Flash Buhar

Flash buharın geri kazanılmasının faydaları, nasıl yapıldığı ve flash buharın genel verimliliği en üst düzeye çıkarmak için tesisin başka yerlerinde nasıl uygulanabileceği.

Flash buhar nedir ve neden kullanılmalıdır?

‘Flash buhar’, sıcak kondensin basıncı düşürüldüğünde açığa çıkar. Ortam sıcaklığında 20°C’deki su bile basıncı yeterince düşürülürse kaynar. 170°C’deki suyun 6,9 bar g’nin altındaki herhangi bir basınçta kaynayacağını belirtmekte fayda olabilir. Flash işlemiyle açığa çıkan buhar, bir buhar kazanından açığa çıkan buhar kadar kullanışlıdır. Örnek olarak, buhar bir kazandan alındığında ve kazan basıncı düştüğünde, kazanın suyunun bir kısmı, kazan yakıtının ısısıyla üretilen ‘canlı’ buharı desteklemek için flash olur. Her iki buhar türü de kazanda üretildiğinden, bunlar arasında ayrım yapmak imkansızdır. Flash olayı nispeten düşük basınçlarda, örneğin buhar kendenstoplarının deşarj tarafında gerçekleştiğinde, flash buhar terimi yaygın olarak kullanılmaktadır. Ne yazık ki, bu kullanım, flash buharın bir şekilde canlı buhardan daha az değerli olduğu gibi yanlış bir sonuca yol açmıştır. Verimliliği en üst düzeye çıkarmaya çalışan herhangi bir buhar sisteminde, flash buhar kondensden ayrılacak ve herhangi bir düşük basınçlı ısıtma uygulamasını desteklemek için kullanılacaktır. Bu şekilde kullanılan her flash buhar kilogramı, kazan tarafından tedarik edilmesi gerekmeyen bir buhar kilogramıdır. Ayrıca atmosfere verilmeyen, aksi halde kaybolacak bir buhar kilogramıdır. Flash buharın geri kazanılmasının nedenleri, kondensin geri kazanılmasının nedenleri kadar hem ekonomik hem de çevresel olarak ikna edicidir. Ne kadar flash buhar mevcuttur? Flash buhar kullanılacaksa, ne kadar mevcut olacağını bilmek faydalıdır. Miktar hesaplama ile kolayca belirlenebilir veya basit tablolardan veya grafiklerden okunabilir. Örnek 14.6.1 - Şekil 14.6.1’de gösterilen ceketli kabı ele alalım Kondens, buhar kendenstopuna doymuş su olarak, 7 bar g gösterge basıncında ve 170°C sıcaklıkta girer. Bu basınçtaki kondensdeki spesifik ısı miktarı 721 kJ/kg’dır. Buhar kendenstopundan geçtikten sonra, kondens dönüş hattındaki basınç 0 bar g’dir. Bu basınçta, her kondens kilogramının tutabileceği maksimum ısı miktarı 419 kJ ve maksimum sıcaklık 100°C’dir. Kondensin bir kısmını buhara dönüştüren 302 kJ’lık bir fazla ısı vardır. Buhar miktarı aşağıdaki metinde hesaplanmaktadır.

Aynı sıcaklıkta 0 bar göstergede sudan 1 kg doymuş buhar üretmek için gereken ısı 2257 kJ’dır. Dolayısıyla 302 kJ’lık bir miktar şu kadarını buharlaştırabilir:

Bu örnekteki her kondens kilogramından, üretilen flash buharın oranı, kondensin ilk kütlesinin %13,4’üne eşittir.

7 bar g’de buhar kullanan ekipman 250 kg/s kondens oluşturuyorsa, 0 bar g’de kondens tarafından açığa çıkan flash buhar miktarı: 0,134 x 250 kg/s kondens = 33,5 kg/s flash buhar Alternatif olarak, Şekil 14.6.2’deki grafik, birçok tesiste karşılaşılan orta ve düşük basınçlar için doğrudan okunabilir. Şekil 14.6.1’de gösterilen örnek Şekil 14.6.2’de tasvir edilmiştir ve kondenstopu geçen her kondens kg’ı için 0,134 kg flash buhar üretildiğini göstermektedir.

Soğutulmuş kondens Buhar kendenstopu termostatik tip ise, deşarj edilen kondens doyma sıcaklığının altında soğutulur. Daha soğuk kondensdeki ısı biraz daha az olacak ve üretilen flash buhar miktarı daha az olacaktır. Örnek 14.6.1’deki kondenstop, buhar doyma sıcaklığının 15°C altında kondens deşarj ederse, kondensdeki mevcut ısı daha az olacaktır. Örnek 14.6.2 7 bar g’de deşarj yapan ve 15°C soğutmalı kondensi ele alalım

Bu nedenle bu örnekte, doyma sıcaklığından daha düşük bir sıcaklıkta deşarj edilen kondens, flash buharın oranını %13,4’ten %10,4’e düşürmüştür. Basınçlı kondens Örnek 14.6.3 Örnek 14.6.1’deki kondensi 1 bar g’de basınçlandırılmış bir flash kabına deşarj ederken ele alalım Dönüş hattı 1 bar g basıncındaki bir kaba bağlıysa, buhar tablolarından kondenstop deşarjındaki kondensdeki maksimum ısının 505 kJ/kg olduğu ve 1 bar g’de buharlaşma entalpisinin 2201 kJ/kg olduğu görülebilir. 1 bar g’de flash olan kondensin oranı daha sonra şu şekilde hesaplanabilir:

Bu örnekte, 7 bar g’de buhar kullanan ekipman 250 kg/s buhar kondens ediyorsa, 1 bar g’de kondens tarafından açığa çıkan flash buhar miktarı 0,098 x 250 kg/s = 24,5 kg/s flash buhar olurdu.

Bu nedenle, üretilen flash buhar miktarı kullanılan buhar kendenstopunun türüne, kendenstop öncesi buhar basıncına ve kendenstop sonrası kondens basıncına bağlı olabilir.

Flash buhar geri kazanım kabı (flash kabı)

Flash kapları, Avrupa Basınçlı Ekipman Direktifi 97/23/EC ile flash buharı ayırmak için kullanılır. Kondens ve flash buhar flash kabına girdikten sonra, kondens yerçekimiyle kabın dibine düşer ve buradan genellikle pompalanabilmesi için havalandırmalı bir toplayıcıya, bir şamandıralı kendenstop aracılığıyla drene edilir. Kabın içindeki flash buhar, kabın üstünden herhangi bir uygun düşük basınçlı buhar ekipmanına boru tesisatı ile iletilir.

Flash buhar geri kazanım kaplarının boyutlandırılması

Bir flash kabını boyutlandırmak için aşağıdaki bilgiler gereklidir:

• Kabı besleyen kendenstoplardaki buhar basıncı.
• Flash kabına toplam kondens akış hızı.
• Flash kabındaki flash buhar basıncı. Bu bilgiler, bir flash kabı boyutlandırma grafiğiyle birlikte kullanılarak (Şekil 14.6.4’e bakınız), kabın boyutu belirlenebilir. Örnek 14.6.4, bir grafik kullanarak flash kabı boyutlandırmasını göstermektedir. Örnek 14.6.4 Aşağıdaki koşullara uygun bir flash kabının boyutunu belirleyin: Kendenstoplardaki basınç, toplam 2500 kg/s kondens akışı ile 12 bar g’dir. Kabdaki flash buhar, 1 bar g’de düşük basınçlı buhar kullanan ekipmana sağlanacaktır. Yöntem:

1. 12 bar g’deki ‘Kendenstoplardaki basınç’ ekseninden, A noktasındaki 1 bar g flash buhar basınç eğrisine yatay olarak hareket edin.
2. 2500 kg/s’lik kondens akış hızı seviyesine dikey olarak inin, B noktası, ve eğri çizgiyi C noktasına kadar takip edin.
3. C noktasından sağa hareket edin ve 1 bar g flash hattıyla D noktasında buluşun.
4. Flash kabı boyutuna yukarı doğru hareket edin ve kabı seçin. Bu örnek için bir FV8 flash kabı seçilecektir.

Başarılı flash buhar uygulamaları için gereksinimler

• Flash buharın tam olarak kullanılabilmesi için bazı temel gereksinimler karşılanmalıdır:
• Ekonomik geri kazanım için yeterli flash buharın açığa çıkmasını sağlamak üzere, daha yüksek basınçlarda çalışan uygulamalardan sürekli ve yeterli kondens kaynağına sahip olmak esastır.
• Buhar kendenstopları ve drene ettikleri ekipman, flash sistemi tarafından uygulanan arka basınca karşı tatmin edici bir şekilde çalışabilmelidir.
• Sıcaklık kontrollü ekipmandan gelen kondens ile flash buhar geri kazanımı denenirken dikkatli olunmalıdır. Tam yük altında çalışmadığında, buhar boşluğu basıncı buhar kontrol vanasının kapanma hareketiyle düşürülecektir. Ekipmandaki buhar basıncı belirlenen flash buhar basıncına yaklaşırsa veya altına düşerse, oluşan flash buharın toplam miktarı marjinal olacaktır ve bu durumda geri kazanımın değerli olup olmadığı sorgulanmalıdır.
• Üretilen flash buhara eşit veya onu aşan bir düşük basınçlı flash buhar talebinin olması önemlidir. Flash buharın herhangi bir açığı, bir basınç düşürme vanasından gelen canlı buharla kapatılabilir. Flash buharın arzı talebi aşarsa, flash buhar dağıtım sisteminde fazla basınç oluşturulacak ve bu basınç daha sonra bir fazlalık vanası aracılığıyla boşaltılarak israf edilecektir.
• Bir alan ısıtma tesisatındaki kondensden flash buhar kullanmak mümkündür - ancak tasarruflar yalnızca ısıtma sezonunda elde edilir. Isıtma gerektiğinde geri kazanım sistemi etkisiz hale gelir. Mümkün olduğunca en iyi düzen, proses kondensinden elde edilen flash buharı proses yüklerini beslemek için kullanmak - ve ısıtma kondensinden elde edilen flash buharı ısıtma yüklerini beslemek için kullanmaktır. Arz ve talep o zaman birbirine uyumlu kalma olasılığı daha yüksektir.
• Flash buharın yüksek basınçlı kondens kaynağına yakın kullanılması tercih edilir. Düşük basınçlı buhar için nispeten büyük çaplı borular kullanılır, basınç kaybını ve hızı azaltmak için, bu da flash buharın herhangi bir mesafeye boruyla iletilmesi gerekiyorsa maliyetli kurulum anlamına gelebilir.

Flash buhar basıncının kontrolü

• Bir diğer husus, flash buharın basıncını kontrol etme yöntemidir.
• Bazı durumlarda, flash basıncı kendi seviyesini bulur ve başka bir şey yapılmasına gerek kalmaz. Arz ve talep her zaman uyumlu olduğunda ve özellikle düşük basınçlı buhar, yüksek basınçlı kondens üreten aynı ekipmanda kullanıldığında, flash buharı herhangi bir başka kontrole gerek kalmadan düşük basınçlı tesise boruyla iletmek yeterlidir.
• Şekil 4.6.5, prosese yüksek sıcaklıkta hava sağlayan çoklu bataryalı bir hava ısıtıcı bataryasına flash buhar geri kazanımının uygulanmasını göstermektedir. Yüksek basınçlı bölümlerden gelen kondens flash kabına götürülür; buradan düşük basınçlı flash buhar, soğuk havayı donma bobini (ön ısıtıcı) aracılığıyla bataryaya girerken ön ısıtmak için kullanılır. Ön ısıtıcı bölümünün yüzey alanı ve gelen havanın nispeten düşük sıcaklığı, düşük basınçlı flash buharın kolayca yoğuşmasını sağlayacaktır.

Çalışma sıcaklıklarına bağlı olarak, flash buhar bazı düşük basınçlatta, hatta atmosfer altı basınçta yoğuşacaktır. Saha koşulları ve düzeni izin verirse, flash kabı ve ön ısıtıcıyı drene eden buhar kendenstopu, kondensin kendenstopu geçmesini sağlamak için yeterli hidrostatik yükü verecek kadar ön ısıtıcı kondens çıkışının altında konumlandırılmalıdır. Bu mümkün değilse, hem ön ısıtıcı bobinini hem de flash kabını drene etmek için pompalama kendenstopları kullanılabilir.

Atmosfer altı basınçta ön ısıtıcıda yoğuşan buhar genellikle, flash buhar beslemesinde ön ısıtıcıya bir vakum kırıcı gerektirecektir. Bu, bataryadaki basıncın atmosfer altı olmasını önleyerek kondensin kendenstopa akışını kolaylaştıracaktır. Ön ısıtıcı kendenstopundan drenej, yerçekimi akışıyla sağlanır. Şekil 14.6.6, flash buhar sisteminin bir basınç düşürme vanasından beslenen belirli bir sabit basınçta tutulduğu bir uygulamayı göstermektedir. Bu, flash buharın yükü karşılamak için yetersiz olması durumunda düşük basınçlı sisteme güvenilir bir buhar kaynağı sağlar.

Flash buhar için tipik uygulamalar

Flash buhar arz ve talebi uyumlu Bu, mevcut flash buharın maksimum kullanımını sağlar. Şekil 14.6.5’te tartışılan hava ısıtıcı bataryası böyle bir sistemdir, ancak benzer düzenler, ışınım panelleri veya ünite ısıtıcıları kullanan alan ısıtma tesisatları gibi birçok başka uygulamada da pratiktir. Şekil 14.6.6, bir dizi ısıtıcıya yüksek basınçlı buhar sağlanan bir sistemi tasvir etmektedir. Isıtıcıların yaklaşık %90’ından gelen kondens toplanır ve bir flash geri kazanım kabına götürülür. Bu, kalan %10’luk ısıtıcıya düşük basınçlı buhar sağlar. Bu sistemle, ısıtıcıların %10’u daha düşük buhar basıncında çalıştığı için sistemin toplam ısı çıkışı biraz azalır. Ancak, normal yükün üzerinde yeterli çıkış marjına sahip olmayan bir tesis bulmak nadirdir. Bazen, mevcut flash buharın kullanılmasının birden fazla ısıtıcı gerektirebileceği ancak ikiden az gerektireceği bir sorun ortaya çıkar. Bu durumda, fazla flash buharı israf etmek yerine iki ısıtıcıyı flash buhar beslemesine bağlamak daha iyi olur. İki ısıtıcı birlikte, hatta atmosfer altı seviyelere kadar, flash basıncı daha düşük bir seviyeye çekecektir. Bunu başa çıkmak için, flash buharın beslenmesi bir basınç düşürme vanasından gelen canlı buharla desteklenebilir.

Arz ve talebin ‘uyumlu’ olduğu bir diğer örnek, buharla ısıtılan sıcak su depolama kaloriferidir. Bunlardan bazıları, soğuk besleme suyunun girdiği yere yakın kabın alt kısmına monte edilmiş bir ikincil bobin içerir.

Birincil bobin üzerindeki kendenstoptan gelen kondens ve flash buhar doğrudan ikincil bobine aktarılır. Burada, kendenstop boyunca basınç düşüşünden üretilen herhangi bir flash buhar, besleme suyuna ısısını vererek yoğuşur. Tipik bir düzen Şekil 14.6.7’de gösterilmiştir.

Bu fikrin bir başka örneği Şekil 14.6.8’de gösterilmiştir. Burada, normal bir buhar-suyu kaloriferi, kondensini bir şamandıralı kendenstop aracılığıyla, flash buharın soğutulmuş kondense yoğuştuğu daha küçük bir gövdeli borulu bir ısı eşanjörüne (flash yoğuşturucu denir) drene eder. Ünite, ikincil akış boru tesisatının hem kalorifer hem de yoğuşturucuyla seri halinde olduğu şekilde kurulmuştur. Bu, ikincil dönüş suyunun yoğuşturucu tarafından ön ısıtılmasını sağlayarak birinci aşamada canlı buhar talebini azaltır.

Flash yoğuşturucudaki kondens atmosfer altı olma ihtimali varsa, kondensi daha yüksek bir dönüş hattına kaldırmak için mekanik bir pompa gereklidir. Pompanın motive buharı, kendisi flash yoğuşturucuda yoğuşur. Kondensin pompalanması daha sonra pratik olarak sıfır maliyetle gerçekleştirilir. Pompa doldurma yükünün, tam yük koşulları altında flash yoğuşturucu tüpleri boyunca basınç düşüşünden daha büyük olması gerektiğini dikkate almak gerekir. Minimum 600 mm’lik bir yük genellikle bunu başaracaktır.

Flash buhar arz ve talebi uyumlu değil Şekil 14.6.9’daki düzen, arz ve talebin her zaman ‘uyumlu’ olmadığı flash buhar geri kazanımının bir örneğidir. Üç ceketli tava ve bir drene cebinden gelen kondens flash buhar açığa çıkarır, ancak bu yalnızca alan ısıtma tesisatına buhar beslemesini desteklemek için kullanılabilir. Isıtma yükü flash buharın kullanılabilirliğini aştığı sürece, ısıtma sezonunda bu oldukça tatmin edicidir. Yaz sezonunda ısıtma ekipmanı kullanılmayacak ve hatta ilkbahar ve sonbaharda bile ısıtma yükü mevcut tüm flash buharı kullanamayabilir. Düzen ideal değildir, ancak kışın yapılan buhar tasarruflarının flash buhar geri kazanım ekipmanının maliyetini haklı çıkarması oldukça mümkündür. Bazen, fazla flash buharın atmosfere verilmesi gerekir ve belirtildiği gibi, bir fazlalık vanası bu amaç için, genellikle bir ‘patlama’ veya ‘aç/kapa’ hareketine ve seyrek çalışma için tasarlanmış bir yatak düzenine sahip olan bir emniyet ventilinden daha uygundur. Fazlalık vanası, sistemdeki normal basıncın biraz üzerinde açılmaya başlayacak şekilde ayarlanacaktır. Isıtma yükü düştüğünde ve sistemdeki basınç artmaya başladığında, destek buharını sağlayan basınç düşürme vanası kapanır. Daha sonra fazlalık vanası, fazla flash buharı serbest bırakmaya başlamadan önce 0,15 ila 0,2 bar’lık bir basınç artışı daha izin verilir. Fazlalık vanası arızalanırsa bir emniyet ventili yine de gerekebilir. Fazlalık vanası ayar basıncı ile sistem tasarım basıncı arasında bir basınçta açılmaya ayarlanmalıdır. Emniyet ventili genellikle flash kabına takılması uygundur. Bazen yaz koşullarında, Şekil 14.6.9’da gösterilmeyen manuel bir valf ile flash sisteminin bypass edilmesi tercih edilebilir. Kondens ve ilişkili flash buhar daha sonra doğrudan bir kondens toplayıcısına geçecek ve burada flash buhar atmosfere verilecektir.

Kazan blöf ısı geri kazanım uygulamaları Kazan suyunun sürekli blöfü, kazan içindeki TDS (Toplam Çözünmüş Katılar) seviyesini kontrol etmek için gereklidir. Sürekli blöf, blöf suyunun ısı içeriğinin geri kazanılmasına uygundur ve önemli tasarrufların yapılmasını sağlayabilir. Kazan blöfü, kolayca flash buhar olarak geri kazanılabilen muazzam miktarda ısı içerir. Blöf kontrol vanasından geçtikten sonra, daha düşük basınçlı su bir flash kabına akar. Bu noktada, flash buhar kirlenmeden arındırılmış ve kondensden ayrılmıştır ve kazan besleme tankını ısıtmak için kullanılabilir (Şekil 14.6.10’e bakınız). Flash kabından drene edilen artık kondens, atılmadan önce mümkün olduğunca fazla ısı geri kazanmak için bir plakalı ısı eşanjöründen geçirilebilir. Kazan sürekli blöfünde bulunan toplam ısının %80’ine kadarı bu şekilde geri kazanılabilir.

Püskürtmeli yoğuşma Son olarak, flash buharın kaçınılmaz olarak düşük basınçta üretildiği, ancak kullanabilecek uygun bir yükün bulunmadığı durumlar dikkate alınmalıdır. Flash buharı israf etmek yerine, Şekil 4.6.11’deki düzen sıklıkla benimsenebilir. Bu düzen, kondens toplayıcı havalandırmasının dışarıya boruyla iletilemediği ve flash buharın bir tesis odasında boşaltılmasının zararlı olabileceği durumlarda faydalı olabilir. Toplayıcı tank havalandırmasına hafif bir paslanmaz çelik oda takılır. Soğuk su, flash buharı yoğuşturmak için yeterli miktarlarda odaya püskürtülür. Soğutma suyu akışı, basit bir kendinden hareketli sıcaklık kontrolü ile kontrol edilir ve havalandırmadan minimal miktarda flash buhar çıkacak şekilde ayarlanır. İşlem, yoğşturulan her flash buhar kilogramı için yaklaşık 6 kilogram soğutma suyu kullanacaktır. Soğutma suyu kazan besleme kalitesindeyse, ısınan su toplayıcıdaki kondense eklenir ve yeniden kullanılır. Bu, yıl boyunca su tasarrufu sağlamaya devam edecektir. Soğutma suyu geri kazanım için uygun değilse, püskürtme boru tesisatı noktalı düzenlemede gösterildiği gibi kurulabilir. Soğutma suyu ve yoğuşmuş flash daha sonra atılacaktır.