เครื่องแยก

ไอน้ำ ‘เปียก’ เป็นปัญหาสำคัญในระบบไอน้ำ เนื่องจากสามารถทำให้เกิดปัญหาด้านกระบวนการและการบำรุงรักษา รวมถึงผลผลิตที่ต่ำลง การกัดกร่อนและการสึกกร่อน เครื่องแยกถูกออกแบบมาเพื่อขจัดความชื้นออกจากกระแสไอน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ การใช้งานและการเลือกประเภทต่างๆ พิจารณาไว้ที่นี่

ไอน้ำเปียกคือไอน้ำที่มีน้ำปนอยู่ในระดับหนึ่ง และเป็นหนึ่งในปัญหาหลักในระบบไอน้ำทุกประเภท สามารถลดผลผลิตของโรงงานและคุณภาพผลิตภัณฑ์ และทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ส่วนใหญ่ของโรงงาน ในขณะที่การระบายน้ำและการติดตั้งกับดักอย่างระมัดระวังสามารถขจัดน้ำส่วนใหญ่ได้ แต่จะไม่จัดการกับหยดน้ำที่ลอยอยู่ในไอน้ำ ในการขจัดหยดน้ำที่ลอยอยู่เหล่านี้ จะติดตั้งเครื่องแยกในท่อไอน้ำ

ไอน้ำที่ผลิตในหม้อไอน้ำที่ออกแบบมาเพื่อผลิตไอน้ำอิ่มตัวมีความเปียกโดยธรรมชาติ แม้ว่าค่าความแห้งจะแตกต่างกันไปตามประเภทของหม้อไอน้ำ หม้อไอน้ำแบบเปลือกส่วนใหญ่จะผลิตไอน้ำที่มีค่าความแห้งระหว่าง 95 ถึง 98% ปริมาณน้ำในไอน้ำที่ผลิตโดยหม้อไอน้ำจะเพิ่มขึ้นอีกหากเกิดการเดือดพล่านและการพัดพา มีการสูญเสียความร้อนในระดับหนึ่งจากท่อจ่ายเสมอ ซึ่งทำให้ไอน้ำกลั่นตัว โมเลกุลของน้ำที่กลั่นตัวจะเคลื่อนตัวลงสู่ก้นท่อในที่สุด ก่อตัวเป็นฟิล์มน้ำ ไอน้ำที่ไหลผ่านน้ำนี้สามารถยกคลื่นที่ก่อตัวขึ้น ปลายคลื่นมักจะแตกออก ทำให้หยดคอนเดนเสทกระเด็นเข้าไปในกระแสไอน้ำ การมีอยู่ของน้ำในไอน้ำสามารถทำให้เกิดปัญหาหลายประการ:

• เนื่องจากน้ำเป็นสิ่งกั้นการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพมาก การมีอยู่ของน้ำสามารถลดผลผลิตของโรงงานและคุณภาพผลิตภัณฑ์ สามารถเห็นได้ในรูป 12.5.1 ซึ่งแสดงโปรไฟล์อุณหภูมิผ่านพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนทั่วไป

• หยดน้ำที่เดินทางด้วยความเร็วไอน้ำสูงจะกัดกร่อนที่นั่งวาล์วและข้อต่อ สภาพที่เรียกว่า wiredrawing หยดน้ำยังจะเพิ่มปริมาณการกัดกร่อน
• การเกิดตะกรันเพิ่มขึ้นในท่อและพื้นผิวให้ความร้อนจากสิ่งเจือปนที่ carried ในหยดน้ำ
• การทำงานที่ไม่สม่ำเสมอของวาล์วควบคุมและมาตรวัดอัตราการไหล
• วาล์วและมาตรวัดอัตราการไหลล้มเหลวเนื่องจากการสึกหรออย่างรวดเร็วหรือน้ำกระแทก แม้ว่าจะมีการออกแบบเครื่องแยกหลายแบบ แต่ทุกแบบพยายามขจัดความชื้นที่ยังคงลอยอยู่ในกระแสไอน้ำ ซึ่งไม่สามารถขจัดได้ด้วยการระบายน้ำและกับดักไอน้ำ มีเครื่องแยกสามประเภทที่ใช้ทั่วไปในระบบไอน้ำ:

แบบกั้น -

เครื่องแยกแบบกั้นหรือแบบแผ่นครีบประกอบด้วยแผ่นกั้นหลายแผ่น ซึ่งทำให้กระแสเปลี่ยนทิศทางหลายครั้งเมื่อผ่านตัวเรือนเครื่องแยก หยดน้ำที่ลอยอยู่มีมวลมากกว่าและมีความเฉื่อยมากกว่าไอน้ำ ดังนั้นเมื่อมีการเปลี่ยนทิศทางการไหล ไอน้ำแห้งจะไหลรอบแผ่นกั้นและหยดน้ำจะสะสมบนแผ่นกั้น นอกจากนี้ เนื่องจากเครื่องแยกมีพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่ จึงทำให้ความเร็วของของไหลลดลง ซึ่งลดพลังงานจลน์ของหยดน้ำ และหยดน้ำส่วนใหญ่จะตกลงจากการลอยตัว คอนเดนเสทสะสมที่ก้นเครื่องแยก ซึ่งระบายออกผ่านกับดักไอน้ำ

แบบไซโคลน -

เครื่องแยกแบบไซโคลนหรือแรงเหวี่ยงใช้แผ่นครีบชุดหนึ่งเพื่อสร้างการไหลแบบไซโคลนด้วยความเร็วสูง ความเร็วของไอน้ำทำให้หมุนวนรอบตัวเรือนเครื่องแยก ทำให้น้ำที่หนักกว่าที่ลอยอยู่ถูกเหวี่ยงไปที่ผนัง ซึ่งระบายลงสู่กับดักไอน้ำที่ติดตั้งใต้หน่วย

แบบรวมตัว -

เครื่องแยกแบบรวมตัวให้สิ่งกีดขวางในเส้นทางไอน้ำ สิ่งกีดขวางมักเป็นแผ่นตะแกรงลวด (บางครั้งเรียกว่าแผ่น demister) ซึ่งโมเลกุลของน้ำจะถูกดักจับ โมเลกุลของน้ำเหล่านี้มีแนวโน้มรวมตัวกัน สร้างหยดที่ใหญ่เกินกว่าที่ระบบก๊าซจะพัดพาไปได้ เมื่อขนาดของหยดเพิ่มขึ้น หยดจะหนักเกินไปและตกลงสู่ก้นเครื่องแยกในที่สุด เป็นเรื่องปกติที่จะพบเครื่องแยกที่รวมการทำงานแบบรวมตัวและแบบไซโคลนเข้าด้วยกัน การรวมวิธีการทั้งสองทำให้ประสิทธิภาพโดยรวมของเครื่องแยกดีขึ้น

ประสิทธิภาพของเครื่องแยกเป็นการวัดน้ำหนักของน้ำที่แยกออกเมื่อเทียบกับน้ำหนักทั้งหมดของน้ำที่ carried เข้ามาโดยไอน้ำ นอกห้องปฏิบัติการ ยากที่จะกำหนดประสิทธิภาพที่แน่นอนของเครื่องแยก เนื่องจากขึ้นอยู่กับค่าความแห้งที่ทางเข้า ความเร็วของของไหล และรูปแบบการไหล อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนของข้อโค้งท่อ wiredrawing และน้ำกระแทกเป็นสิ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของไอน้ำเปียกในท่อไอน้ำ

หนึ่งในความแตกต่างหลักด้านประสิทธิภาพระหว่างเครื่องแยกแบบกั้นกับแบบไซโคลนและแบบรวมตัวคือเครื่องแยกแบบกั้นสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงในช่วงความเร็วท่อที่กว้างกว่า เครื่องแยกแบบไซโคลนและแบบรวมตัวมักแสดงประสิทธิภาพ 98% ที่ความเร็วสูงถึง 13 m/s แต่จะลดลงอย่างรวดเร็ว และที่ 25 m/s ประสิทธิภาพมักอยู่ที่ประมาณ 50% ตามการวิจัยของมหาวิทยาลัยในสหราชอาณาจักร การวิจัยนี้ยังพิสูจน์ว่าสำหรับเครื่องแยกแบบกั้น ประสิทธิภาพยังคงใกล้เคียง 100% ในช่วง 10 m/s ถึง 30 m/s ข้อสรุปคือเครื่องแยกแบบกั้นเหมาะกับงานไอน้ำมากกว่า ซึ่งมักมีความผันผวนของความเร็วในระดับหนึ่ง นอกจากนี้ ไอน้ำเปียกจะไหลด้วยความเร็วเกิน 30 m/s หากท่อมีขนาดเล็กเกินไป วิธีหนึ่งในการแก้ปัญหานี้คือการใช้เครื่องแยกขนาดใหญ่ขึ้น และเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อทันทีต้นน้ำของเครื่องแยก ซึ่งจะลดความเร็วของไอน้ำก่อนเข้าสู่เครื่องแยก

ตัวอย่าง 12.5.1

หากติดตั้งเครื่องแยกที่มีประสิทธิภาพ 90% บนท่อหลักไอน้ำที่มีไอน้ำที่ค่าความแห้ง 0.95 ค่าความ sheer downstream จะเป็นเท่าใด? หากค่าความแห้งเริ่มต้นคือ 0.95 ทุกกิโลกรัม (1000 กรัม) ของไอน้ำประกอบด้วย:

แม้ว่าจะดีขึ้นจากค่าความแห้งเดิมที่ 0.95 ไอน้ำยังจะมีปริมาณน้ำจำนวนมาก

แรงดันตกคร่อมเครื่องแยกแบบกั้นต่ำมากเนื่องจากความเร็วของไอน้ำลดลง ซึ่งเกิดจากการเพิ่มขึ้นของพื้นที่หน้าตัดขนาดใหญ่ที่ provided โดยตัวเรือนเครื่องแยก แรงดันตกมักน้อยกว่าความยาวท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง nominale เดียวกัน เปรียบเทียบกัน แรงดันตกคร่อมเครื่องแยกแบบไซโคลนค่อนข้างสูงกว่า เนื่องจากความเร็วของของไหลต้องรักษาไว้เพื่อสร้างเอฟเฟกต์ไซโคลน ในงานที่ไม่สำคัญ เครื่องแยกแบบกั้นมักถูกกำหนดขนาดตามขนาดท่อ อย่างไรก็ตามจำเป็นต้องตรวจสอบว่าขนาดที่เลือกรับประกันประสิทธิภาพการแยกสูงสุด และแรงดันตกอยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ ในงานที่สำคัญ เป็นเรื่องปกติมากกว่าที่จะเลือกเครื่องแยกตามแรงดันทำงานและอัตราการไหล เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและแรงดันตกที่เหมาะสม การกำหนดขนาดเครื่องแยกแบบไซโคลนซับซ้อนกว่า เนื่องจากสิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าความเร็วผ่านเครื่องแยกเหมาะสมเพื่อรักษาประสิทธิภาพสูงและแรงดันตกคร่อมเครื่องแยกอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ ตัวอย่าง 12.5.2 แสดงการเลือกเครื่องแยกแบบกั้นจากแผนภูมิจำเพาะของผู้ผลิตทั่วไป

ตัวอย่าง 12.5.2

โดยใช้แผนภูมิการกำหนดขนาดในรูป 12.5.5 เลือกเครื่องแยกขนาดที่เหมาะสมสำหรับสถานีลดแรงดัน ที่มีแรงดันต้นน้ำ 12 bar g และส่งไอน้ำ 500 kg / h ผ่านท่อ 32 mm หากอัตราการไหลเพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 1000 kg / h ควรใช้เครื่องแยกขนาดเท่าใด?

1. Plot จุด A ที่แรงดันไอน้ำและอัตราการไหลตัดกัน และลากเส้นแนวนอนจากจุดนี้ เส้นโค้งเครื่องแยกใดๆ ที่ถูกแบ่งครึ่งโดยเส้นนี้ภายในพื้นที่แรเงาจะทำงานที่ประสิทธิภาพเกือบ 100%
2. เลือกเครื่องแยกขนาดท่อ คือ 32 mm ที่จุด B
3. ความเร็วท่อสำหรับขนาดใดก็ได้สามารถกำหนดได้โดย dropping เส้นแนวตั้งจากจุดตัดนี้ จากจุด B เส้นนี้ตัดแกนความเร็วที่ 18 m/s
4. ในการกำหนดแรงดันตกคร่อมเครื่องแยก ที่จุดที่เส้นแนวตั้งที่ขยายจากจุด B ตัดเส้น C-C plot เส้นแนวนอน จากนั้น dropping เส้นแนวตั้งจากจุด A จุดตัด D คือแรงดันตกคร่อมเครื่องแยก
5. ทำซ้ำขั้นตอนนี้สำหรับอัตราการไหล 1000 kg / h จะได้จุด X, Y และ Z จะเห็นว่าจุด Y อยู่นอกพื้นที่แรเงาและเครื่องแยกจะไม่ทำงานที่ประสิทธิภาพสูงสุด ในกรณีนี้ แนะนำให้ใช้เครื่องแยกขนาดใหญ่กว่า เลือกเครื่องแยก DN40 ตามที่แสดงด้วยจุด Z พร้อมกับแรงดันตกประมาณ 0.07 bar ที่จุด W

ตาราง 12.5.1 สรุปความแตกต่างที่สำคัญในประสิทธิภาพของเครื่องแยกแบบกั้นและแบบไซโคลน

ตาราง 12.5.1 การเปรียบเทียบเครื่องแยกแบบกั้นและแบบแรงเหวี่ยง

ควรติดตั้งกับดักไอน้ำที่เหมาะสมที่ทางออกคอนเดนเสทของเครื่องแยกเพื่อให้แน่ใจว่ามีการขจัดคอนเดนเสทอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่สูญเสียไอน้ำ กับดักไอน้ำที่เหมาะสมที่สุดคือแบบลอยลูกบอล ซึ่งรับประกันการขจัดคอนเดนเสททันที เครื่องแยกบางประเภทร่วมรวมกลไกกับดักไอน้ำไว้ภายในตัวเรือนเครื่องแยก

เครื่องแยกแนวตั้งส่วนใหญ่มีจุดต่อที่ด้านบนของตัวเรือน สามารถใช้สำหรับช่องระบายอากาศ อำนวยความสะดวกในการขจัดอากาศออกจากช่องไอน้ำในช่วงเริ่มต้น

ฉนวน

หากเครื่องแยกถูกทิ้งไว้โดยไม่มีฉนวน อาจทำให้เกิดหยดน้ำแทนที่จะขจัดออก เนื่องจากพื้นผิวขนาดใหญ่ที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อม นอกจากนี้ ปริมาณพลังงานความร้อนจำนวนมากสามารถสูญเสียจากพื้นผิวของเครื่องแยก ตัวอย่างเช่น การหุ้มฉนวนเครื่องแยกที่มีไอน้ำที่ 150°C และสัมผัสกับอุณหภูมิแวดล้อม 15°C จะให้การประหยัดพลังงานรายปี 8600 MJ (อิงจากการสูญเสียความร้อนจากการแผ่รังสีเท่านั้น สมมติสภาวะอากาศสงบและทำงาน 8 760 ชั่วโมงต่อปี) การติดตั้งปลอกฉนวนจะลดการสูญเสียความร้อนนี้อย่างมาก และการประหยัดพลังงาน justify ค่าใช้จ่ายเริ่มต้นของฉนวนในเวลาอันสั้นมาก ควรใช้ปลอกฉนวนที่ออกแบบมาให้พอดีกับเครื่องแยกเฉพาะ เนื่องจากรูปร่างของเครื่องแยก โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีหน้าแปลน ทำให้ยากต่อการหุ้มฉนวน ฝาครอบหน้าแปลนมาตรฐาน leave ตัวเรือน exposed และดังนั้นมีผลจำกัดในการลดการสูญเสียความร้อน แม้จะมีฉนวนที่ดีที่สุด ไม่สามารถขจัดการสูญเสียความร้อนทั้งหมดจากผลิตภัณฑ์ได้ ประสิทธิภาพฉนวนเครื่องแยกมักสูงกว่า 90% สิ่งสำคัญคือต้องใช้ปลอกที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องแยกเฉพาะ มิฉะนั้น ประสิทธิภาพฉนวนจะลดลง เครื่องแยกที่หุ้มฉนวนอย่างเหมาะสมยังลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บส่วนบุคคลจากแผลไฟไหม้