การแนะนำการจ่ายไอน้ำ

ระบบจ่ายไอน้ำที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นหากต้องจ่ายไอน้ำที่มีคุณภาพและแรงดันที่เหมาะสม ในปริมาณที่เหมาะสม ไปยังอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ บทเรียนนี้ดูวงจรทั่วไป

การแนะนำการจ่ายไอน้ำ

ระบบจ่ายไอน้ำเป็นข้อเชื่อมโยงที่จำเป็นระหว่างเครื่องกำเนิดไอน้ำและผู้ใช้ไอน้ำ โมดูลนี้จะดูวิธีการขนส่งไอน้ำจากแหล่งกลางไปยังจุดใช้งาน แหล่งกลางอาจเป็นห้องหม้อไอน้ำหรือการปล่อยจากโรงไฟฟ้าร่วม หม้อไอน้ำอาจเผาเชื้อเพลิงปฐมภูมิ หรือเป็นหม้อไอน้ำใช้ความร้อนเหลือทิ้งที่ใช้ก๊าซไอเสียจากกระบวนการอุณหภูมิสูง เครื่องยนต์ หรือแม้แต่เตาเผาขยะ ไม่ว่าแหล่งจะเป็นอะไร ระบบจ่ายไอน้ำที่มีประสิทธิภาพเป็นสิ่งจำเป็นหากต้องจ่ายไอน้ำที่มีคุณภาพและแรงดันที่เหมาะสม ในปริมาณที่เหมาะสม ไปยังอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ การติดตั้งและบำรุงรักษาของระบบไอน้ำเป็นประเด็นสำคัญ และต้องพิจารณาในขั้นตอนการออกแบบ

พื้นฐานระบบไอน้ำ

ตั้งแต่เริ่มต้น ต้องมีความเข้าใจวงจรไอน้ำพื้นฐาน หรือ ‘วงจรไอน้ำและคอนเดนเสท’ - ดูรูป 10.1.1 เมื่อไอน้ำกลั่นตัวในกระบวนการ จะเกิดการไหลในท่อจ่าย คอนเดนเสทมีปริมาตรน้อยมากเมื่อเทียบกับไอน้ำ ซึ่งทำให้เกิดแรงดันตก ซึ่งทำให้ไอน้ำไหลผ่านท่อ

ไอน้ำที่ผลิตในหม้อไอน้ำต้องถูกส่งผ่านท่อไปยังจุดที่ต้องการพลังงานความร้อน ในช่วงแรกจะมีท่อหลักหนึ่งหรือหลายท่อ หรือ ‘ท่อหลักไอน้ำ’ ที่ขนส่งไอน้ำจากหม้อไอน้ำในทิศทางทั่วไปของโรงงานที่ใช้ไอน้ำ จากนั้นท่อสาขาขนาดเล็กสามารถขนส่งไอน้ำไปยังอุปกรณ์แต่ละชิ้น

เมื่อวาล์วแยกหม้อไอน้ำหลัก (มักเรียกว่าวาล์ว ‘คราวน์’) เปิด ไอน้ำจะผ่านจากหม้อไอน้ำเข้าไปและตามท่อหลักไอน้ำไปยังจุดที่มีแรงดันต่ำกว่า

ท่อเย็นกว่าไอน้ำในช่วงแรก ดังนั้นความร้อนจะถูกถ่ายเทจากไอน้ำไปยังท่อ

อากาศรอบท่อก็เย็นกว่าไอน้ำเช่นกัน ดังนั้นท่อจะเริ่มถ่ายเทความร้อนสู่อากาศ

ไอน้ำเมื่อสัมผัสท่อที่เย็นกว่าจะเริ่มกลั่นตัวทันที เมื่อเริ่มต้นระบบ อัตราการกลั่นตัวจะสูงสุด เนื่องจากเป็นช่วงที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิสูงสุดระหว่างไอน้ำและท่อ อัตราการกลั่นตัวนี้มักเรียกว่า ‘โหลดเริ่มต้น’ เมื่อท่ออุ่นขึ้นแล้ว ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างไอน้ำและท่อจะน้อย แต่จะยังมีการกลั่นตัวบางส่วนเนื่องจากท่อยังคงถ่ายเทความร้อนสู่อากาศรอบข้าง อัตราการกลั่นตัวนี้มักเรียกว่า ‘โหลดเดินเครื่อง’

คอนเดนเสทที่เกิดขึ้น (น้ำกลั่น) ตกลงสู่ก้นท่อและถูกพัดพาไปโดยกระแสไอน้ำและช่วยด้วยแรงโน้มถ่วง เนื่องจากความชันในท่อหลักไอน้ำที่ควรจัดให้ไหลลงในทิศทางของกระแสไอน้ำ จากนั้นคอนเดนเสทจะต้องระบายน้ำออกจากจุดยุทธศาสตร์ต่างๆ ในท่อหลักไอน้ำ

เมื่อวาล์วบนท่อไอน้ำที่ให้บริการอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำเปิด ไอน้ำที่ไหลจากระบบจ่ายจะเข้าสู่โรงงานและสัมผัสพื้นผิวที่เย็นกว่าอีกครั้ง จากนั้นไอน้ำจะถ่ายเทพลังงานในการอุ่นอุปกรณ์และผลิตภัณฑ์ (โหลดเริ่มต้น) และเมื่อถึงอุณหภูมิแล้ว จะยังคงถ่ายเทความร้อนสู่กระบวนการ (โหลดเดินเครื่อง)

ตอนนี้มีการจ่ายไอน้ำอย่างต่อเนื่องจากหม้อไอน้ำเพื่อตอบสนองโหลดที่เชื่อมต่อ และเพื่อรักษาการจ่ายนี้ต้องผลิตไอน้ำเพิ่มเติม ในการทำเช่นนี้ ต้องจ่ายน้ำ (และเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อนน้ำ) เพิ่มเติมให้หม้อไอน้ำเพื่อชดเชยน้ำที่เคยระเหยเป็นไอน้ำ

คอนเดนเสทที่เกิดทั้งในท่อจ่ายไอน้ำและในอุปกรณ์กระบวนการเป็นแหล่งจ่ายน้ำเลี้ยงหม้อไอน้ำร้อนที่ใช้ได้สะดวก แม้ว่าสิ่งสำคัญคือต้องขจัดคอนเดนเสทออกจากช่องไอน้ำ แต่เป็นสินค้าที่มีค่าและไม่ควรปล่อยให้สูญเปล่า การคืนคอนเดนเสททั้งหมดสู่ถังน้ำเลี้ยงหม้อไอน้ำปิดวงจรไอน้ำพื้นฐาน และควรปฏิบัติทุกที่ที่ทำได้ การคืนคอนเดนเสทสู่หม้อไอน้ำจะกล่าวเพิ่มเติมใน Block 13 ‘การขจัดคอนเดนเสท’ และ Block 14 ‘การจัดการคอนเดนเสท’

แรงดันทำงาน

แรงดันจ่ายของไอน้ำได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย แต่ถูกจำกัดโดย:

• แรงดันทำงานสูงสุดที่ปลอดภัยของหม้อไอน้ำ
• แรงดันต่ำสุดที่ต้องการที่โรงงาน เมื่อไอน้ำผ่านท่อจ่าย จะสูญเสียแรงดันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจาก:
• แรงต้านแรงเสียดทานภายในท่อ (รายละเอียดใน Module 10.2)
• การกลั่นตัวภายในท่อเนื่องจากความร้อนถ่ายเทสู่สิ่งแวดล้อม ดังนั้นควรคำนึงถึงการสูญเสียแรงดันนี้เมื่อตัดสินใจเลือกแรงดันจ่ายเริ่มต้น ไอน้ำหนึ่งกิโลกรัมที่แรงดันสูงกว่าจะมีปริมาตรน้อยกว่าที่แรงดันต่ำกว่า ดังนั้น หากผลิตไอน้ำในหม้อไอน้ำที่แรงดันสูงและจ่ายที่แรงดันสูงด้วย ขนาดของท่อหลักจ่ายจะเล็กกว่าระบบแรงดันต่ำสำหรับโหลดความร้อนเดียวกัน รูป 10.1.2 แสดงจุดนี้

การผลิตและจ่ายไอน้ำที่แรงดันสูงกว่ามีข้อดีสามประการ:

• ความจุการเก็บความร้อนของหม้อไอน้ำเพิ่มขึ้น ช่วยจัดการกับโหลดที่ผันผวนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ลดความเสี่ยงในการผลิตไอน้ำเปียกและสกปรก
• ต้องการท่อหลักไอน้ำขนาดเล็กกว่า ส่งผลให้ต้นทุนทุนต่ำกว่า สำหรับวัสดุ เช่น ท่อ หน้าแปลน ตัวรองรับ ฉนวนและแรงงาน
• ท่อหลักไอน้ำขนาดเล็กมีต้นทุนฉนวนต่ำกว่า เมื่อจ่ายที่แรงดันสูงแล้ว จะต้องลดแรงดันไอน้ำในแต่ละโซนหรือจุดใช้งานในระบบเพื่อให้สอดคล้องกับแรงดันสูงสุดที่ต้องการโดยแอปพลิเคชัน การลดแรงดันในท้องถิ่นเพื่อให้เหมาะกับอุปกรณ์แต่ละชิ้นจะส่งผลให้ได้ไอน้ำแห้งกว่าที่จุดใช้งาน (Module 2.3 มีคำอธิบายเรื่องนี้) หมายเหตุ: บางครั้งคิดว่าการทำงานหม้อไอน้ำที่แรงดันต่ำกว่าแรงดันที่ระบุจะประหยัดเชื้อเพลิง ตรรกะนี้อิงจากการที่ต้องการเชื้อเพลิงมากขึ้นเพื่อยกไอน้ำไปแรงดันสูงกว่า แม้จะมีส่วนจริงในตรรกะนี้ ควรจำไว้ว่าเป็นโหลดที่เชื่อมต่อ ไม่ใช่ผลผลิตหม้อไอน้ำ ที่กำหนดอัตราการใช้พลังงาน ปริมาณพลังงานเท่ากันถูกใช้โดยโหลดไม่ว่าหม้อไอน้ำจะยกไอน้ำที่ 4 bar g, 10 bar g หรือ 100 bar g การสูญเสีย standby การสูญเสียปล่องไฟ และการสูญเสียเดินเครื่องเพิ่มขึ้นจากการทำงานที่แรงดันสูง แต่การสูญเสียเหล่านี้ลดลงด้วยฉนวนและระบบคืนคอนเดนเสทที่เหมาะสม การสูญเสียเหล่านี้เล็กน้อยเมื่อเทียบกับประโยชน์ของการจ่ายไอน้ำที่แรงดันสูง

การลดแรงดัน

วิธีทั่วไปในการลดแรงดันที่จุดที่ใช้ไอน้ำคือการใช้วาล์วลดแรงดัน คล้ายกับที่แสดงในสถานีลดแรงดันรูป 10.1.3

ติดตั้งเครื่องแยกต้นน้ำวาล์วลดแรงดันเพื่อขจัดน้ำที่ carried ออกจากไอน้ำเปียกขาเข้า จึงรับประกันไอน้ำคุณภาพสูงผ่านวาล์วลดแรงดัน กล่าวเพิ่มเติมใน Module 9.3 และ Module 12.5

อุปกรณ์ปลายทางของวาล์วลดแรงดันได้รับการปกป้องโดยวาล์วนิรภัย หากวาล์วลดแรงดันขัดข้อง แรงดันปลายทางอาจสูงเกินแรงดันทำงานสูงสุดที่อนุญาตของอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหายถาวร และที่สำคัญกว่า อาจเป็นอันตรายต่อบุคลากร เมื่อมีวาล์วนิรภัย แรงดันส่วนเกินใดๆ จะถูกระบายผ่านวาล์ว และจะป้องกันไม่ให้เกิดเหตุนี้ (วาล์วนิรภัยกล่าวถึงใน Block 9) ส่วนประกอบอื่นๆ ที่รวมอยู่ในสถานีวาล์วลดแรงดัน:

• วาล์วแยกปฐมภูมิ - เพื่อปิดระบบสำหรับการบำรุงรักษา
• มาตรวัดแรงดันปฐมภูมิ - เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของแหล่งจ่าย
• ตะแกรงกรอง - เพื่อรักษาความสะอาดของระบบ
• มาตรวัดแรงดันทุติยภูมิ - เพื่อตั้งค่าและตรวจสอบแรงดันปลายทาง
• วาล์วแยกทุติยภูมิ - เพื่อช่วยตั้งแรงดันปลายทางในสภาวะไม่มีโหลด