Kondenzát a pára

Ztráty kondenzátu: jak je spočítat, najít a snížit

Tuna nevráceného kondenzátu za hodinu znamená ročně stovky MWh tepla, tisíce tun upravené vody a víc odluhu. Jak ztráty kondenzátu změřit z běžných měřidel, kde je hledat a v jakém pořadí je odstraňovat.

Klíčová fakta

  • Kondenzát 90 °C má proti doplňovací vodě 10 °C o 335 kJ/kg vyšší entalpii – asi 12 % tepla potřebného na výrobu páry.
  • 1 t/h nevráceného kondenzátu = 93 kW tepla trvale, tj. 744 MWh tepla a 8 000 t doplňovací vody za 8 000 h.
  • Při expanzi na atmosférický tlak se odpaří 8,3 % kondenzátu z 3 bar, 12,3 % z 6 bar a 16,1 % z 10 bar přetlaku.
  • Podíl vraceného kondenzátu ≈ 1 − (doplňovací voda − odluh) / vyrobená pára.
  • Přepadající kondenzátní nádrž je často důsledkem páry z propouštějících odvaděčů, která ohřeje kondenzát a způsobí kavitaci čerpadel.

Kolik stojí nevrácený kondenzát

Kondenzát není odpad. Je to horká, už upravená voda bez tvrdosti a téměř bez solí. Pokud se nevrátí do kotelny, je nutné ho nahradit studenou doplňovací vodou, kterou je třeba změkčit nebo demineralizovat, odplynit a ohřát. Ztráta má proto tři složky:

  • teplo – kondenzát o 90 °C má proti doplňovací vodě o 10 °C o 335 kJ/kg vyšší entalpii, tj. asi 12 % tepla potřebného na výrobu páry,
  • voda a její úprava – surová voda, regenerace změkčovače nebo provoz reverzní osmózy, stočné,
  • chemie a odluh – víc doplňovací vody znamená víc solí v kotli, víc odluhu a víc chemie.
Tepelná ztráta nevráceného kondenzátu (90 °C, náhrada vodou 10 °C, 8 000 provozních hodin ročně)
Nevrácený kondenzátTrvalý tepelný výkonTeplo za rokPlyn za rok při účinnosti 90 %Doplňovací voda za rok
0,5 t/h47 kW372 MWh413 MWh4 000 t
1 t/h93 kW744 MWh827 MWh8 000 t
2 t/h186 kW1 488 MWh1 653 MWh16 000 t

Pro finanční vyjádření stačí vynásobit sloupec plynu vlastní cenou plynu za MWh a přičíst náklady na vodu, její úpravu a chemii. Pro většinu parních provozů vychází, že vracení kondenzátu je jedno z nejrychleji návratných opatření v celé energetice závodu.

Jak změřit podíl vraceného kondenzátu

Průtokoměr na vratném kondenzátu má málokterá kotelna. Nejspolehlivější je proto bilance přes vodoměr doplňovací vody, který by v parní kotelně neměl chybět:

podíl vraceného kondenzátu ≈ 1 − (doplňovací voda − odluh a odkal) / vyrobená páravšechny hodnoty za stejné období v tunách; odluh lze odhadnout z poměru vodivostí napájecí a kotelní vody
Modelový příklad

Kotelna vyrobí za den 240 t páry (10 t/h), doplňovací voda za stejnou dobu je 84 t (3,5 t/h) a odluh se odhaduje na 12 t (0,5 t/h). Podíl vraceného kondenzátu je přibližně 1 − (84 − 12) / 240 = 70 %. Každý den se tedy ztrácí asi 72 t kondenzátu.

Bilance je přesná jen tak, jak přesné je měření páry. Jako ukazatel trendu ale funguje výborně: doplňovací voda na tunu páry sledovaná týden po týdnu odhalí novou netěsnost nebo selhání odvaděčů rychleji než jakákoli prohlídka.

Kam kondenzát mizí

Typická místa ztrát kondenzátu
MístoJak se projevíJak ověřit
Přímé použití páry (vlhčení, přímý ohřev, sterilizace)Kondenzát nevzniká nebo je znečištěnýSoupis spotřebičů – jde o legitimní spotřebu
Nevracené větveKondenzát odtéká do kanalizace, často „historicky“ kvůli dřívější kontaminaciProhlídka zaústění, teplota kanalizační šachty
Otevřené obtoky odvaděčů a drenážeZe země nebo z výpustí trvale odchází pára a vodaObchůzka, termokamera, seznam armatur
Přepad kondenzátní nádržeVoda na podlaze, mokrá výpusť přepaduHladina v nádrži, funkce čerpadel a spínačů
Pára z odvětrání kondenzátních nádržíVelký oblak nad nádržíRozlišení expanzní páry a průrazu páry z odvaděčů
Kontaminovaný kondenzát odpouštěný úmyslněRuční vypouštění „pro jistotu“Měření vodivosti, zákalu nebo oleje v kondenzátu

Expanzní (brýdová) pára: fyzika, ne vždy porucha

Kondenzát odvedený z parního spotřebiče má teplotu sytosti při tlaku páry. Když se na odvaděči sníží tlak, část kondenzátu se okamžitě odpaří. Tento podíl lze přesně spočítat z parních tabulek:

Podíl kondenzátu, který se odpaří při expanzi na atmosférický tlak (IAPWS-IF97)
Tlak páry před odvaděčem (přetlak)Odpaří se
3 bar8,3 %
6 bar12,3 %
10 bar16,1 %
13 bar18,2 %

Oblak nad otevřenou kondenzátní nádrží je proto do určité míry normální. Expanzní pára ale nese teplo, a pokud je jí hodně, vyplatí se ji využít: v expanzní nádobě při 0,5 bar přetlaku se z kondenzátu 10 bar získá 14 % páry, kterou lze pustit do nízkotlakého rozvodu nebo do odplyňováku.

Pokud je oblak výrazně větší, než odpovídá výpočtu, přidává se k expanzní páře ostrá pára z propouštějících odvaděčů. Jak to rozlišit, popisuje průvodce odvaděče kondenzátu.

Kondenzátní nádrž přepadá: co to znamená

Přepadající nádrž je jedna z nejčastějších a nejlépe viditelných ztrát. Příčinou ale často není nádrž, nýbrž řetěz událostí:

  1. Některé odvaděče propouštějí ostrou páru do kondenzátního potrubí.
  2. Kondenzát v nádrži se ohřeje až k bodu varu.
  3. Čerpadla horkého kondenzátu ztratí rezervu na sání a začnou kavitovat.
  4. Čerpadla nestíhají, hladina stoupá a nádrž přepadá – často spolu s velkým oblakem páry.

Kromě toho se jako příčina objevuje vadný spínač hladiny, zpětná klapka nebo příliš vysoký protitlak ve výtlačném potrubí. Opravit jen čerpadlo proto často nestačí – je nutné najít zdroj páry v kondenzátu.

Kontaminovaný kondenzát: proč se vypouští a jak ho vrátit bezpečně

Kondenzát z výměníků, kde na druhé straně proudí olej, produkt nebo chemikálie, může být při netěsnosti znečištěný. Vrácení znečištěného kondenzátu do kotle vede k pěnění, úsadám a v horším případě k poškození kotle. Proto se takové větve často „pro jistotu“ vypouštějí trvale.

Bezpečnější a levnější řešení je kondenzát vracet a hlídat: měřit jeho vodivost, případně zákal nebo obsah oleje, a při překročení meze ho automaticky odklonit do odpadu. Návrh takového hlídání patří do spolupráce s dodavatelem úpravy vody.

Rychlá kontrola na obchůzce

Velkou část ztrát najde obsluha bez přístrojů, pokud ví, na co se dívat:

  • trvale otevřené drenáže a ruční výpusti ponechané otevřené po najíždění,
  • přepady kondenzátní nádrže a oblak páry nad ní,
  • slyšitelné průrazy odvaděčů a horké kondenzátní potrubí daleko za nimi,
  • teplota vraceného kondenzátu – nižší nebo kolísavější než dřív,
  • spotřeba doplňovací vody přepočtená na tunu páry – trend v provozním deníku je nejlepší souhrnný ukazatel,
  • nevracené větve – technologie, které kondenzát vypouštějí lokálně do kanálu.

Podmínkou je aktuální schéma páry a kondenzátu se zakreslenými odvaděči, drenážemi a větvemi. Bez něj se ztráty hledají naslepo.

Ztráty tepla v rozvodech páry a kondenzátu

Ztráty nevznikají jen nevráceným kondenzátem, ale i teplem, které rozvody odevzdávají okolí. Typická místa:

Kde rozvody ztrácejí teplo
MístoProč vznikáPriorita
úniky páry, netěsné ucpávky a přírubypřímá ztráta páry a vody, nebezpečí popálenínejvyšší – bezpečnost i energie
neizolované armatury, příruby a filtryizolace po opravě nedokončená, armatury „kvůli přístupu“ bez krytuvysoká – řeší se snímatelnými izolačními kryty
poškozená nebo mokrá izolacemechanické poškození, zatékání; mokrá izolace téměř neizolujevysoká
trvale teplé větve bez odběrurozvod k odstavenému spotřebiči zůstal pod párouvysoká – odstavit a odvodnit, pokud není potřeba
neizolované kondenzátní potrubí a nádržekondenzát se zbytečně ochlazuje před odplyňovákemstřední

Velikost ztráty neizolovaných armatur ukazuje modelový příklad v průvodci spotřeba plynu v kotelně. Pro první obhlídku termokamera nutná není – mnoho ztrát je vidět podle chybějící izolace, úniků a provozního režimu; termokamera pomůže s pořadím.

Pořadí opatření: od nejlevnějšího

  1. Zavřít, co je zbytečně otevřené – obtoky odvaděčů, drenáže, ruční výpusti. Často bez investice.
  2. Opravit propouštějící odvaděče – sníží páru v kondenzátu, přepady i oblak nad nádrží.
  3. Opravit čerpání kondenzátu – čerpadla, spínače hladiny, zpětné klapky.
  4. Izolovat nádrže a kondenzátní potrubí – každý stupeň teploty kondenzátu je teplo pro odplyňovák.
  5. Vrátit nevracené větve – s hlídáním kvality, kde hrozí kontaminace.
  6. Využít expanzní páru – expanzní nádoba a nízkotlaký rozvod.

Kondenzát dřív než nový kotel: výměna kotle za účinnější typicky přinese jednotky procent účinnosti. Vrácení kondenzátu ušetří až 12 % tepla na každou tunu páry, jejíž kondenzát se vrátí – a k tomu vodu, chemii a odluh. Před investicí do zdroje se proto vyplatí nejdřív spočítat ztráty v parní soustavě.

Návrat kondenzátu jako ukazatel zdraví soustavy

Pro pravidelné sledování stačí tři čísla: doplňovací voda na tunu páry (ztráty), vodivost kondenzátu (kontaminace) a železo v kondenzátu (koroze kondenzátního potrubí, typicky oxidem uhličitým – viz odplyňovák a napájecí voda). Náhlá změna kteréhokoli z nich je důvod podívat se do provozu dřív, než se problém projeví ve spotřebě plynu nebo v revizní zprávě.

Časté otázky

Kolik procent kondenzátu by se mělo vracet?

Teoreticky všechen kondenzát, který vzniká v nepřímých spotřebičích a není kontaminovaný. Nevracet se dá jen pára spotřebovaná přímo (vlhčení, přímý ohřev, sterilizace) a kondenzát, jehož kvalitu nelze hlídat. Reálný cíl proto vychází ze soupisu spotřebičů, ne z obecného procenta.

Proč se z kondenzátní nádrže kouří?

Část horkého kondenzátu se při poklesu tlaku odpaří – z kondenzátu 10 bar přetlaku je to při expanzi na atmosférický tlak asi 16 %. Oblak je proto do určité míry normální. Je-li výrazně větší, přidává se ostrá pára z propouštějících odvaděčů.

Jak zjistit, kolik kondenzátu ztrácíme, bez průtokoměru?

Bilancí přes vodoměr doplňovací vody: návrat ≈ 1 − (doplňovací voda − odluh) / vyrobená pára za stejné období. Odluh lze odhadnout z poměru vodivostí napájecí a kotelní vody.

Vyplatí se vracet kondenzát z malých spotřebičů?

Často ano, protože hodnotu kondenzátu tvoří teplo, voda i chemie. Rozhoduje vzdálenost, množství a kvalita; jednoduchý výpočet podle tabulky v článku obvykle rychle ukáže, zda se vratné potrubí nebo malé čerpadlo vyplatí.

Můžeme vracet kondenzát z výměníku, kde hrozí kontaminace?

Ano, pokud se jeho kvalita průběžně hlídá – typicky měřením vodivosti, případně zákalu nebo oleje – a při překročení meze se kondenzát automaticky odkloní do odpadu. Řešení je vhodné navrhnout s dodavatelem úpravy vody.

Zdroje, předpisy a normy

  1. IAPWS-IF97 – entalpie kondenzátu a podíl expanzní páry
  2. U.S. DOE: Steam Tip Sheet #1 – Inspect and Repair Steam Traps – ztráty páry propouštějícími odvaděči
  3. U.S. DOE: Steam Tip Sheet #2 – Insulate Steam Distribution and Condensate Return Lines – izolace rozvodů a kondenzátního potrubí
  4. Spirax Sarco: Steam mains and drainage – odvodnění parních rozvodů

Článek je obecný technický přehled. Pro konkrétní zařízení jsou závazné dokumentace výrobce, místní provozní předpis a platné právní předpisy v aktuálním znění.

Obsluha, která hlídá i kondenzát

Při obsluze parní kotelny zapisuji doplňovanou vodu, návrat a teplotu kondenzátu a upozorním na drenáže a odvaděče, které stojí peníze. Osvědčení TIČR pro parní kotle všech tříd na plyn.

Další články: Pára a kondenzát

Navazující průvodce

První krok je jednoduchý

Potřebujete obsluhu kotelny nebo zástup v topné sezóně?

Stačí adresa kotelny, počet a typ kotlů a co potřebujete zajistit. Domluvíme prohlídku a navrhnu režim obsluhy i cenu.