Kondensat Dönüş Hatlarının Yerleşimi

Kondensat dönüş boru hattının tasarımı ve yerleşimi için dikkat edilmesi gereken hususlar; buhar kendenstoplarına dreyn hatları, kendenstop çıkış hatları, ortak dönüş hatları ve pompalı dönüş hatlarını kapsar. Kullanılan kendenstop türlerinin etkisi, farklı basınçların etkisi ve kondensatın su basmış hatlara deşarjı dahildir.

Kondensat Dönüş Hatlarının Yerleşimi

Kondensat boru hattının yerleşimi için tek bir öneri seti yeterli değildir. Uygulama basıncı, buhar kendenstopu özellikleri, kondensat dönüş ana hattının tesisata göre konumu ve kondensat dönüş ana hattındaki basınç gibi birçok faktöre bağlıdır. Bu nedenle, neyin başarılması gerektiğini düşünerek başlamak ve temel iyi uygulamaların karşılanmasını sağlayacak bir yerleşim tasarlamak en doğrusudur. Temel hedefler şunlardır:

• Kondensatın, buhar kullanılan ekipmanda birikmesine izin verilmemelidir; ancak buhar kullanılan cihaz özellikle bu şekilde çalışacak şekilde tasarlanmışsa istisna uygulanabilir. Genel olarak cihazlar su basmamış (non-flooded) çalışacak şekilde tasarlanmıştır ve bu durumda biriken kondensat performansı düşürür ve borular, fittings ve ekipmanın korozyonunu teşvik eder.
• Kondensatın buhar ana hattında birikmesine izin verilmemelidir. Burada yüksek hızlı buhar tarafından yakalanarak boru hattında erozyona ve su darbesine (waterhammer) yol açabilir. Kondensat borulama konusu doğal olarak dört temel türe ayrılacaktır ve her birinin gereksinimleri ve dikkat edilecek hususları farklılık gösterecektir. Bu dört temel tip Şekil 14.2.1’de tanımlanmış ve gösterilmiştir.

Buhar kendenstoplarına dreyn hatları

Dreyn hattında, kondensat ve kondense olmayan gazlar, tesisatın dreyn çıkışından buhar kendenstopuna doğru akmalıdır. Doğru boyutlandırılmış bir dreyn hattında, drene edilen tesisat ve buhar kendenstopunun gövdesi neredeyse aynı basınçtadır ve bu nedenle kondensat bu hatta flashing yapmaz. Sürücü kuvvet yerçekimidir ve boru boyunca akışı sağlamak için buna güvenilir. Bu nedenle, kendenstopun drene edilen tesisatın çıkışının altına yerleştirilmesi ve kendenstopun deşarj borusunun kendenstopun altında sonlanması mantıklıdır. (Bunun bir istisnası Modül 2.10’da tartışılan tank ısıtma bobinleridir). Kullanılan buhar kendenstopu tipi (termostatik, termodinamik veya mekanik) borulama yerleşimini etkileyebilir. Termostatik buhar kendenstopları Termostatik kendenstoplar, kondensatı doyma sıcaklığının altına soğutarak deşarj eder. Bu, dreyn hattını etkili bir şekilde su basar ve genellikle kondensatın yedeklenmesine ve tesisatın su basmasına neden olur. Kondensatın aşırı soğutulmasının önemli avantajlara sahip olduğu ve teşvik edildiği bazı uygulamalar vardır. Kendenstop deşarj hattında daha az flash buhar üretilir ve kondensatın kondensat hattına girişi daha yumuşak olur. Termostatik kendenstoplar, açık uçlu borular aracılığıyla deşarj edildiğinde, mekanik kendenstoplara göre daha az enerji israf eder; çünkü su basmış kondensattaki duyulur ısının daha fazlası sıcaklığını sürece aktarır; tipik bir örnek buhar izleme hattıdır. Termostatik kendenstoplar, uygun şekilde daha uzun ve/veya daha büyük bir dreyn hattı bir depo olarak kullanılması ve atmosfere ısı yayması düşünülmediği sürece, buhar ana hatlarını veya ısı eşanjörlerini drene etmek için kullanılmamalıdır. Bunu yapmak için gereken ekstra uzunluktaki (veya daha büyük çaptaki) dreyn hattı genellikle pratik değildir, Örnek 14.2.1’de gösterildiği gibi. Örnek 14.2.1 30 kW’lık bir hava ısıtıcısına, kondensatı doyma sıcaklığının 13°C altında deşarj eden DN15 termostatik buhar kendenstopu takılacaktır. Normal çalışma basıncı 3 bar g, ortam sıcaklığı 15°C ve dreyn hattından çevreye olan ısı kaybı 20 W/m2 °C olarak tahmin edilmektedir. Termostatik kendenstopa gerekli minimum 15 mm dreyn hattı uzunluğunu belirleyin. Buhar tablolarından, 3 bar g’de:

Kendenstop 131°C’de deşarj ettiğinden, dreyn hattı yeterli ısıyı yaymalıdır ki kondensat ısıtıcı çıkışında doyma sıcaklığında olsun ve kondensat ısıtıcıya yedeklenmesin. Dreyn hattından gerekli ısı kaybı Denklem 2.6.5 kullanılarak hesaplanabilir.

Bu ısı kaybı, dreyn hattı boyunca ortalama kondensat sıcaklığından elde edilecektir. Dreyn hattındaki ortalama kondensat sıcaklığı.

Gerekli ısı kaybını sağlamak için dreyn hattının yüzey alanı Denklem 2.5.3 kullanılarak hesaplanabilir.

Not: ΔT ortalama sıcaklık farkı (ΔTLM veya ΔTAM) ise ortalama ısı transfer hızı (Q̇M) olacaktır

Denklem 2.5.3’teki ΔT, ortalama kondensat sıcaklığı ile ortam sıcaklığı arasındaki fark = 137.5°C - 15°C = 122.5°C Q = 0.768 kW U = 20 W/m2 °C Denklem 2.5.3’ten 0.768 x 103 watt = 20 watts/m2 °C x A x 122.5°C Buna göre, A = 0.313 m2 Bu yüzey alanını sağlamak için gerekli boru uzunluğu Tablo 2.10.3’teki bilgiler kullanılarak hesaplanabilir.

Bu boru uzunluğu (4.7 m) sahada muhtemelen pratik değildir. İki alternatif kalmaktadır. Biri dreyn hattının çapını artırmaktır ki bu da genellikle pratik değildir; diğeri ise çok daha basittir, bu tür uygulama için doğru kendenstopu takmak; kondensatı buhar sıcaklığında deşarj eden ve dolayısıyla soğutma bacağı gerektirmeyen bir şamandıralı-termostatik kendenstop.

Termostatik bir kendenstopun gerekli olduğuna karar verilirse ve ısıtıcı çıkışından 2 metreden fazla olmayan bir mesafeye takılırsa, dreyn hattının gerekli çapını hesaplamak gerekecektir. Borudan gerekli ısı kaybı, borunun toplam yüzey alanı ile birlikte aynı kalır, ancak metre başına düşen yüzey alanı artmalıdır.

Metre başına gerekli yüzey alanı = 0.157 m2 /m

Tablo 2.10.3’ten, bu alanı metre başına verecek minimum boru boyutunun 50 mm boru olduğu görülebilir ki bu da yine pratik olmayan ve imalatı pahalı olabilir. Bu örneğin dersi şudur: yanlış tip kendenstop kullanıp etrafında bir çözüm üretmek yerine, iş için doğru kendenstopu seçmek genellikle daha kolay ve ucuzdur. Termodinamik buhar kendenstopları Termodinamik kendenstoplar gibi aralıklı deşarj yapan kendenstoplar, deşarjlar arasında kondensat biriktirir. Ancak son derece dayanıklıdır, dondurucu ortam sıcaklıklarına tolerans gösterir ve nispeten küçük bir dış yüzey alanına sahiptir, yani çevreye olan ısı kaybı en aza indirilir. Bu Blokta daha sonra açıklanacağı gibi, kondensatı su basmış dönüş hatlarına deşarj etmek için uygun değildirler. Mekanik buhar kendenstopları Sürekli deşarj karakteristiğine sahip mekanik buhar kendenstopları, örneğin şamandıralı-termostatik kendenstoplar, genellikle en iyi seçenek olarak ortaya çıkar ve hava tahliyesi yapabilme gibi ek bir avantaja sahiptir. Çoğu şamandıralı kendenstop, temelde iki akış konfigürasyonunda mevcuttur: kendenstop boyunca yatay veya dikey akış. Bazı ters kova kendenstopların alt giriş ve üst çıkış bağlantıları vardır. Açıkçası, kendenstop bağlantıları bağlantı borularının yolunu etkileyecektir. Dreyn hattı minimum uzunlukta tutulmalıdır, ideal olarak 2 metreden az. Tesisattan buhar kendenstopuna uzun dreyn hattı, buharla dolabilir ve kondensatın kendenstopa ulaşmasını engelleyebilir. Bu etki buhar kilitleme (steam locking) olarak adlandırılır. Bu riski en aza indirmek için, dreyn hatları kısa tutulmalıdır (Şekil 14.2.2’ye bakınız). Uzun dreyn hatlarının kaçınılmaz olduğu durumlarda, buhar kilitleme sorunu, buhar kilitleme serbest bırakma cihazlı şamandıralı kendenstoplar kullanılarak aşılabilir. Buhar kilitleme sorunu, mümkünse ilk etapta doğru boru uzunluğunu takarak ele alınmalıdır.

Buhar kullanılan tesisat ve buhar ana hatları drene etme için ayrıntılı düzenlemeler farklıdır ve aşağıdaki paragraflarda açıklandığı gibi.

Buhar kullanılan tesisatlarda, kondensat bağlantısından gelen boru, buhar kendenstopuna yaklaşık 10 boru çapı kadar düşey olarak inmelidir. Doğru boyutlandırılmış bir şamandıralı kendenstop takılırsa, bu kondensat dalgalanmalarının korozyon ve su darbesi riskleriyle birlikte tesisatın dibinde birikmesini önleyecektir. Ayrıca, buhar basıncının çok düşük olabileceği başlangıç sırasında kondensatı çıkarmaya yardımcı olmak için küçük bir statik yükseklik sağlayacaktır. Boru hattı daha sonra kondensatın serbestçe akmasını sağlamak için akış yönünde eğimli olarak yatay olarak çalıştırılmalıdır (Şekil 14.2.3’e bakınız).

Buhar ana hatları drene etmede, Modül 10.3’te önerildiği gibi dreyn cepleri takılmışsa, cep ile buhar kendenstopu arasındaki dreyn hattı yatay olabilir. Dreyn cepi önerilen derinlikte değilse, buhar kendenstopu ona eşdeğer mesafe altına takılmalıdır (Şekil 14.2.4’e bakınız).

Kendenstoplardan deşarj hatları

Bu borular, kendensteptan kondensat dönüş sistemine kondensat, kondense olmayan gazlar ve flash buhar taşıyacaktır (Şekil 14.2.5). Flash buhar, kondensat buhar kendenstopundan önceki yüksek basınçlı alandan kondensat dönüş sisteminin daha düşük basınçlı alanına deşarj edildiğinde oluşur. (Flash buhar Modül 14.1’de kısaca ve Modül 2.2’de daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır). Bu hatlar da kondensatın serbest akışını sürdürmek için akış yönünde düşmelidir. Kısa hatlarda, eğim gözle fark edilebilir olmalıdır. Uzun hatlarda eğim yaklaşık 1:70 olmalıdır, yani her 7 metrede 100 mm.

Su basmış dönüş hatlarına deşarj

Kendenstopları su basmış dönüş hatlarına deşarj etmek önerilmez, özellikle patlama etkili kendenstoplar (termodinamik veya ters kova tipleri) için, bunlar kondensatı doyma sıcaklığında uzaklaştırır. Su basmış kondensat ana hatlarına iyi örnekler pompalı dönüş hatları ve yükselen kondensat hatlarıdır. Genellikle buhar hatlarıyla aynı güzergahı takip ederler ve buhar ana hatları dreyn kendenstopu deşarj hatlarını doğrudan bağlamak cazip gelir. Ancak, uzun su basmış hatlara bırakılan yüksek miktarda flash buhar, boru boyunca suyu şiddetle iterek su darbesi, gürültü ve zamanla borunun mekanik arızasına neden olacaktır.

Ortak dönüş hatları

Birden fazla kendensteptan gelen kondensatın ventilli bir depo gibi aynı toplama noktasına aktığı yerlerde, bireysel kendenstop deşarj hatlarının bağlandığı ortak bir hat çalıştırmak alışıldık bir uygulamadır. Şekil 14.2.6/7/8 ve 10’da gösterilen düzenlemelere uyulduğu ve Modül 14.3’te belirtildiği gibi boru hattı yeterli boyutlandırıldığı sürece bu bir sorun değildir.

Patlama etkili kendenstoplar

Patlama etkili kendenstoplar (termodinamik veya ters kova tipleri) kullanılırsa, reaksiyon kuvvetleri ve hızlar yüksek olabilir. Süpürülmüş tişörtler, deşarj hattının ortak dönüş hattına bağlandığı noktada mekanik stresi ve erozyonu azaltmaya yardımcı olacaktır (Şekil 14.2.6’ya bakınız).

Sürekli deşarjlı kendenstoplar

Eğer bazı nedenlerle süpürülmüş tişörtler kullanılamazsa, sürekli deşarj etkili şamandıralı-termostatik kendenstop daha iyi bir seçenektir (Şekil 14.2.7). Su basmış hat, şamandıralı-termostatik kendenstoptan gelen (nispeten küçük) sürekli akışın dağılmış enerjisini daha kolay absorbe edecektir. Buhar ve kondensat ana hatları arasındaki basınç farkı çok yüksekse, bir difüzör deşarjı yastıklamaya yardımcı olarak hem erozyonu hem de gürültüyü azaltacaktır.

Bir diğer alternatif, kondensatı buhar doyma sıcaklığının altına soğuyana kadar tutan bir termostatik kendenstop kullanmaktır; bu, oluşan flash buhar miktarını azaltır (Şekil 14.2.8).

Buhar ana hattını su basmaktan kaçınmak için, ana hatta cömert bir toplama cebinin yanı sıra kendenstopa 2 ila 3 m uzunluğunda yalıtımsız borudan oluşan bir soğutma bacağı esastır. Soğutma bacağı, deşarj sıcaklığına soğuması sırasında kondensatı depolar. Buhar ana hattını su basma tehlikesi varsa, termostatik kendenstoplar kullanılmamalıdır.

Su basmış hatlara drene eden sıcaklık kontrollü tesisat

Sıcaklık kontrollü prosesler, buhar besleme basıncının bir kontrol vanası üzerinden kısılması durumunu örnek olarak sunar. Bunun etkisi, buhar kendenstopu kapasitesini kondensat akışının tamamen durabileceği bir noktaya düşürür ve sisteme durma (stall) denir. Durma konusu Blok 13’te daha derinlemesine tartışılmaktadır. Durma, buhar tesisatını kondensattan boşaltmak için yetersiz buhar basıncının bir sonucu olarak ortaya çıkar ve tesisatın tam yükten kısmi yük için yüksek bir devir oranına sahip olması durumunda daha olasıdır. Tüm sıcaklık kontrollü sistemler durma yapmaz, ancak kondensat sisteminin oluşturduğu ters basınç kendenstopun performansını olumsuz etkileyebilir. Bu da prosesin ısı transferi kabiliyetini bozabilir (Şekil 14.2.9). Bu nedenle kondensat dreyn hatları, Şekil 14.2.10’da gösterildiği gibi, drene edildikleri ana hattı su basmayacak şekilde yapılandırılmalıdır.

Farklı basınçlardaki deşarj hatları

Birden fazla sıcaklık kontrollü prosesten gelen kondensat, bu hat aşağıdaki özelliklere sahip olduğu sürece ortak bir hatta katılabilir:

• Toplama noktasına doğru akış yönünde eğimli olacak şekilde tasarlanmış.
• Her bir branş hattından tam yükteki flash buharın kümülatif etkilerini karşılayacak boyutlandırılmış. Farklı basınçlardaki kendenstoplardan gelen deşarjların bağlanması kavramı bazen yanlış anlaşılır. Branş hatları ve ortak hat doğru boyutlandırılmışsa, her bir kendenstopun altındaki basınçlar neredeyse aynı olacaktır. Ancak bu hatlar yetersiz boyutlandırılmışsa, kondensat ve flash buhar akışı, boru içindeki akış direncindeki artıştan kaynaklanan ters basınç birikimi nedeniyle kısıtlanacaktır. Daha düşük basınçlı sistemleri drene eden kendenstoplardan gelen kondensat daha kısıtlı olma eğilimindedir. Deşarj borulama sisteminin her bir parçası, kabul edilebilir buhar hızlarında mevcut olan flash buharı taşıyacak şekilde boyutlandırılmalıdır. Yüksek basınçlı bir kendenstoptan gelen deşarj, deşarj hatları ve ortak hat düzgün boyutlandırılmış ve akış yönünde eğimli ise, düşük basınçlı bir kendenstoptan gelen deşarja müdahale etmeyecektir. Modül 14.3, ‘Kondensat dönüş hatlarının boyutlandırılması’ daha fazla ayrıntı verir.

Pompalı dönüş hatları

Flash buhar, bir noktada kondensattan ayrılabilir ve bir geri kazanım sisteminde kullanılabilir veya uygun bir depodan basitçe atmosfere verilebilir (Şekil 14.2.11). İkincisinden kalan artık sıcak kondensat, bir kazan besleme tankı gibi uygun bir toplama tankına pompalanabilir. Pompa ventilli bir depodan beslendiğinde, pompalı dönüş hattı 100°C’nin altındaki sıcaklıklardaki kondensatla tamamen su basmış olacaktır, bu da hatta flash buhar oluşma olasılığının düşük olduğu anlamına gelir.

Pompalı dönüş hattındaki akış aralıklıdır, çünkü pompa ihtiyaçlarına göre başlar ve durar. Pompa deşarj hızı, kondensatın pompaya giriş hızından daha yüksek olacaktır. Bu nedenle, pompa deşarj hattının boyutunu belirleyen pompa deşarj hızıdır, kondensatın pompaya giriş hızı değil.

Kondensatın pompalanması, Modül 14.4, ‘Ventilli depolardan kondensat pompalanması’nda daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.