การใช้ไอน้ำของอุปกรณ์โรงงาน

การใช้ไอน้ำของอุปกรณ์โรงงานทั่วไปอื่นๆ รวมถึงแบตเตอรีฮีตเตอร์ เครื่องทำน้ำร้อน ลูกกลิ้งอบแห้ง เครื่องอัด และท่อติดตาม

ตัวอย่างในส่วนต่อไปนี้ภายในโมดูลนี้เป็นการทบทวนอุปกรณ์ที่กล่าวถึงก่อนหน้า และแสดงการใช้ไอน้ำของอุปกรณ์โรงงานทั่วไปอื่นๆ

แบตเตอรีฮีตเตอร์​

ผู้ผลิตเครื่องทำความร้อนเดี่ยวและแบตเตอรีฮีตเตอร์อากาศส่วนใหญ่ระบุผลผลิตของอุปกรณ์เป็น kW อัตราการควบแน่นอาจกำหนดจากข้อมูลนี้โดยหารกำลังอุปกรณ์ (kW) ด้วยเอนทัลปีของการระเหยของไอน้ำที่ความดันทำงาน (kJ/kg) เพื่อให้ได้อัตราการไหลของไอน้ำเป็น kg/s การคูณผลลัพธ์ด้วย 3 600 จะให้ kg/h หากข้อมูลจากผู้ผลิตไม่พร้อมใช้งาน แต่ทราบข้อมูลต่อไปนี้:

• อัตราการไหลปริมาตรของอากาศ
• อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
• ความดันไอน้ำ จากนั้นอัตราการควบแน่นอาจกำหนดได้โดยใช้สมการ 2.12.3: ตัวอย่าง 2.14.1 เครื่องทำความร้อนอากาศที่ออกแบบเพื่อยกระดับอุณหภูมิอากาศจาก -5 เป็น 30 °C ติดตั้งในท่อขนาด 2 ม. x 2 ม. ความเร็วอากาศในท่อคือ 3 m/s ไอน้ำจ่ายให้แบตเตอรีฮีตเตอร์ที่ 3 bar g และความร้อนจำเพาะของอากาศถือเป็น 1.3 kJ/m³ °C

เครื่องทำความร้อน​

เช่นเดียวกับเครื่องทำความร้อนอากาศ ผู้ผลิตเครื่องทำความร้อนส่วนใหญ่จะระบุกำลังสำหรับอุปกรณ์ของตน และการใช้ไอน้ำอาจกำหนดโดยหารกำลัง kW ด้วยเอนทัลปีของไอน้ำที่ความดันทำงานเพื่อให้ผลลัพธ์เป็น kg/s (ดูสมการ 2.8.1) อย่างไรก็ตาม เครื่องทำความร้อนมักมีขนาดใหญ่เกินไปสำหรับระบบที่ให้บริการ เนื่องจาก:

• การคำนวณโหลดความร้อนเริ่มต้นของอาคารที่ให้บริการจะรวมถึงค่าความปลอดภัยหลายประการและระมัดระวังเกินไป
• เครื่องทำความร้อนเองจะถูกเลือกจากช่วงมาตรฐาน ดังนั้นขนาดที่ใกล้ที่สุดจากโหลดที่คำนวณได้จะถูกเลือก
• ผู้ผลิตเครื่องทำความร้อนจะรวมค่าความปลอดภัยของตนในอุปกรณ์ การประมาณโหลดจริง ณ จุดเวลาใดๆ อาจได้รับหากทราบอุณหภูมิน้ำไหลและน้ำกลับ และอัตราการสูบ หมายเหตุว่าแรงดันหัวที่ด้านปล่อยส่งผลต่อปริมาณของปั๊ม และอาจคงที่หรือไม่คงที่ก็ได้ ตัวอย่าง 2.14.2 น้ำร้อนอุณหภูมิต่ำ 4 l/s (ไหล/กลับ = 82/71 °C) ถูกสูบวนรอบระบบทำความร้อน กำหนดผลผลิตความร้อน:
• ผลผลิตความร้อน = อัตราการไหลน้ำ x ความร้อนจำเพาะของน้ำ x อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง
• ผลผลิตความร้อน = 4 l/s x 4.19 kJ/kg °C x (82 - 71 °C)
• ผลผลิตความร้อน = 184 kW วิธีทางเลือกในการประมาณโหลดของเครื่องทำความร้อนคือการพิจารณาอาคารที่ให้ความร้อน การคำนวณโหลดความร้อนอาจซับซ้อนด้วยปัจจัย รวมถึง:
• การเปลี่ยนแปลงอากาศ
• อัตราการถ่ายเทความร้อนผ่านผนัง หน้าต่าง และหลังคา อย่างไรก็ตาม การประมาณที่สมเหตุสมผลอาจได้รับโดยใช้ปริมาตรของอาคารและกำหนดกำลังทำความร้อน 30 W/m³ สิ่งนี้จะให้โหลดเดินเครื่องสำหรับอุณหภูมิภายในประมาณ 20 °C เมื่ออุณหภูมิภายนอกประมาณ -1 °C อุณหภูมิน้ำไหลและกลับทั่วไปสำหรับ:
• ระบบน้ำร้อนอุณหภูมิต่ำ (LTHW) คือ 82 °C และ 71 °C (ΔT = 11 °C)
• ระบบน้ำร้อนอุณหภูมิปานกลาง (MTHW) คือ 94 °C และ 72 °C (ΔT = 22 °C) ตัวเลขสำหรับระบบน้ำร้อนอุณหภูมิสูง (HTHW) แตกต่างกันอย่างมาก และต้องตรวจสอบสำหรับแต่ละการใช้งาน ตัวอย่าง 2.14.3 การไหลของไอน้ำไปยังเครื่องทำความร้อนถูกวัดที่ 227 kg/h เมื่ออุณหภูมิภายนอกคือ 7 °C และอุณหภูมิภายในคือ 18 °C หากอุณหภูมิภายนอกลดลงเหลือ -1 °C และอุณหภูมิภายในคือ 19 °C กำหนดอัตราการไหลของไอน้ำโดยประมาณ สิ่งนี้สามารถคำนวณได้โดยสัดส่วน

เครื่องทำน้ำร้อนแบบเก็บสะสม

เครื่องทำน้ำร้อนแบบเก็บสะสมถูกออกแบบเพื่อยกระดับอุณหภูมิของเนื้อหาทั้งหมดจากเย็นไปยังอุณหภูมิเก็บสะสมภายในระยะเวลาที่กำหนด ค่าทั่วไปในสหราชอาณาจักร:

• อุณหภูมิน้ำเย็น 10 °C
• อุณหภูมิน้ำร้อน 60 °C เวลาอุ่นเครื่อง (เรียกอีกอย่างว่า ‘เวลากู้คืน’) = 1 ชั่วโมง มวลของน้ำที่ต้องให้ความร้อนอาจกำหนดจากปริมาตรของถัง (สำหรับน้ำ ความหนาแน่น ρ = 1 000 kg/m³ และความร้อนจำเพาะ (cp) = 4.19 kJ/kg °C) ตัวอย่าง 2.14.4 เครื่องทำน้ำร้อนแบบเก็บสะสมประกอบด้วยถังทรงกระบอก เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 ม. และสูง 2 ม. เนื้อหาของถังจะถูกให้ความร้อนถึง 60 °C ใน 1 ชั่วโมง

อุณหภูมิน้ำเข้าคือ 10 °C และความดันไอน้ำคือ 7 bar g กำหนดอัตราการไหลของไอน้ำ:

ลูกกลิ้งอบแห้ง

ลูกกลิ้งอบแห้งแตกต่างกันอย่างมากในการจัดเรียงและการใช้งาน และดังนั้นจึงแตกต่างกันในการใช้ไอน้ำ นอกจากความแตกต่างอย่างมากในขนาด ความดันไอน้ำ และความเร็วในการเดินเครื่อง ลูกกลิ้งอาจระบายน้ำผ่านโครงเครื่อง เช่น ในเครื่องอบผ้า หรือโดยระบบทะลุ ในกรณีของเครื่องจักรกระดาษความเร็วสูง ในทางตรงกันข้าม เครื่องอบฟิล์มและเครื่องจักรกระดาษความเร็วต่ำอาจใช้ steam trap แยกต่างหากในแต่ละลูกกลิ้ง ความต้องการจะแตกต่างกันจากการสูญเสียคงที่เล็กน้อยจากลูกกลิ้งที่อบด้ายฝ้าย ไปจนถึงโหลดหนักที่ปลายเปียกของ

เครื่องจักรกระดาษหรือในเครื่องอบฟิล์ม ด้วยเหตุนี้ ตัวเลขที่แม่นยำจึงสามารถได้จากการวัดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีสูตรที่เชื่อถือได้บางสูตรที่ใช้งาน ซึ่งช่วยให้สามารถประมาณการใช้ไอน้ำได้ภายในขีดจำกัดที่สมเหตุสมผล ในกรณีของเครื่องอบผ้าแบบลูกกลิ้ง การนับจำนวนลูกกลิ้งและการวัดเส้นรอบวงและความกว้างของแต่ละลูกกลิ้งจะนำไปสู่พื้นที่ผิวให้ความร้อนทั้งหมด ปลายทั้งสองของแต่ละลูกกลิ้งควรรวม และ 0.75 m² ต่อลูกกลิ้งควรเพิ่มเพื่อครอบคลุมหัวตุ๊กตาและโครง ยกเว้นในกรณีที่ใช้การระบายน้ำแยกต่างหาก การสูญเสียรังสีจากเครื่องขณะหยุดนิ่ง วัดเป็น kg ของไอน้ำต่อชั่วโมง อาจประมาณโดยคูณ

พื้นที่ทั้งหมดด้วยตัวคูณ 2.44 โหลดเดินเครื่องเป็น kg ต่อชั่วโมงจะได้โดยใช้ตัวคูณ 8.3 (ในหน่วยอิมพีเรียล พื้นที่จะวัดเป็นตารางฟุตและตัวคูณที่สอดคล้องจะเป็น 0.5 และ 1.7 ตามลำดับ) นี่อิงจากเครื่องที่อบสินค้าเป็นชิ้นที่อัตรา 64 ถึง 73 เมตรต่อนาที (70 ถึง 80 หลาต่อนาที) แต่ด้วยการปรับ สามารถใช้กับเครื่องจักรที่ทำงานภายใต้สภาพต่างกัน ตัวเลขในสมการข้างต้นเป็นค่าคงที่ที่ได้จากประสบการณ์: 1.5 = ตัวคูณที่ใช้กับเครื่องอบลูกกลิ้ง 2 550 = เอนทัลปีเฉลี่ยของน้ำ + เอนทัลปีของการระเหยที่ต้องการเพื่อระเหยความชื้น 1.26 = ความร้อนจำเพาะเฉลี่ยของวัสดุ ลูกกลิ้งอบแห้งมักมีโหลดเริ่มต้นหนักเนื่องจากปริมาตรช่องไอน้ำที่ใหญ่และมวลโลหะที่ต้องให้ความร้อน และควรเผื่อตัวคูณสามเท่าของโหลดเดินเครื่องในการกำหนดขนาด steam trap ต้องจำด้วยว่าอากาศสามารถก่อให้เกิดปัญหาเฉพาะ เช่น เวลาอุ่นเครื่องที่ยาวนานและอุณหภูมิผิวที่ไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นต้องมีการจัดเตรียมพิเศษสำหรับการระบายอากาศออกจากลูกกลิ้ง

เครื่องอัด

เครื่องอัด เช่นเดียวกับลูกกลิ้งอบแห้ง มีทุกรูปทรง ขนาด และความดันทำงาน และใช้เพื่อวัตถุประสงค์หลายอย่าง เช่น การขึ้นรูปผงพลาสติก การเตรียมลามิเนต การผลิตยางรถยนต์ (ดูรูป 2.14.4) และการผลิตไม้อัด บางครั้งยังรวมรอบการทำความเย็น เห็นได้ชัดว่าจะยากที่จะคำนวณโหลดไอน้ำได้อย่างแม่นยำและวิธีเดียวที่จะได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือคือการวัด อุปกรณ์ประเภทนี้อาจเป็นแบบ ‘เปิด’ ที่อนุญาตให้สูญเสียรังสีสู่บรรยากาศ หรือ ‘ปิด’ เมื่อพื้นที่ให้ความร้อนสองพื้นที่ถูกแยกจากกันด้วยผลิตภัณฑ์ แม้ว่าความร้อนบางส่วนจะถูกดูดซับโดยผลิตภัณฑ์ ผลลัพธ์สุทธิคือการใช้ไอน้ำจะเหมือนกันไม่ว่าอุปกรณ์จะทำงานหรือหยุดนิ่ง แม้จะมีความผันผวนในระหว่างการเปิดและปิด การใช้ไอน้ำบางครั้งอาจประมาณได้โดยใช้สมการถ่ายเทความร้อนพื้นฐาน 2.5.3: ค่า U ที่แสดงในรูป 2.9.1 บางครั้งอาจใช้ได้ สามารถให้ผลลัพธ์ที่สมเหตุสมผลในกรณีของเครื่องอัดแผ่นขนาดใหญ่ แต่แม่นยำน้อยกว่าเมื่อพิจารณาแม่พิมพ์จำนวนน้อยที่มีรูปทรงซับซ้อน ส่วนใหญ่เนื่องจากความยากในการประมาณพื้นที่ผิว คุณลักษณะของอุปกรณ์ประเภทนี้คือช่องไอน้ำขนาดเล็ก และโหลดไอน้ำค่อนข้างสูงเมื่ออุ่นเครื่องจากเย็น เพื่อรองรับสิ่งนี้และความผันผวนของโหลด steam trap ควรกำหนดขนาดด้วยตัวคูณ 2 เท่าของโหลดเดินเครื่อง การควบคุมอุณหภูมิสามารถแม่นยำมากโดยใช้วาล์วลดแรงดันแบบใช้ตัวกระตุ้นนำร่องทำงานโดยตรง ให้ความดันไอน้ำคงที่และสม่ำเสมอตามอุณหภูมิผิวที่ต้องการ สิ่งเหล่านี้ถูกกำหนดขนาดเพียงจากโหลดไอน้ำที่ออกแบบ

ท่อติดตาม

ท่อที่บรรจุของเหลวที่มีความหนืดมักถูกดูแลรักษาที่อุณหภูมิสูงโดยใช้ท่อติดตามไอน้ำ สิ่งเหล่านี้มักประกอบด้วยท่อไอน้ำขนาดเล็กหนึ่งหรือหลายท่อที่วิ่งขนานกับท่อผลิตภัณฑ์ ทั้งหมดถูกหุ้มด้วยฉนวน ในทางทฤษฎี การคำนวณที่แม่นยำของการใช้ไอน้ำเป็นเรื่องยาก เนื่องจากขึ้นอยู่กับ:

• ระดับการสัมผัสระหว่างท่อทั้งสอง และว่ามีการใช้สารหล่อลื่นนำความร้อนหรือไม่
• อุณหภูมิของผลิตภัณฑ์
• ความยาว อุณหภูมิ และแรงดันตกตามท่อติดตาม
• อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม
• ความเร็วลม
• ค่าการแผ่รังสีของเปลือกนอก ในทางปฏิบัติ มักปลอดภัยที่จะสมมติว่าท่อติดตามเพียงแค่แทนที่การสูญเสียรังสีจากท่อผลิตภัณฑ์เอง บนพื้นฐานนี้ การใช้ไอน้ำ

ของท่อติดตามอาจถือเป็นโหลดเดินเครื่องที่เท่ากับการสูญเสียรังสีจากท่อผลิตภัณฑ์ ตาราง 2.14.1 ให้การสูญเสียความร้อนจากท่อที่หุ้มฉนวนด้วยฉนวน 50 หรือ 100 มม. ตัวอย่าง 2.14.5 ท่อขนาด 50 ม. ยาว x 200 มม. บรรจุผลิตภัณฑ์เหลวที่ 120 °C อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมคือ 20 °C ท่อมีฉนวน 50 มม. และไอน้ำจ่ายที่ 7 bar g ไปยังท่อติดตาม กำหนดการใช้ไอน้ำ: สำหรับท่อหุ้ม การสูญเสียความร้อนอาจสมมติว่าเท่ากับจากท่อจ่ายไอน้ำหลักที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับเสื้อนอก โดยคำนึงถึงฉนวนด้วย เมื่อกำหนดขนาด steam trap ควรใช้ตัวคูณ 2 เท่าของโหลดเดินเครื่องเพื่อรองรับสภาพเริ่มต้น แต่วาล์วควบคุมอุณหภูมิใดๆ อาจกำหนดขนาดเพื่อรองรับโหลดออกแบบเท่านั้น การกำหนดขนาดท่อติดตาม ตัวอย่าง 2.14.5 คำนวณโหลดท่อติดตามไอน้ำบนพื้นฐานของการสูญเสียความร้อนจากท่อ ในทางปฏิบัติ ท่อติดตามจะไม่ถูกกำหนดขนาดให้ตรงกับการสูญเสียความร้อนนี้อย่างแน่นอน ตาราง 2.14.2 แสดงผลผลิตความร้อนที่เป็นประโยชน์จากท่อติดตามเหล็กและทองแดงขนาด 15 มม. และ 20 มม. ที่ทำงานที่ความดันต่างๆ ควบคู่กับท่อผลิตภัณฑ์ที่อุณหภูมิต่างๆ ตารางคำนึงถึงการสูญเสียความร้อนจากท่อติดตามไปยังอากาศรอบข้างผ่านฉนวน ในตัวอย่าง 2.14.5 การสูญเสียความร้อนจากท่อคือ 97 W/m ท่อติดตามต้องสามารถจ่ายอัตราการถ่ายเทความร้อนนี้อย่างน้อย ตาราง 2.14.2 แสดงว่า โดยการแทรกค่า ผลผลิตความร้อนที่เป็นประโยชน์จากท่อติดตามเหล็กขนาด 15 มม. คือ 33 W/m สำหรับอุณหภูมิผลิตภัณฑ์ 120 °C และความดันไอน้ำ 5 bar g จำนวนท่อติดตามที่ต้องการเพื่อรักษาอุณหภูมิผลิตภัณฑ์ 120 °C จึงเป็น: ดังนั้นท่อติดตามเหล็กขนาด 15 มม. สามท่อจะต้องใช้สำหรับการใช้งานนี้ตามที่แสดงในรูป 2.14.9