ท่อหลักไอน้ำและจุดดึง

บทเรียนนี้พิจารณาการจัดเรียงท่อหลักไอน้ำและการพิจารณาการออกแบบอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการอุ่นเครื่องที่มีประสิทธิภาพ คุณภาพไอน้ำที่ดี และการกระจายไอน้ำที่เหมาะสมจากห้องหม้อไอน้ำ

ท่อหลักไอน้ำและจุดดึง

หม้อไอน้ำแบบเปลือกผลิตขึ้นสำหรับความจุสูงถึงประมาณ 27,000 กก./ชม. ของไอน้ำ เมื่อต้องการโหลดที่เกินกว่านี้ หม้อไอน้ำสองตัวหรือมากกว่าจะถูกเชื่อมต่อแบบขนาน โดยการติดตั้งสี่ตัวหรือมากกว่าไม่ใช่เรื่องผิดปกติ การออกแบบท่อหลักไอน้ำที่เชื่อมต่อกันมีความสำคัญอย่างยิ่ง รูปที่ 3.8.1 แสดงวิธีทั่วไปในการเชื่อมต่อหม้อไอน้ำสี่ตัว: วิธีที่มักเป็นสาเหตุของปัญหา อ้างอิงรูปที่ 3.8.1 เมื่อหม้อไอน้ำทั้งหมดทำงานที่ความดันเดียวกัน ความดันที่จุด A ต้องน้อยกว่าที่จุด B เพื่อให้ไอน้ำไหลจากจุด B ไปยังโรงงาน ดังนั้นต้องมีความดันตกมากกว่าระหว่างหม้อไอน้ำหมายเลข 4 และจุด A กว่าหม้อไอน้ำหมายเลข 3 และจุด B ในขณะที่ผลต่างของความดันตกสองค่านี้เกิดขึ้นระหว่าง A และ B

การไหลขึ้นอยู่กับความดันตก ดังนั้น หม้อไอน้ำหมายเลข 4 จะปล่อยไอน้ำมากกว่าหม้อไอน้ำหมายเลข 3 เข้าท่อหลักส่วนกลาง ในทำนองเดียวกัน หม้อไอน้ำหมายเลข 3 จะปล่อยมากกว่าหมายเลข 2 เป็นต้น ผลสุทธิคือหากหม้อไอน้ำหมายเลข 1 โหลดเต็ม หม้อไอน้ำอื่นๆ จะถูกโหลดเกินอย่างค่อยเป็นค่อยไป ผลกระทบแย่ลงใกล้จุดดึงสุดท้าย

สามารถแสดงให้เห็นว่า โดยทั่วไป หากหม้อไอน้ำหมายเลข 1 โหลดเต็ม หมายเลข 2 จะโหลดเกินประมาณ 1% หมายเลข 3 ประมาณ 6% และหมายเลข 4 ประมาณ 15% แม้ว่าหม้อไอน้ำแบบเปลือกจะรับมือกับสภาวะโอเวอร์โหลดเป็นครั้งคราวได้ 5% แต่โอเวอร์โหลด 15% เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์

ความเร็วทางออกไอน้ำที่เพิ่มขึ้นจากหม้อไอน้ำทำให้เกิดผิวน้ำที่ผันผวนอย่างมาก และระบบควบคุมระดับอาจล้มเหลวในการควบคุม

ที่โหลดสูง ในตัวอย่างนี้ หม้อไอน้ำหมายเลข 4 จะล็อกเอาต์ โยนระบบที่ไม่เสถียรอยู่แล้วไปยังหม้อไอน้ำสามตัวที่เหลือ ซึ่งจะล็อกเอาต์ในไม่ช้า

ข้อสังเกตหลักคือการออกแบบท่อหลักจ่ายนี้ไม่อนุญาตให้หม้อไอน้ำแบ่งปันโหลดอย่างเท่าเทียม

เป้าหมายควรเป็นว่าความดันตกระหว่างทางออกหม้อไอน้ำแต่ละตัวและจุดดึงท่อหลักไปยังโรงงานควรอยู่ภายใน 0.1 bar ซึ่งจะลดการพัดพาและช่วยป้องกันโอเวอร์โหลดและล็อกเอาต์ของหม้อไอน้ำ

เลย์เอาต์ที่แสดงในรูปที่ 3.8.2 แสดงการออกแบบท่อหลักใหม่ที่ดีขึ้น ท่อหลักจัดเรียงให้ปล่อยจากตรงกลางแทนที่ปลายด้านหนึ่ง ด้วยวิธีนี้ หม้อไอน้ำจะไม่ถูกโหลดเกินจากท่อหลักเกิน 1% ตราบใดที่ท่อหลักมีขนาดท่อที่ถูกต้อง

การจัดเรียงที่ดีกว่าแสดงในรูปที่ 3.8.3 สำหรับการติดตั้งหม้อไอน้ำสี่ตัวหรือมากกว่า คล้ายต้นไม้ครอบครัว ที่โหลดบนหม้อไอน้ำแต่ละตัวกระจายอย่างเท่าเทียม การจัดเรียงนี้แนะนำสำหรับหม้อไอน้ำที่โหลดหนัก พร้อมการควบคุมลำดับที่หนึ่งหรือมากกว่าปิดเป็นประจำ

เน้นว่าการออกแบบท่อหลักที่ถูกต้องจะประหยัดปัญหาและค่าใช้จ่ายในภายหลัง การออกแบบท่อหลักหม้อไอน้ำที่ถูกต้องในการใช้งานหม้อไอน้ำหลายตัวจะส่งผลให้การทำงานที่สมดุลเสมอ

จุดดึงไอน้ำ

หลังจากพิจารณาการจัดเรียงทั่วไปของท่อหลักไอน้ำแล้ว เงื่อนไขต่อไปนี้ต้องรับประกัน:

• ไอน้ำแห้งถูกส่งออกไปยังโรงงาน
• การดำเนินงานอุ่นเครื่องได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม
• ไอน้ำถูกกระจายไปยังโรงงานอย่างเหมาะสม
• หม้อไอน้ำหนึ่งตัวไม่สามารถเพิ่มแรงดันให้อีกตัวหนึ่งโดยบังเอิญ

การพัดพาน้ำ

เมื่อหม้อไอน้ำที่ออกแบบมาดีผลิตไอน้ำภายใต้สภาวะโหลดคงที่ ค่าความแห้งของไอน้ำจะสูง ประมาณ 96 ถึง 99% การเปลี่ยนแปลงโหลดที่เกิดเร็วกว่าที่หม้อไอน้ำจะตอบสนองได้จะส่งผลเสียต่อค่าความแห้ง การควบคุม TDS น้ำหม้อไอน้ำไม่ดี หรือการปนเปื้อนของน้ำเลี้ยงหม้อไอน้ำ จะทำให้ไอน้ำเปียกถูกปล่อยออกจากหม้อไอน้ำ มีปัญหาหลายอย่างที่เกี่ยวข้อง:

• หยดน้ำในท่อไอน้ำจะมีแนวโน้มกัดกร่อนภายในท่อ และอุปกรณ์อื่นๆ และวาล์ว โดยเฉพาะหากความเร็วสูง
• น้ำในระบบไอน้ำให้ศักยภาพของน้ำกระแทกที่อันตราย
• น้ำในไอน้ำไม่มีเอนทัลปีของการระเหยที่โรงงานออกแบบให้ใช้ ดังนั้นการขนส่งไปยังโรงงานจึงไม่มีประสิทธิภาพ
• น้ำที่ถูกพัดพาไปพร้อมไอน้ำจากหม้อไอน้ำจะมีของแข็งที่ละลายและแขวนลอยอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งสามารถปนเปื้อนระบบควบคุม พื้นที่ถ่ายเทความร้อน วาล์วกันกลับ และผลิตภัณฑ์ ด้วยเหตุผลเหล่านี้ แนะนำให้ใช้ตัวแยกใกล้หม้อไอน้ำ ตัวแยกทำงานโดยบังคับให้ไอน้ำเปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้อนุภาคน้ำที่หนักกว่าแยกจากไอน้ำเนื่องจากความเฉื่อย และถูกแรงโน้มถ่วงพาลงสู่ก้นตัวแยก ที่ซึ่งสะสมและระบายออกผ่านวาล์วกันกลับ

การอุ่นเครื่อง

จำเป็นที่เมื่อหม้อไอน้ำถูกนำเข้าระบบ ต้องทำอย่างช้า ปลอดภัย และควบคุม เพื่อหลีกเลี่ยง:

• น้ำกระแทก - ที่ซึ่งน้ำควบแน่นจำนวนมากอยู่ภายในท่อและถูกผลักไปตามท่อด้วยความเร็วไอน้ำ ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายเมื่อน้ำกระทบสิ่งกีดขวางในท่อ เช่น วาล์วควบคุม
• กระโดดความร้อน - ที่ซึ่งท่อถูกให้ความร้อนเร็วมากจนการขยายตัวไม่ถูกควบคุม ทำให้เกิดความเค้นในท่อและเคลื่อนไหวขนาดใหญ่บนจุดรองรับท่อ
• Priming - ที่ซึ่งความดันไอน้ำลดลงอย่างกะทันหันจากโหลดขนาดใหญ่ที่ใช้กะทันหันอาจทำให้น้ำหม้อไอน้ำถูกดูดเข้าท่อ ไม่เพียงส่งผลเสียต่อการทำงาน หม้อไอน้ำมักจะล็อกเอาต์และต้องใช้เวลาก่อนที่จะนำหม้อไอน้ำกลับสู่สถานะทำงาน น้ำที่ปล่อยออกยังอาจก่อให้เกิดน้ำกระแทกในท่อ ช่วงเวลาอุ่นเครื่องสำหรับโรงงานแต่ละแห่งจะแตกต่างกันและขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย หม้อไอน้ำความดันต่ำขนาดเล็กในโรงงานกะทัดรัด เช่น ร้านซักผ้า อาจเพิ่มความดันทำงานได้ภายใน 15 นาที โรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่อาจใช้เวลาหลายชั่วโมง จุดเริ่มต้นเมื่อนำหม้อไอน้ำขนาดเล็กเข้าระบบอย่างปลอดภัยคือวาล์วหยุดหลัก ซึ่งควรเปิดอย่างช้าๆ

อย่างไรก็ตาม ในโรงงานขนาดใหญ่ อัตราการอุ่นเครื่องควบคุมได้ยากโดยใช้วาล์วหยุดหลัก เนื่องจากวาล์วหยุดหลักออกแบบเพื่อให้การแยกที่ดี มีที่นั่งแบนที่หมายความว่าแรงทั้งหมดที่ออกโดยการหมุนมือจับกระทำโดยตรงบนที่นั่ง จึงรับประกันการซีลที่ดีเมื่อมีแรงดัน ยังหมายความว่าวาล์วไม่มีลักษณะเฉพาะและจะผ่านประมาณ 80% ของความสามารถใน 10% แรกของการเคลื่อนที่

ด้วยเหตุผลนี้ การติดตั้งวาล์วควบคุมหลังวาล์วหยุดหลักเป็นแนวปฏิบัติที่ดี วาล์วควบคุมมีปลั๊กที่มีรูปทรง ซึ่งหมายความว่าความสัมพันธ์ระหว่างการเพิ่มขึ้นของการไหลกับการเคลื่อนที่ของปลั๊กรุนแรงน้อยกว่ามาก ดังนั้นอัตราการไหลและอัตราการอุ่นเครื่องจึงควบคุมได้ดีกว่า

ตัวอย่างของวาล์วควบคุมที่ติดตั้งหลังวาล์วหยุดหลักหม้อไอน้ำแสดงในรูปที่ 3.8.4

การจัดเรียงอุ่นเครื่องทั่วไปอาจเป็นว่าวาล์วควบคุมปิดจนกว่าหม้อไอน้ำต้องการใช้

เมื่อถึงจุดนี้ ตัวจับเวลาแบบพัลส์จะเปิดวาล์วควบคุมอย่างช้าๆ ตลอดช่วงเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การจัดเรียงนี้ยังมีข้อดีคือไม่ต้องใช้แรงงาน (เว้นแต่หม้อไอน้ำอุ่นจากเย็น) ในช่วงอุ่นเครื่อง ซึ่งอาจเป็นชั่วโมงพลบค่ำ เรื่องการนำหม้อไอน้ำเข้าระบบครอบคลุมโดยคำแนะนำ HSE ในสหราชอาณาจักร ในระบบจ่ายขนาดใหญ่ วาล์วควบคุมขนาดท่อมักยังหยาบเกินไปที่จะให้การอุ่นเครื่องช้าที่ต้องการ ในสถานการณ์เหล่านี้ วาล์วควบคุมขนาดเล็กในลูปรอบวาล์วแยกอาจถูกใช้ สิ่งนี้ยังมีข้อดีคือเมื่อวาล์วเลื่อนคู่ขนานใช้สำหรับแยก ความดันสามารถถูกปรับให้เท่ากันทั้งสองด้านของวาล์วก่อนเปิด ซึ่งจะทำให้เปิดง่ายขึ้นและลดการสึกหรอ ป้องกันไม่ให้หม้อไอน้ำหนึ่งเพิ่มแรงดันให้อีกตัว จาก BS 2790 มาตรา 8.8.3 ที่ซึ่งหม้อไอน้ำสองตัวหรือมากกว่าเชื่อมต่อกับท่อหลักส่วนกลาง นอกเหนือจากวาล์วหยุดหลักหม้อไอน้ำ วาล์วที่สองจะถูกเพิ่มในท่อเชื่อมต่อไอน้ำ และวาล์วนี้ต้องสามารถล็อคในตำแหน่งปิดได้ ซึ่งให้การปกป้องที่ดีกว่าสำหรับหม้อไอน้ำที่ปลดประจำการเมื่อแยกจากท่อหลักจ่าย เว้นแต่วาล์วกันกลับแยกต่างหากถูกติดตั้งในท่อเชื่อมต่อไอน้ำ วาล์วหยุดหนึ่งในสองตัวต้องมีความสามารถกันกลับในตัว วัตถุประสงค์ของมาตรฐานอังกฤษส่วนนี้คือเพื่อให้สภาวะการทำงานปลอดภัยเมื่อหม้อไอน้ำถูกปิดเพื่อซ่อมแซมหรือตรวจสอบ วาล์วกันกลับแบบ flap เรียบง่ายไม่เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์นี้ เพราะการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของความดันหม้อไอน้ำอาจทำให้เกิดการสั่น วางโหลดเกินบนหม้อไอน้ำหนึ่งหรืออีกตัวสลับกัน ซึ่งในสภาวะรุนแรง อาจทำให้เกิดโอเวอร์โหลดแบบวนรอบของหม้อไอน้ำ หลายกรณีของความไม่เสถียรในการติดตั้งหม้อไอน้ำสองตัวเกิดจากสาเหตุนี้ วาล์วหยุดหลักที่มีวาล์วกันกลับในตัวมักประสบปัญหานี้น้อยกว่า หรือวาล์วดิสก์ตรวจสอบแบบสปริงสามารถให้ผลลดแรงกระแทกซึ่งมักจะลดปัญหาจากการสั่น (รูปที่ 3.8.5) BS 2790 ระบุว่าวาล์วกันกลับต้องถูกติดตั้งในท่อนี้พร้อมวาล์วหยุดหลัก หรือวาล์วหยุดหลักต้องมีวาล์วกันกลับในตัว

มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับหม้อไอน้ำ (สหราชอาณาจักร)

กฎหมาย 1989 ฉบับที่ 2169 (ข้อบังคับระบบความดันและภาชนะก๊าซขนส่งได้ 1989) พร้อมคำแนะนำและแนวปฏิบัติที่ได้รับอนุมัติ การรับประกันการกระจายไอน้ำที่เหมาะสม จุดเริ่มต้นสำหรับระบบจ่ายคือห้องหม้อไอน้ำ ที่ซึ่งมักสะดวกที่ท่อไอน้ำหม้อไอน้ำมาบรรจบกันที่ท่อรวมไอน้ำที่เรียกว่าท่อหลักจ่ายหลัก ขนาดของท่อหลักขึ้นอยู่กับจำนวนและขนาดของหม้อไอน้ำและการออกแบบระบบจ่าย ในโรงงานขนาดใหญ่ แนวทางที่ใช้ได้จริงที่สุดคือการกระจายไอน้ำผ่านท่อหลักความดันสูงรอบโรงงาน การกระจายความดันสูงเป็นที่ต้องการทั่วไปเนื่องจากลดขนาดท่อเมื่อเทียบกับความจุและความเร็ว การสูญเสียความร้อนอาจลดลงเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางท่อโดยรวมที่เล็กกว่า ซึ่งช่วยให้จ่ายไอน้ำจากท่อหลัก ไม่ว่าโดยตรงไปยังผู้ใช้ความดันสูง หรือไปยังสถานีลดความดันที่จ่ายไอน้ำให้ผู้ใช้ท้องถิ่นที่ความดันต่ำกว่า ท่อหลักไอน้ำที่ห้องหม้อไอน้ำให้จุดเริ่มต้นที่เป็นศูนย์กลางที่มีประโยชน์ ให้ฟังก์ชันแยกเพิ่มเติมหากตัวแยกหม้อไอน้ำถูกโอเวอร์โหลด และวิธีให้หม้อไอน้ำที่เชื่อมต่อแบ่งปันโหลดระบบจ่าย ความดันทำงาน ท่อหลักควรออกแบบสำหรับความดันทำงานของหม้อไอน้ำและเป็นไปตามข้อบังคับระบบความดัน สิ่งสำคัญที่ต้องจำคือมาตรฐานหน้าแปลนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน และความดันที่อนุญาตจะลดลงเมื่ออุณหภูมิทำงานเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น อัตรา PN16 คือ 16 bar ที่ 120°C แต่เหมาะสำหรับไอน้ำอิ่มตัวสูงสุด 13.8 bar (198°C) เท่านั้น

เส้นผ่านศูนย์กลาง เส้นผ่านศูนย์กลางท่อหลักควรคำนวณด้วยความเร็วไอน้ำสูงสุด 15 ม./วินาทีในสภาวะโหลดเต็ม ความเร็วต่ำมีความสำคัญเนื่องจากช่วยให้ความชื้นที่ถูกพัดมาตกลง

จุดดึง ควรมาจากด้านบนของท่อหลักจ่ายเสมอ

แรงโน้มถ่วงและความเร็วต่ำจะรับประกันว่าน้ำควบแน่นตกลงสู่และระบายจากก้นท่อหลัก ซึ่งรับประกันว่ามีเพียงไอน้ำแห้งเท่านั้นที่ถูกส่งออก

วาล์วกันกลับ สิ่งสำคัญคือน้ำควบแน่นถูกกำจัดจากท่อหลักทันทีที่เกิด ด้วยเหตุผลนี้ วาล์วกล เช่น วาล์วลูกบอลโฟลต เป็นทางเลือกที่ดีที่สุด หากท่อหลักเป็นจุดกันกลับแรกหลังจุดดึงหม้อไอน้ำ น้ำควบแน่นอาจมีอนุภาคพัดพามา และอาจมีประโยชน์ที่จะระบายน้ำจากวาล์วกันกลับนี้ไปยังถังเป่าทิ้งหม้อไอน้ำแทนถังน้ำเลี้ยง

การอ่านที่เกี่ยวข้อง:

1. The Steam and Condensate Loop, Block 11, ‘Steam Trapping’

2. The Steam and Condensate Loop, Block 10, ‘Steam Distribution’