ท่อและการกำหนดขนาดท่อ

การกำหนดขนาดท่อเป็นแง่มุมสำคัญของการออกแบบระบบไอน้ำ บทเรียนนี้ให้คำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับมาตรฐาน ตาราง วัสดุและการกำหนดขนาดสำหรับงานไอน้ำอิ่มตัวและ superheated ต่างๆ

มาตรฐานท่อระหว่างประเทศคืออะไร?

มีมาตรฐานท่อหลายมาตรฐานที่มีอยู่ทั่วโลก แต่อาจเป็นมาตรฐานสากลที่สุดคือมาตรฐานที่ derived โดย American Petroleum Institute (API) ที่ท่อถูกจัดประเภทในหมายเลข schedule หมายเลข schedule เหล่านี้มีความสัมพันธ์กับอันดับแรงดันของท่อ มี Schedule สิบเอ็ดรายการตั้งแต่ต่ำสุดที่ 5 ผ่าน 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 ถึง schedule No. 160 สำหรับท่อ nominale ขนาด 150 mm และเล็กกว่า Schedule 40 (บางครั้งเรียก ‘standard weight’) เป็นน้ำเบาที่สุดที่จะระบุสำหรับงานไอน้ำ ไม่ว่าจะเป็นหมายเลข schedule ท่อของขนาดเฉพาะทั้งหมดมีเส้นผ่านศูนย์กลางนอกเท่ากัน (ไม่รวมค่าเผื่อการผลิต) เมื่อหมายเลข schedule เพิ่มขึ้น ความหนาผนังเพิ่มขึ้น และ bore จริงลดลง ตัวอย่างเช่น:

• ท่อ 100 mm Schedule 40 มีเส้นผ่านศูนย์กลางนอก 114.30 mm ความหนาผนัง 6.02 mm ให้ bore 102.26 mm
• ท่อ 100 mm Schedule 80 มีเส้นผ่านศูนย์กลางนอก 114.30 mm ความหนาผนัง 8.56 mm ให้ bore 97.18 mm เฉพาะ Schedule 40 และ 80 ครอบคลุมช่วงเต็มจาก 15 mm ถึง 600 mm ขนาด nominale และเป็น schedule ที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับการติดตั้งท่อไอน้ำ โมดูลนี้พิจารณาท่อ Schedule 40 ตามที่ครอบคลุมใน BS 1600

ตารางหมายเลข schedule สามารถหาได้จาก BS 1600 ที่ใช้เป็นการอ้างอิงสำหรับขนาด nominale ของท่อและความหนาผนังในมิลลิเมตร ตาราง 10.2.1 เปรียบเทียบขนาด bore จริงของท่อขนาดต่างๆ สำหรับหมายเลข schedule ต่างๆ

ในยุโรปแผ่นดินใหญ่ ท่อผลิตตามมาตรฐาน DIN และ DIN 2448 รวมอยู่ในตาราง 10.2.1

ตาราง 10.2.1 การเปรียบเทียบมาตรฐานท่อและเส้นผ่านศูนย์กลาง bore จริง

ในสหราชอาณาจักร ท่อ EN 10255 (ท่อเหล็กที่เหมาะสำหรับเกลียว BS 21) ยังใช้ในงานที่ท่อเป็นเกลียวแทนหน้าแปลน มักเรียกว่า ‘Blue Band’ และ ‘Red Band’; เนื่องจากเครื่องหมายระบุแบบ band สีต่างๆ อ้างอิงเกรดท่อเฉพาะ:

• Red Band เป็นเกรดหนัก ใช้ทั่วไปสำหรับงานท่อไอน้ำ
• Blue Band เป็นเกรดกลาง ใช้ทั่วไปสำหรับระบบจ่ายอากาศ แม้ว่าบางครั้งใช้สำหรับระบบไอน้ำแรงดันต่ำ แถบสีกว้าง 50 mm และตำแหน่งบนท่อบ่งบอกความยาว ท่อยาวน้อยกว่า 4 เมตรมีแถบสีเฉพาะที่ปลายเดียว ในขณะที่ท่อยาว 4 ถึง 7 เมตรมีแถบสีที่ปลายทั้งสอง

วัสดุท่อทั่วไปสำหรับระบบไอน้ำคืออะไร?

ท่อสำหรับระบบไอน้ำมักผลิตจากเหล็กคาร์บอนตาม ASME B 16.9 A106 วัสดุเดียวกันอาจใช้สำหรับท่อคอนเดนเสท แม้ว่าท่อทองแดงจะ preferred ในบางอุตสาหกรรม สำหรับท่อหลักไอน้ำ superheated อุณหภูมิสูง ธาตุผสมเพิ่มเติม เช่น โครเมียมและโมลิบดีนัม รวมเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงแรงดึงและความต้านทาน creep ที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไป ท่อจัดจำหน่ายในความยาว 6 เมตร

การกำหนดขนาดท่อ

ความสำคัญของการกำหนดขนาดท่อ

วัตถุประสงค์ของระบบจ่ายของไหลทุกระบบคือจ่ายของไหลที่แรงดันถูกต้องไปยังจุดใช้งาน ดังนั้น การลดแรงดันผ่านระบบจ่ายจึงเป็นคุณสมบัติสำคัญ

การกำหนดขนาดท่อสำหรับของเหลว

ทฤษฎี Bernoulli (Daniel Bernoulli 1700 - 1782) กล่าวถึงใน Block 4 - Flowmetering D’Arcy (D’Arcy Thompson 1860 - 1948) เพิ่มว่าเพื่อให้การไหลของของไหลเกิดขึ้น ต้องมีพลังงานที่จุด 1 มากกว่าจุด 2 (ดูรูป 10.2.3) ความแตกต่างของพลังงานใช้เอาชนะแรงต้านแรงเสียดทานระหว่างท่อและของไหลที่ไหล

Bernoulli เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั้งหมดของของไหลที่ไหลกับการกระจายพลังงานที่แสดงในแง่ของ head loss hf (m) หรือ specific energy loss g hf (J/kg) ตัวมันเองไม่ค่อยมีประโยชน์หากไม่สามารถทำนายแรงดันตกที่จะเกิดขึ้นในสถานการณ์เฉพาะ

ที่นี่ หนึ่งในกลไกที่สำคัญที่สุดของการกระจายพลังงานภายในของไหลที่ไหลจะถูกแนะนำ คือ การสูญเสียพลังงานกลทั้งหมดเนื่องจากแรงเสียดทานที่ผนังของท่อ uniform ที่ขนส่งการไหล steady ของของไหล การสูญเสียพลังงานทั้งหมดของของไหลที่ไหลผ่านท่อวงกลมต้องขึ้นอยู่กับ: L = ความยาวของท่อ (m) D = เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (m) u = ความเร็วเฉลี่ยของการไหลของของไหล (m/s) μ = ความหนืด dynamic ของของไหล (kg/m s = Pa s) italic-p - body text.jpg= ความหนาแน่นของของไหล (kg/m³) kS = ความหยาบของผนังท่อ* (m)

• เนื่องจากการกระจายพลังงานเกี่ยวข้องกับแรงเฉือนที่ผนังท่อ ธรรมชาติของผิวผนังจะมีอิทธิพล เนื่องจากผิวเรียบจะมีปฏิสัมพันธ์กับของไหลต่างจากผิวหยาบ ตัวแปรเหล่านี้ทั้งหมดรวมกันในสมการ D’Arcy-Weisbach (มักเรียกว่าสมการ D’Arcy) และแสดงเป็นสมการ 10.2.1 สมการนี้ยังแนะนำศัพท์มิติที่เรียกว่า friction factor ที่เชื่อมโยงความหยาบสัมบูรณ์ของท่อกับความหนาแน่น ความเร็วและ viscosity ของของไหลและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ ศัพท์ที่เชื่อมโยงความหนาแน่น ความเร็วและ viscosity ของของไหลและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเรียกว่า Reynolds number ตั้งชื่อตาม Osborne Reynolds (1842-1912, of Owens College, Manchester, United Kingdom) ผู้บุกเบิกวิธีทางเทคนิคสำหรับการสูญเสียพลังงานในของไหลที่ไหลประมาณ 1883 สมการ D’Arcy (สมการ 10.2.1): ผู้อ่านในบางส่วนของโลกอาจรู้จักสมการ D’Arcy ในรูปแบบที่ต่างกันเล็กน้อย ตามที่แสดงในสมการ 10.2.2 สมการ 10.2.2 คล้ายกับสมการ 10.2.1 แต่ไม่มีค่าคงที่ 4

เหตุผลของความแตกต่างคือประเภท friction factor ที่ใช้ จำเป็นต้องใช้ version ที่ถูกต้องของสมการ D’Arcy กับ friction factor ที่เลือก การจับคู่สมการผิดกับ friction factor ผิดจะส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาด 400% และสิ่งสำคัญคือต้องใช้ชุดสมการและ friction factor ที่ถูกต้อง ตำราหลายเล่มไม่ได้ระบุว่า friction factors ใดถูกกำหนด และบางครั้งต้องตัดสินใจจากขนาดที่อ้างอิง

สมการ 10.2.2 มักใช้โดยผู้ที่ทำงานในหน่วย Imperial แบบดั้งเดิม และยังมักใช้โดยผู้ปฏิบัติงานในสหรัฐอเมริกาและภูมิภาคแปซิฟิก rim แม้ว่าระบุขนาดท่อเมตริก สมการ 10.2.1 มักใช้โดยผู้ที่ทำงานในหน่วย SI แบบดั้งเดิม มักใช้มากกว่าโดยผู้ปฏิบัติงานยุโรป สำหรับ Reynolds number และ relative roughness เดียวกัน ‘Imperial based friction factor’ จะใหญ่กว่า ‘SI based friction factor’ สี่เท่า Friction factors สามารถกำหนดจาก Moody chart หรือสำหรับ turbulent flows คำนวณจากสมการ 10.2.3 การพัฒนาของสูตร Colebrook - White

อย่างไรก็ตาม สมการ 10.2.3 ใช้ยากเนื่องจาก friction factor ปรากฏทั้งสองด้านของสมการ และด้วยเหตุนี้ การคำนวณด้วยมือมักทำโดยใช้ Moody chart

บน Moody chart แบบ SI ขนาด friction factor อาจมีช่วงจาก 0.002 ถึง 0.02 ในขณะที่บน Moody chart แบบ Imperial ขนาดนี้อาจมีช่วงจาก 0.008 ถึง 0.08 เป็นกฎทั่วไป สำหรับ turbulent flow ที่ Reynolds number ระหว่าง 4 000 ถึง 100 000 ‘SI based’ friction factors จะมีขนาดตามที่แนะนำโดยสมการ 10.2.4 ในขณะที่ ‘Imperial based’ friction factors จะมีขนาดตามที่แนะนำโดยสมการ 10.2.5

Friction factor ที่ใช้จะกำหนดว่าใช้สมการ D’Arcy 10.2.1 หรือ 10.2.2

สำหรับ ‘SI based’ friction factors ใช้สมการ 10.2.1; สำหรับ ‘Imperial based’ friction factors ใช้สมการ 10.2.2 ตัวอย่าง 10.2.1 ท่อน้ำ กำหนดความเร็ว friction factor และความแตกต่างของแรงดันระหว่างสองจุดห่าง 1 km ในระบบท่อแนวนอน bore คงที่ 150 mm หากอัตราการไหลของน้ำคือ 45 m³/h ที่ 15°C

โดยพื้นฐาน friction factor ขึ้นอยู่กับ Reynolds number (Re) ของของเหลวที่ไหลและ relative roughness (kS/d) ของด้านในของท่อ; อดีตคำนวณจากสมการ 10.2.6 และส่วนหลังจากสมการ 10.2.7 Reynolds number (Re)

ความหยาบของท่อหรือค่า ‘kS’ (มักอ้างว่า ‘curly-e - body text.jpg’ ในบางข้อความ) มาจากตารางมาตรฐาน และสำหรับ ‘commercial steel pipe’ มักใช้ 0.000 045 เมตร

จากนี้ relative roughness ถูกกำหนด (เนื่องจากเป็นสิ่งที่ Moody chart ต้องการ)

Friction factor สามารถกำหนดจาก Moody chart ได้แล้ว และ friction head loss คำนวณจากสมการ D’Arcy ที่เกี่ยวข้อง

จาก European Moody chart (รูป 10.2.4), ที่นี่: kS/D = 0.000 3 Re = 93 585: Friction factor (f) = 0.005 จาก Moody chart ของสหรัฐอเมริกา/ออสเตรเลีย (รูป 10.2.5), ที่นี่: kS/D = 0.000 3 Re = 93 585 Friction factor (f) = 0.02

Friction head loss เดียวกันได้จากการใช้ friction factors ต่างกันและสมการ D’Arcy ที่เกี่ยวข้อง

ในทางปฏิบัติไม่ว่าจะสำหรับท่อน้ำหรือท่อไอน้ำ สร้างสมดุลระหว่างขนาดท่อและการสูญเสียแรงดัน

การกำหนดขนาดท่อในไอน้ำ

ท่อที่มีขนาดใหญ่เกินไปหมายความ:

• ท่อ วาล์ว ข้อต่อ เป็นต้น จะมีราคาแพงกว่าที่จำเป็น
• ต้นทุนการติดตั้งสูงกว่า รวมถึงงาน support ฉนวน เป็นต้น
• สำหรับท่อไอน้ำ ปริมาตรคอนเดนเสทที่มากกว่าจะเกิดจากการสูญเสียความร้อนที่มากกว่า ซึ่งหมายความว่า either:
• ต้องการกับดักไอน้ำเพิ่มเติม หรือ
• จ่ายไอน้ำเปียกไปยังจุดใช้งาน ในตัวอย่างเฉพาะ:
• ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งท่อไอน้ำ 80 mm สูงกว่าค่าใช้จ่ายของท่อ 50 mm ถึง 44% ซึ่งมีกำลังเพียงพอ
• ความร้อนที่สูญเสียจากท่อฉนวนสูงกว่าท่อ 80 mm ประมาณ 21% จากท่อ 50 mm ส่วนที่ไม่มีฉนวนของท่อ 80 mm จะสูญเสียความร้อนมากกว่าท่อ 50 mm ถึง 50% เนื่องจากพื้นผิวถ่ายเทความร้อนเพิ่มเติม ท่อที่มีขนาดเล็กเกินไปหมายความ:
• อาจมีแรงดันต่ำกว่าที่จุดใช้งาน ซึ่งอาจขัดขวางสมรรถนะอุปกรณ์
• มีความเสี่ยงที่ไอน้ำขาดแคลนเนื่องจากแรงดันตกที่มากเกินไป
• มีความเสี่ยงของ erosion น้ำกระแทกและเสียงมากขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นโดยธรรมชาติของความเร็วไอน้ำ ตามที่กล่าวก่อนหน้า friction factor (f) อาจกำหนดได้ยาก และการคำนวณเองใช้เวลามาก โดยเฉพาะสำหรับ turbulent steam flow ผลคือมีกราฟ ตารางและ slide rules จำนวนมากสำหรับ relates ขนาดท่อไอน้ำกับอัตราการไหลและแรงดันตก วิธีการกำหนดขนาดแรงดันตกหนึ่งวิธีที่ผ่านการทดสอบของเวลาคือวิธี ‘pressure factor’ ตารางค่า pressure factor ใช้ในสมการ 10.2.8 เพื่อกำหนด pressure drop factor สำหรับการติดตั้งเฉพาะ

ตัวอย่าง 10.2.2

พิจารณาระบบที่แสดงในรูป 10.2.6 และกำหนดขนาดท่อที่ต้องการจากหม้อไอน้ำไปยังสาขา unit heater โหลดไอน้ำ unit heater = 270 kg/h แม้ว่า unit heater ต้องการเพียง 270 kg/h หม้อไอน้ำต้องจ่ายมากกว่านี้เนื่องจากความร้อนสูญเสียจากท่อ ค่าเผื่อสำหรับข้อต่อท่อ ระยะทางจากหม้อไอน้ำไปยัง unit heater เป็นที่ทราบ แต่ต้องเพิ่มค่าเผื่อสำหรับแรงต้านแรงเสียดทานเพิ่มเติมของข้อต่อ มักแสดงในแง่ของ ‘equivalent pipe length’ หากขนาดท่อเป็นที่ทราบ แรงต้านของข้อต่อสามารถคำนวณได้ เนื่องจากขนาดท่อยังไม่ทราบในตัวอย่างนี้ การเพิ่ม equivalent length สามารถใช้ตามประสบการณ์

• หากท่อยาวน้อยกว่า 50 เมตร เพิ่มค่าเผื่อสำหรับข้อต่อ 10% ถึง 20%
• หากท่อยาวเกิน 100 เมตรและเป็นทางค่อนข้างตรงที่มีข้อต่อน้อย ค่าเผื่อสำหรับข้อต่อ 5% ถึง 10% จะทำ
• ความยาวท่อคล้ายกัน แต่มีข้อต่อมากกว่า จะเพิ่มค่าเผื่อไปทาง 20% ในกรณีนี้ ความยาวที่ปรับปรุง = 150 m + 10% = 165 m จากตาราง 10.2.2 (extract จากตาราง pressure factor สมบูรณ์ ตาราง 10.2.5 ที่สามารถดูได้ในภาคผนวกที่ท้ายโมดูลนี้) ‘PDF’ สามารถกำหนดได้โดยหา pressure factors F1 และ F2 และแทนในสมการ 10.2.8

ตาราง 10.2.2 Extract จากตาราง pressure factor (ตาราง 10.2.5)

จากตาราง pressure factor (ดูตาราง 10.2.2):

P1 = 7.0 bar g, F1 = 56.38 P2 = 6.6 bar g, F2 = 51.05 การแทนค่า pressure factors (P1 และ P2) เหล่านี้ในสมการ 10.2.8 จะกำหนดค่า PDF:

การอ่านค่าลงในคอลัมน์ซ้ายของตารางกำลังท่อและ pressure drop factors (ตาราง 10.2.6 - Extract แสดงในตาราง 10.2.3); ค่าที่อ่านใกล้เคียงที่สุดสองค่ารอบค่าที่ต้องการ 0.032 คือ 0.030 และ 0.040 ค่า factor ที่ต่ำกว่าถัดไปจะถูกเลือกเสมอ ในกรณีนี้คือ 0.030

ตาราง 10.2.3 Extract จากตารางกำลังท่อและ pressure factor (ตาราง 10.2.6)

แม้ว่าจะ interpolates ค่าได้ ตารางไม่ตรงกับกราฟเส้นตรง จึง interpolation ไม่สามารถถูกต้องแน่นอน นอกจากนี้ เป็นแนวปฏิบัติที่ไม่ดีที่จะกำหนดขนาดท่อถึงขีดจำกัดของกำลัง และสิ่งสำคัญคือต้องมี margin เพื่ออนุญาตการเปลี่ยนแปลงการออกแบบในอนาคต

จาก factor 0.030 โดยการอ่านตามแถวตัวเลขไปทางขวาจะเห็นว่า:

• ท่อ 40 mm จะขนส่ง 229.9 kg/h
• ท่อ 50 mm จะขนส่ง 501.1 kg/h เนื่องจากแอปพลิเคชันต้องการ 270 kg/h จะเลือกท่อ 50 mm เมื่อกำหนดขนาดท่อโดยใช้วิธี pressure drop แล้ว สามารถตรวจสอบความเร็วได้หากต้องการ

เมื่อดูแยกเดี่ยว ความเร็วนี้อาจดูต่ำเมื่อเทียบกับความเร็วสูงสุดที่อนุญาต อย่างไรก็ตาม ท่อหลักไอน้ำนี้ถูกกำหนดขนาดเพื่อจำกัดแรงดันตก และขนาดท่อที่เล็กกว่าจะให้แรงดันสุดท้ายน้อยกว่าค่าที่ต้องการ 6.6 bar g ซึ่งยอมรับไม่ได้

จะเห็นได้ว่าขั้นตอนนี้ค่อนข้างซับซ้อนและสามารถทำให้ง่ายขึ้นโดยใช้ nomogram ที่แสดงในรูป 10.2.9 (ในภาคผนวกของ Module นี้) วิธีใช้อธิบายในตัวอย่าง 10.2.3 ตัวอย่าง 10.2.3 Using the data from Example 10.2.2, determine the pipe size using the nomogram shown in Figure 10.2.7.

วิธี:

• เลือกจุดบนเส้นไอน้ำอิ่มตัวที่ 7 bar g และทำเครื่องหมายจุด A
• จากจุด A ลากเส้นแนวนอนไปยังอัตราการไหลไอน้ำ 270 kg/h และทำเครื่องหมายจุด B
• จากจุด B ลากเส้นแนวตั้งขึ้นไปด้านบนของ nomogram (จุด C)
• ลากเส้นแนวนอนจาก 0.24 bar/100 m บนสเกลแรงดันตก (เส้น DE)
• จุดที่เส้น DE และ BC ตัดกันจะระบุขนาดท่อที่ต้องการ ในกรณีนี้ ท่อ 40 mm เล็กเกินไป และจะใช้ท่อ 50 mm อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าหากแนวท่อยาวมากและอยู่ในสภาวะเปิดโล่ง ควรตรวจสอบภาระเดินเครื่องของท่อที่ครอบคลุมใน Module 2.12 - “การใช้ไอน้ำของท่อและเครื่องทำความร้อนอากาศ” ภาระเดินเครื่องควรเพิ่มเข้าไปในการใช้ไอน้ำเพื่อให้ได้ภาระไอน้ำทั้งหมด และท่อที่เลือกควรตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่ายังมีขนาดถูกต้อง

ทำไมความเร็วจึงสำคัญในการกำหนดขนาดท่อ?

จากความรู้ที่ได้ในตอนต้นของ Module นี้ และโดยเฉพาะหมายเหตุเกี่ยวกับสมการ D’Arcy (สมการ 10.2.1) เป็นที่ยอมรับว่าความเร็วเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดขนาดท่อ ดังนั้น หากความเร็วที่เหมาะสมสามารถใช้สำหรับของไหลเฉพาะที่ไหลผ่านท่อ ความเร็วอาจใช้เป็นปัจจัยกำหนดขนาดที่ใช้ได้จริง โดยทั่วไป ความเร็ว 25 ถึง 40 m/s ใช้เมื่อไอน้ำอิ่มตัวเป็นตัวกลาง 40 m/s ควรถือเป็นขีดจำกัดที่ใช้ได้จริง เนื่องจากเกินกว่านี้จะเกิดเสียงรบกวนและการกัดเซาะ โดยเฉพาะหากไอน้ำเปียก มาตรฐานบางแห่งอ้างความเร็วสูงถึง 76 m/s สำหรับไอน้ำอิ่มตัว ซึ่งทำได้เฉพาะเมื่อ: ไอน้ำแห้ง ท่อหุ้มฉนวนดีมาก ค่อนข้างสั้น ตรง แนวนอน และสามารถจ่ายแรงดันที่ต้องการ ณ จุดใช้งาน แม้ความเร็วเหล่านี้อาจสูงในแง่ผลกระทบต่อแรงดันตก ในสายจ่ายที่ยาวกว่า มักจำเป็นต้องจำกัดความเร็วไม่เกิน 15 m/s เพื่อหลีกเลี่ยงแรงดันตกสูง แนะนำว่าท่อที่ยาวเกิน 50 m ควรถูกตรวจสอบแรงดันตกเสมอ ไม่ว่าความเร็วจะเป็นเท่าใด โดยใช้ตาราง 10.2.4 เป็นแนวทาง เป็นไปได้ที่จะเลือกขนาดท่อจากข้อมูลที่ทราบ: แรงดันไอน้ำ ความเร็วและอัตราการไหล

ตาราง 10.2.4 กำลังท่อไอน้ำอิ่มตัวใน kg/h สำหรับความเร็วต่างๆ (ท่อ Schedule 40)

Alternatively the pipe size can be calculated arithmetically. The following information is required, and the procedure used for the calculation is outlined below.

ข้อมูลที่ต้องการเพื่อคำนวณขนาดท่อที่ต้องการ:

ตัวอย่าง 10.2.4

กระบวนการต้องการไอน้ำแห้งอิ่มตัว 5 000 kg/h ที่ 7 bar g หากความเร็วการไหลไม่เกิน 25 m/s กำหนดขนาดท่อ

เนื่องจากความเร็วไอน้ำต้องไม่เกิน 25 m/s ขนาดท่อต้องอย่างน้อย 130 mm; ขนาดที่ใกล้เคียงที่สุดที่มีจำหน่ายคือ 150 mm จะถูกเลือก

อีกครั้ง nomogram ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำให้กระบวนการนี้ง่ายขึ้น ดูรูป 10.2.8 ตัวอย่าง 10.2.5 Using the information from Example 10.2.4, use Figure 10.2.8 to determine the minimum acceptable pipe size Inlet pressure = 7 bar g Steam flowrate = 5 000 kg/h Maximum velocity = 25 m/s วิธี:

• ลากเส้นแนวนอนจากเส้นอุณหภูมิอิ่มตัวที่ 7 bar g (จุด A) บนสเกลแรงดันไปยังอัตราการไหลมวลไอน้ำ 5 000 kg/h (จุด B)
• จากจุด B ลากเส้นแนวตั้งไปยังความเร็วไอน้ำ 25 m/s (จุด C) จากจุด C ลากเส้นแนวนอนข้ามสเกลเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (จุด D)
• ท่อที่มี bore 130 mm เป็นที่ต้องการ; ขนาดที่ใกล้เคียงที่สุดที่มีจำหน่ายคือ 150 mm จะถูกเลือก

การกำหนดขนาดท่อสำหรับงานไอน้ำ superheated

ไอน้ำ superheated สามารถพิจารณาเป็นก๊าซแห้งและดังนั้นไม่มีความชื้น ผลคือไม่มีโอกาส erosion ท่อเนื่องจากหยดน้ำที่แขวนลอย และความเร็วไอน้ำอาจสูงถึง 50 ถึง 70 m/s หากแรงดันตกอนุญาต Nomograms ในรูป 10.2.9 และ 10.2.10 ยังใช้สำหรับงานไอน้ำ superheated ได้ ตัวอย่าง 10.2.6 ใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการ หม้อไอน้ำ/เครื่องกำเนิดไอน้ำยิ่งยวดผลิตไอน้ำยิ่งยวด 30 ตัน/ชม. ที่ 50 bar g และ 450°C เพื่อส่งออกไปยังสถานีไฟฟ้าข้างเคียง หากความเร็วต้องไม่เกิน 50 m/s ให้กำหนด:

1. ขนาดท่อตามความเร็ว (ใช้รูป 10.2.10)
2. แรงดันตกหากความยาวท่อรวมค่าเผื่อคือ 200 m (ใช้รูป 10.2.9) ส่วนที่ 1

• ใช้รูป 10.2.8 ลากเส้นแนวตั้งจาก 450°C บนแกนอุณหภูมิจนกระทั่งตัดเส้น 50 bar (จุด A)
• จากจุด A ลากเส้นแนวนอนไปทางซ้ายจนกระทั่งตัดสเกล ‘อัตราการไหลมวลไอน้ำ’ 30 000 kg/h (30 ตัน/ชม.) (จุด B)
• จากจุด B ลากเส้นแนวตั้งขึ้นจนกระทั่งตัด 50 m/s บนสเกล ‘ความเร็วไอน้ำ’ (จุด C)
• จากจุด C ลากเส้นแนวนอนไปทางขวาจนกระทั่งตัดสเกล ‘เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ’ สเกล ‘เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ’ แนะนำท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในประมาณ 120 mm จากตาราง 10.2.1 และสมมติว่าท่อจะเป็นท่อ Schedule 80 ขนาดที่ใกล้เคียงที่สุดคือ 150 mm ซึ่งมี bore 146.4 mm ส่วนที่ 2
• ใช้รูป 10.2.7 ลากเส้นแนวตั้งจาก 450°C บนแกนอุณหภูมิจนกระทั่งตัดเส้น 50 bar (จุด A)
• จากจุด A ลากเส้นแนวนอนไปทางขวาจนกระทั่งตัดสเกล ‘อัตราการไหลมวลไอน้ำ’ 30 000 kg/h (30 ตัน/ชม.) (จุด B)
• จากจุด B ลากเส้นแนวตั้งขึ้นจนกระทั่งตัดสเกล ‘เส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ’ (ประมาณ) 146 mm (จุด C)
• จากจุด C ลากเส้นแนวนอนไปทางซ้ายจนกระทั่งตัดสเกล ‘แรงดันตก bar/100 m’ (จุด D) สเกล ‘แรงดันตก bar/100 m’ อ่านค่าประมาณ 0.9 bar/100 m ความยาวท่อในตัวอย่างคือ 200 m ดังนั้นแรงดันตกคือ:

แรงดันตกนี้ต้องยอมรับได้ที่โรงงานกระบวนการ

การใช้สูตรเพื่อกำหนดอัตราการไหลไอน้ำจากแรงดันตก มีสูตรเชิงประจักษ์สำหรับผู้ที่ต้องการใช้ สมการ 10.2.9 และ 10.2.10 แสดงด้านล่าง สูตรเหล่านี้ผ่านการทดสอบมาหลายปี และดูเหมือนให้ผลลัพธ์ใกล้เคียงกับวิธี pressure factor ข้อดีของการใช้สูตรเหล่านี้คือสามารถโปรแกรมลงในเครื่องคิดเลขวิทยาศาสตร์หรือสเปรดชีต และใช้ได้โดยไม่ต้องค้นหาตารางและแผนภูมิ สมการ 10.2.10 ต้องทราบปริมาตรจำเพาะของไอน้ำ ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องค้นค่านี้จากตารางไอน้ำ นอกจากนี้ สมการ 10.2.10 ควรจำกัดความยาวท่อสูงสุด 200 เมตร สมการ 10.2.9 สูตรแรงดันตก 1 สมการ 10.2.10 สูตรแรงดันตก 2 (ความยาวท่อสูงสุด: 200 เมตร)

สรุป

• การเลือกวัสดุท่อและความหนาผนังที่ต้องการสำหรับการติดตั้งเฉพาะกำหนดไว้ในมาตรฐาน เช่น EN 45510 และ ASME 31.1
• การเลือกขนาดท่อที่เหมาะสม (nominal bore) สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะขึ้นอยู่กับการระบุแรงดันและอัตราการไหลอย่างแม่นยำ ขนาดท่ออาจเลือกจากพื้นฐานของ:
• ความเร็ว (โดยทั่วไปท่อยาวน้อยกว่า 50 m)
• แรงดันตก (โดยทั่วไป แรงดันตกไม่ควรเกิน 0.1 bar/50 m)

ภาคผนวก

ตาราง 10.2.5 ตาราง Pressure drop factor (F)

ตาราง 10.2.6 กำลังท่อจาก pressure drop factor