Aké miesto má para v moderných priemyselných procesoch? Vedia priemyselné podniky dostatočne vyhodnotiť jej potenciál a možnosti?
Para hrá významnú úlohu v súčasnom priemysle. Je spolu s vodou dôležitým médiom pri dodávke tepla, výrobe elektrickej energie či priamo pri vykonávaní mechanickej práce. James Watt svojím vynálezom parného stroja zmenil hospodárstvo na celom svete. V 19. storočí nastala explózia vo využívaní parnej energie, ktorá odštartovala priemyselnú revolúciu, a preto toto storočie historici pomenovali storočím pary. Nastalo masové rozšírenie používania pary v priemysle a v doprave. Napriek tomu, že para je energetické médium, ktoré sa používa už niekoľko storočí, jej význam neklesá a aj dnes je neoddeliteľnou súčasťou v moderných technológiách. Para je prostriedok, ktorý zabezpečí dodávku regulovaného množstva energie od zdroja až na miesto spotreby. Para by mala mať na mieste spotreby správny tlak a teplotu, mala by byť suchá a čistá, bez vzduchu a neskondenzovateľných plynov a v správnom množstve. Treba rozlišovať medzi parou mokrou, nasýtenou alebo prehriatou. Každá má iné vlastnosti, nesie inú energiu a má rôzne využitie. V každom prípade para je stále jedno z najrozšírenejších energetických médií a má veľa možností využitia. Môže byť využitá na vykurovanie, procesné aplikácie alebo sterilizáciu. Na príklade nemocnice môžeme demonštrovať, že paru vyrobenú v účinnom centrálnom zdroji možno využiť na vykurovanie areálu nemocnice, vlhčenie vzduchu, varenie jedla v centrálnej kuchyni, pranie bielizne aj pri sterilizácii.
Na aké typy priemyselných procesov je výhodné využiť paru?
Bez pary by sme si nevedeli predstaviť náš potravinársky (spracovanie mäsa, výroba piva, cukru, škrobu, mliečnych výrobkov), chemický, papierenský, textilný a ďalší priemysel vrátane výroby elektrickej energie. Para sa využíva od veľkých rafinérskych spoločností až po malé práčovne. Medzi procesy, kde sa využíva para, patrí ohrev, chladenie, lisovanie, čistenie, roztápanie, pečenie, sušenie, sterilizácia, vlhčenie atď. Zaujímavé použitie pary môžeme vidieť aj pri lisovaní pneumatík, sušení celulózy a papiera, výrobe kobercov, lepenky, kondómov, bublinkových fólií či instantného mlieka, kávy a zemiakových čipsov, pri umývaní a sterilizácii fliaš a pivných sudov, pri farbení tenisových loptičiek, šúpaní zemiakov a inde.
Aké sú výhody a prednosti parokondenzátnych systémov v porovnaní s inými typmi systémov dodávajúcich teplo či energiu?
Vody je dostatok a je relatívne lacná. Vo svojej plynnej podobe je vodná para neviditeľná, bezpečná, šetrná k životnému prostrediu a je to účinný energetický nosič s vysokým tepelným obsahom. Para nesie päť- až šesťkrát viac energie ako porovnateľné množstvo vody. Keď sa voda ohrieva v kotle, absorbuje energiu, v závislosti od tlaku sa pri danej teplote odparuje a vzniká para. Platí priama závislosť medzi tlakom a teplotou, čím vyšší tlak, tým vyššia teplota. Para obsahuje veľké množstvo uloženej energie, ktorá môže byť dodaná do výrobného procesu. Para môže byť ľahko a lacno dopravená na miesto spotreby a nevyžaduje drahé obehové čerpadlá. Vďaka vysokému tepelnému obsahu stačí na dopravu pary pri vyššom tlaku potrubie s menším priemerom, pričom parametre pary sú upravované na mieste spotreby, ak je to potrebné. Para sa jednoducho reguluje, keďže, ako som už spomínal, platí priamy vzťah medzi tlakom a teplotou. Pri odovzdávaní tepla sa vyznačuje vysokým koeficientom prestupu tepla a tým, že kondenzuje a premieňa sa naspäť na kvapalinu. Keďže kondenzuje pri konštantnej teplote, nevzniká na teplovýmennej ploche teplotný rozdiel a tým sa zvyšuje aj kvalita samotného produktu. A nakoniec, para nie je len vynikajúci energonosič, ale je tiež sterilná, a preto populárna v potravinárskom a farmaceutickom priemysle; je široko rozšírená v nemocniciach, kde sa využíva na sterilizáciu a na vlhčenie.
Aké sú najčastejšie nedorozumenia a chyby pri navrhovaní parokondenzátnych systémov?
V súčasnosti je veľa starých parokondenzátnych systémov predimenzovaných, hlavne čo sa týka potrubných rozvodov, z čoho vyplývajú zbytočné tepelné straty. Zlé spádovanie a následne chýbajúce odvodnenie na danej trase zvyšuje riziko vodných rázov. Keďže para vplyvom tepelných strát kondenzuje a na vnútorných stenách potrubia vytvára kvapky kondenzátu, postupne vzniká na vnútornom povrchu potrubia súvislý film kondenzátu, ktorý sa následne pôsobením gravitácie začína na dne potrubia hromadiť. Nedostatočné odvodnenie môže časom spôsobiť vytvorenie vodnej zátky, ktorá, keďže je následne unášaná prúdom pary, má značnú kinetickú energiu. Pri zmene smeru, prípadne pri inej prekážke, sa táto kinetická energia mení na tlakovú energiu a vzniká tlakový ráz, ktorý môže spôsobiť následné škody. Aby sa tomu predchádzalo, je dôležité, aby bolo pri hlavných parných rozvodoch každých 30 až 50 m inštalované samostatné odvodnenie. Samozrejmosťou by malo byť odvodnenie na najnižších miestach rozvodov. Ďalej sa odporúča používať excentrické redukcie a zároveň jednotlivé parné odbery musia byť odoberané zhora hlavného rozvodu.
Ďalšou samozrejmosťou potrubných rozvodov by mal byť separátor vlhkosti, ktorý zachytí kvapky kondenzátu, ako aj filtre, ktoré zachytia nečistoty z potrubných rozvodov. Častou chybou sú tiež nevhodne navrhnuté a nainštalované typy odvádzačov kondenzátu pre rôzne aplikácie. Odvádzač kondenzátu je podstatná časť každého parokondenzátneho systému. Je to nevyhnutný komponent medzi parnou a kondenzátnou stranou, ktorý zabezpečuje, aby para odovzdala svoju energiu v procese a následne aby kondenzát aj neskondenzovateľné plyny tento proces opustili. Požiadavky na odvádzač môžu byť rôzne. Môže to byť požiadavka uvoľniť kondenzát pri teplote sýtosti, t. j. okamžite, ako kondenzát v procese vzniká, alebo to môže byť požiadavka na uvoľnenie kondenzátu pod teplotou sýtosti, t. j. časť citeľného tepla je ešte odovzdaná v procese, takže kondenzát je zadržiavaný v procese. Existujú rôzne typy odvádzačov, každý má svoje výhody a nevýhody. Treba si uvedomiť, že neexistuje univerzálny odvádzač vhodný na každé použitie. Typický príklad nevhodného nasadenia je termický odvádzač na teplotne regulovanom parnom spotrebiči, pretože tento typ odvádzača pracuje s určitým podchladením a tým bráni odvodu kondenzátu z procesného spotrebiča, čím teda znižuje jeho tepelný výkon.
Čo ovplyvňuje správnu a efektívnu činnosť parokondenzátnych systémov?
Hlavný faktor ovplyvňujúci účinnosť parokondenzátneho systému je množstvo kondenzátu, ktorý sa vráti naspäť do kotolne. Čím viac kondenzátu sa vráti späť, tým menej primárnej energie a nákladov na úpravu doplňovanej vody je potrebné, pretože vrátený kondenzát je už raz upravená a aj čiastočne zohriata voda. Efektivitu parokondenzátneho okruhu ďalej ovplyvňuje spôsob využitia tzv. odpadových prúdov, ako je odluh a odkal kotlovej vody, či horúcich spalín inštaláciou termokondenzátorov, regulované odplynenie napájacej nádrže prostredníctvom kontinuálneho merania O2, prípadne využitie sekundárnej pary, ktorá vzniká expanziou tlakového kondenzátu na samostatné ohrevy v rámci procesu alebo na ohrev doplňovanej napájacej vody. Tzv. sekundárna para vzniká vtedy, keď sa zníži tlak horúceho kondenzátu, čím sa časť kondenzátu následkom vysokej teploty a nízkeho tlaku okamžite odparí. Para uvoľnená expanziou je rovnako užitočná ako para vyrobená v parnom kotle.
Príkladom môže byť para, ktorá sa vyrába v parnom kotle pri určitom tlaku, pri ktorého poklese časť kotlovej vody expanduje na paru; tento typ pary doplní paru vyrábanú spaľovaním paliva. Pretože obe uvedené pary sú vyrobené v kotle, nemožno ich rozoznať. V každom parokondenzátnom systéme pri maximalizácii efektívnosti jeho chodu je oddelenie sekundárnej pary dôležité a jej využitie pri ďalších nízkotlakových procesoch veľmi cenné. Každý kilogram takto využitej pary je kilogram pary, ktorý netreba vyrobiť v parnom kotle. Ďalej sa odporúča inštalovať merače pary, pretože tie umožňujú analyzovať energetickú efektívnosť, kontrolovať výrobný proces a náklady, porovnávať spotrebu pary s výrobou a tým zabezpečiť efektívnosť celého výrobného procesu.
Ako predĺžiť životnosť a správnu funkčnosť jednotlivých prvkov parokondenzátnych systémov?
Moderné parokondenzátne systémy sú navrhované s maximálnou účinnosťou a umožňujú jednoduchú údržbu s minimálnym časom odstávky. Sofistikované monitorovacie systémy dokážu online monitorovať funkčnosť jednotlivých komponentov, napr. STAPS (bezdrôtový monitoring funkčnosti odvádzačov kondenzátu) okamžite upozorní na hroziaci problém vo výrobnom procese, prípadne na možnú stratu pary. Ďalej vnútorné časti, ako sú kuželka alebo sedlo regulačných ventilov, môžu byť jednoducho vymenené priamo v potrubí, rovnako to platí aj pre pohony. Univerzálne konektorové odvádzače kondenzátu môžu byť vymenené v priebehu minúty.
Aké sú podľa vás perspektívy a očakávaný vývoj v oblasti parokondenzátnych systémov?
V definícii kvality pary sa stále predpokladá vývoj. Para by mala byť na mieste spotreby suchá a čistá, bez vzduchu a neskondenzovateľných plynov, ale v súčasnosti už rozlišujeme niekoľko „typov“ pary, a to paru technickú, filtrovanú, čistú a ultračistú. Špeciálne v potravinárskom priemysle v procesoch, kde je para v priamom styku s potravinou, ako aj pri sterilizácii a úprave parametrov vzduchu parným vlhčením v operačných sálach a na tzv. JIS (jednotkách intenzívnej starostlivosti) v nemocniciach, je dôležité, aby bola para zbavená všetkých nečistôt. Na to by sa mala používať čistá para, t. j. para vyrábaná napr. v samostatnom parogenerátore (výmenníku technická para/čistá para), nakoľko tzv. doteraz používaná filtrovaná para už nemusí spĺňať hygienické ani legislatívne požiadavky tejto formy použitia.
Ultračistá para sa využíva hlavne vo farmaceutickom priemysle pri výrobe liečiv. Vyrába sa oddelene od technickej pary a zároveň vyžaduje špeciálnu úpravu povrchov materiálov, s ktorými je v kontakte. V súčasnosti sa väčšina spotrebiteľov energie snaží maximalizovať efektívnosť používania energie a minimalizovať výrobné náklady. Preto je dôležité komplexne monitorovať celý parokondenzátny systém vrátane odvádzačov kondenzátu. Pre účinné fungovanie parokondenzátnych systémov bude tiež dôležité maximálne využitie sekundárnej (brýdovej) pary. Každý takto využitý kilogram pary nebude mať len ekonomické a environmentálne prínosy, ale aj zníži množstvo doplňovanej, draho upravenej napájacej vody. Náklady na energie možno minimalizovať realizáciou úsporných opatrení aj plánovanou systematickou údržbou, čím sa zvyšuje efektívnosť výroby a kvalita a znižuje sa čas odstávky. Čím viac informácií budú mať firmy k dispozícii o jednotlivých procesoch, výrobe či zákazníkovi, tým lepšie dokážu optimalizovať, zefektívňovať a personalizovať výrobu, produkty alebo služby. Vďaka tomu firmy šetria náklady, sú schopné reagovať rýchlejšie, robiť lepšie rozhodnutia a predpovedať trendy.
Spoločnosť Spirax Sarco sa aktívne venuje riešeniam zameraným na úsporu energie v parokondenzátnych systémoch, o čom svedčí aj získanie 1. miesta a titulu Energetický manažér roka na medzinárodnej konferencii EUREM v Prahe v roku 2018 v kategórii projektov na zvyšovanie energetickej efektívnosti pre malé podniky. Sme pripravení spolupracovať na riešení prípadných problémov v danej oblasti a budeme radi, ak sa na nás záujemcovia obrátia.
