszy wąż gumowy, drogi wąż stalowy lub teflonowy, tańsze okucia do tych węży).
Gumowe węże do pary wodnej zaprojektowane są do przewodzenia pary nasyconej, dla której temperatura i ciśnienie są ze sobą ściśle powiązane. Para nasycona może znajdować się w całości w stanie gazowym (para nasycona sucha) lub zawierać kropelki wody (para nasycona mokra). Dla żywotności węży gumowych do pary istotne jest utrzymywanie warunków pracy (ciśnienie i temperatura) odpowiadających parametrom pary nasyconej.
| TEMPERATURA (T) PARY WODNEJ NASYCONEJ W FUNKCJI NADCIŚNIENIA (P) W INSTALACJI | ||||||||||||||||||||||
| P[bar] | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| T[ºC] | 100 | 120 | 134 | 144 | 152 | 159 | 165 | 171 | 175 | 180 | 184 | 188 | 192 | 195 | 198 | 201 | 204 | 207 | 210 | 213 | 215 | |
p
Ze względu na odporność na temperaturę podstawowym materiałem warstwy wewnętrznej gumowych węży do pary jest guma EPDM lub guma butylowa (IIR). Dla węży do pary niskociśnieniowej (do kilku bar) lub węży przeznaczonych do krótkotrwałego użycia z parą niskociśnieniową stosowane są mieszanki SBR/EPDM lub guma NBR. Wzmocnienie węży stanowi miękki kord lub oplot tekstylny (para niskociśnieniowa do ok. 6 bar) lub wzmocnienie z drutów stalowych (węże do pary wysokociśnieniowej do 18 bar). Druty stalowe wzmocnienia powinny być pokryte mosiądzem dla odporności na korozję. Warstwa zewnętrzna wykonana jest standardowo z gumy EPDM lub – w celu uzyskania odpowiedniej odporności na środowisko zewnętrzne np. olej, tłuszcze – z gumy NBR, CR lub odpowiednich mieszanek. Warstwa zewnętrzna powinna być mikroperforowana w celu uniknięcia powstawania bąbli.
- Typ 1: niskociśnieniowe (maksymalne ciśnienie robocze 6 bar, temperatura pracy +164ºC);
- Typ 2: wysokociśnieniowe (maksymalne ciśnienie robocze 18 bar, temperatura pracy +210ºC).
Oba typy mogą występować w dwóch wariantach: - Klasa A: warstwa zewnętrzna nieodporna na olej;
- Klasa B: warstwa zewnętrzna odporna na olej;
oraz w dwóch wersjach właściwości elektrycznych: - elektrycznie ciągłe (z linką miedzianą), oznaczone „M”;
- elektrycznie przewodzące (guma przewodząca), oznaczone „Ω”.
Norma określa szereg wymagań dla węży i kompletnych przewodów, w tym: średnicę wewnętrzną i zewnętrzną, konstrukcję, materiały, odporność na działanie pary, oznakowanie, testowanie itd. Węże niskociśnieniowe posiadają wzmocnienie tekstylne, węże wysokociśnieniowe wzmocnienie z drutów stalowych. Warstwa zewnętrzna mikroperforowana (pinpricked). Współczynnik bezpieczeństwa dla węży do pary wynosi 10 (tzn. dla maksymalnego ciśnienia roboczego 18 bar ciśnienie rozerwania wynosi minimum 180 bar, ciśnienie testowania 90 bar). W praktyce dużo typów węży do pary dostępnych na rynku i znajdujących się w użyciu spełnia tylko częściowo wymagania standardu EN ISO 6134. Prawidłowe ich użytkowanie jest bezpieczne i zwykle ekonomicznie uzasadnione – są one tańsze. Jednakże, stosowanie droższych węży odpowiadających w pełni wymaganiom normy EN ISO 6134 zwiększa bezpieczeństwo, bezawaryjność i żywotność giętkich przewodów parowych w instalacji.
| główne formy ataku pary na wąż gumowy | powód |
|---|---|
| łuszczenie (popcorning), separacja warstwy wewnętrznej | wnikanie kondensatu do warstwy wewnętrznej |
| korozja wzmocnienia stalowego | wnikanie kondensatu i gazów do warstwy wewnętrznej i wzmocnienia |
| efekt termoplastyczny | gorąca woda o zbyt wysokiej temperaturze |
| przegrzanie, utlenianie i pękanie warstwy wewnętrznej | para przegrzana, para sucha |
Popcorning i separacja warstwy wewnętrznej – wnikanie kondensatu
Zjawisko zwane popcorning polega na tym, że kondensat (woda) wnika w ściankę wewnętrznej warstwy węża. Takie zjawisko pojawia się zawsze, gdy węże pracują przy niskiej temperaturze z wysokim udziałem frakcji kondensatu w parze (para mokra), lub gdy para zostanie schłodzona bez opróżniania węża. Ponieważ występowanie efektu popcorningu jest warunkowane głównie sposobem użytkowania węża. Waż powinien być opróżniony z pary po użyciu, aby uniknąć gromadzenia się kondensatu. Kondensat penetruje w głąb materiału elastomerowego, wypełniając jego mikropory. Gdy przepływ pary jest powtórnie załączony, wypełniający pory kondensat zostaje podgrzany i zamienia się w parę. Zamiana w parę powoduje gwałtowne zwiększenie objętości (z jednej objętości kondensatu powstaje wielokrotnie więcej pary) i „wybuchowe” wyrzucenie kondensatu z materiału, rozrywające warstwę wewnętrzną i powodujące zniszczenia o wyglądzie zbliżonym do powierzchni popcornu lub kalafiora. Podobny mechanizm działa w przypadku separacji (oddzielenia) warstwy wewnętrznej, co doprowadzić może do zablokowania przepływu przez wąż.
Nie powinno się dopuszczać do pozostawania schłodzonego kondensatu pary w wężu gumowym, należy go opróżnić po użyciu („ DRAIN AFTER USE” – zalecenie często podawane przez producentów węży do pary).
Korozja wzmocnienia stalowego – wnikanie kondensatu i gazów
Korozja wzmocnienia z drutów stalowych zachodzić może zarówno poprzez odsłonięcie oplotu poprzez spękania warstwy zewnętrznej jak i poprzez wnikanie kondensatu w mikropory warstwy wewnętrznej. Dodatkowo, zawarte w parze gazy pochodzące z rozpuszczonego w wodzie powietrza (tlen i dwutlenek węgla) również wnikają w materiał węża i stanowią silny czynnik korozji, która w wysokiej temperaturze może postępować bardzo szybko. Dlatego druty wzmocnienia powinny być zabezpieczone np. przez pokrycie mosiądzem. Z drugiej strony odpowiednie przygotowanie chemiczne wody kotłowej, z której jest wytwarzana para i jej deaeracja (usunięcie powietrza) jest bardzo ważne.
Efekt termoplastyczny – gorąca woda a para nasycona
Efekt termoplastyczny to uplastycznienie i utrata własności mechanicznych materiału ścianki węża w wyniku nagrzania poprzez przepływ ciepła pary lub gorącej wody do ścianki węża. Gumowe węże do pary przeznaczone są do pracy z parą nasyconą. Para nasycona jest specyficznym medium, w którym w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem mogą istnieć obie fazy: gazowa (para) i ciekła (kondensat). Para nasycona przepływając przez wąż lub rurę oddaje ciepło chłodniejszej wewnętrznej powierzchni ścianki węża i kondensuje się w postaci kropli lub cienkiej warstwy kondensatu, która oddziela gorącą parę od ścianki węża. Dodatkowo, zwykle w wodzie używanej do wytworzenia pary rozpuszczone jest powietrze, które podczas podgrzewania uwalnia się i tworzy bardzo cienką warstwę pomiędzy parą a kondensatem. Te dwie warstwy (powietrze i kondensat) o niskiej przenikalności cieplnej izolują gorącą parę od wewnętrznej powierzchni gumowej ścianki węża (rysunek A).
W przypadku gorącej wody brak jest tych warstw izolujących i temperatura gumy na wewnętrznej powierzchni ścianki węża, jak również w całym przekroju ścianki i na zewnętrznej powierzchni węża może być znacząco wyższa, nawet gdy wąż pracuje z gorącą wodą o niższej temperaturze, niż dla pary nasyconej (rysunek B). Efektem jest duże osłabienie wytrzymałości ciśnieniowej węża, jak również szybka, duża i trwała deformacja gumy pod zaciskami okuć węża.
Węże gumowe do pary mogą być stosowane do gorącej wody o temperaturze maksymalnie około 90 ÷ 100ºC – chyba, że producent potwierdzi inaczej.
Przegrzanie, utlenianie i pękanie warstwy wewnętrznej – para sucha, para przegrzana
Utlenianie jest starzeniem materiału węża spowodowanym przez tlen zawarty w parze. W wysokich temperaturach zachodzi szybko powodując twardnienie gumy warstwy wewnętrznej i jej pękanie. Szczególnie w warunkach pary suchej, pary przegrzanej brak jest cienkiej warstewki płynnego kondensatu bezpośrednio przy ściance węża obniżającego jej temperaturę (rysunek C), a guma warstwy wewnętrznej jest wystawiona bezpośrednio na suchą, gazową, gorącą parę powodując jej „upieczenie”, stwardnienie i spękanie. Niektóre typy węży dopuszczone są do chwilowego użytku w warunkach pary przegrzanej (do 18 bar, do 232ºC), jednakże dłuższe użycie w tych warunkach znacząco skraca żywotność węża. Para przegrzana, sucha, niszczy wąż szybko również przy temperaturach niższych od maksymalnych temperatur pracy węża.
Dlatego:
- Nie należy stosować standardowych węży gumowych do pary nasyconej do warunków pary przegrzanej, pary suchej. Takie warunki mogą być dopuszczone tylko chwilowo, jeżeli w opisie węża przewidziano taką możliwość.
- Należy unikać samorzutnego przejścia w instalacji pary nasyconej w parę przegrzaną poprzez nagłą zmianę np. zwiększenie przekroju (średnicy) instalacji lub otwarcie zaworu, skutkujące spadkiem ciśnienia.
Do pary przegrzanej można stosować węże metalowe lub węże teflonowe – w zakresie ich parametrów pracy.
Lista produktów:
Potrzebujesz pomocy przy doborze produktu lub nie znalazłeś właściwego produktu?
FAQ – Węże do pary wodnej i końcówki
Węże gumowe do pary mogą być stosowane do gorącej wody o temperaturze maksymalnie około 90 ÷ 100°C – chyba, że producent potwierdzi inaczej.
W przypadku węży do pary wodnej należy stosować końcówki zaprojektowane i przeznaczone do pary wodnej. Najpopularniejszym stosowanym rozwiązaniem jest standard EN 14423. Do tego typu końcówek dedykowane są specjalne obejmy skorupowe do pary wodnej wykonane wg tego samego standardu. Bezwzględnie nie należy stosować dla gumowych węży do pary wodnej końcówek zakuwanych trwale za pomocą tulei zaciskowych. Taki sposób montażu nie umożliwia dokręcenia zacisku w okresie eksploatacji węża, a ze względu na stopniową utratę własności sprężystych gumy może doprowadzić do przecieku lub nawet katastrofalnego w skutkach wyrwania końcówki z węża. Montaż końcówek za pomocą tulei zaciskowych jest dozwolony w przypadku stosowania węży teflonowych. W przypadku węży stalowych stosuje się końcówki spawane.
Węże do pary wodnej mogą być stosowane wraz ze zwijarkami bębnowymi pod warunkiem zachowania odpowiednich zasad eksploatacji. Przed zastosowaniem takiego zestawu wąż musi być całkowicie rozwinięty. Należy również pamiętać o okresowym sprawdzaniu stanu technicznego węża oraz kontroli siły dokręcenia obejm skorupowych. Podczas pracy bęben może nagrzewać się do wysokich temperatur więc należy zadbać o bezpieczeństwo operatora.
W środowisku zaolejonym można stosować tylko węże do tego przeznaczone. W opisie produktu musi zostać wyraźnie wskazane, że warstwa zewnętrza węża jest odporna na olej. Jeżeli wąż wykonany jest według standardu EN ISO 6134 należy zwrócić uwagę czy klasa węża określona jest jako „B”. Węże klasy „A” nie się odporne na środowisko zaolejone.
Gumowe węże do pary wodnej należy opróżnić po każdym użyciu. Pozostawienie kondensatu w wężu sprawia, że wnika on w ściankę warstwy wewnętrznej węża. Przy ponownym rozgrzaniu zwiększa swoją obecność zamieniając się w parę i niszczy warstwę wewnętrzną (zjawisko „popcorningu”). W przypadku kiedy kondensat przeniknie do oplotu stalowego, może doprowadzić do jego korozji i znacznego osłabienia konstrukcji węża.
Dodatkowe informacje:
Jak bezpiecznie wybrać i użytkować gumowy wąż do pary wodnej?
Dowiedz się więcej!