Temel Aşırı Isınma Giderici Türleri

Aşırı Isınma Gidericiler

En basit aşırı ısınma giderici türü, ısının ortama ışınlanabildiği yalıtımsız bir boru parçasıdır. Ancak, bu kadar sıcak bir tesis ekipmanından personele yönelik bariz yaralanma riskinin yanı sıra pahalı enerji israfının yanı sıra, bu yaklaşım çevresel koşullardaki, buhar sıcaklığındaki veya buhar akış hızındaki değişiklikleri telafi etmek için ayarlama yapmaz. Bir dizi aşırı ısınma giderici tasarımı mevcuttur ve belirli bir uygulama için uygun bir istasyonun boyutlandırılması ve seçilmesinde aşağıdaki özelliklerin dikkate alınması önerilir:

• Turndown oranı - ‘turndown’, Denklem 4.2.1’de gösterildiği gibi aşırı ısınma gidericinin çalışacağı debi aralığını tanımlamak için kullanılır. Bu önemli bir parametredir, çünkü üst basınç, sıcaklık veya debideki herhangi bir değişiklik, soğutma sıvısı gereksiniminde bir değişikliğe neden olacaktır.

Genel olarak, belirli bir aşırı ısınma giderici için iki turndown değeri belirtilebilir:

Buhar turndown oranı - Cihazın etkili bir şekilde aşırı ısınmayı giderebileceği buhar debisi aralığını yansıtır.

Soğutma suyu turndown oranı - Kullanılabilecek soğutma debisi aralığını yansıtır.

Bu doğrudan buhar turndown oranını etkilese de, ilişki aşırı ısınmış buharın, soğutma suyunun ve ortaya çıkan giderilmiş buharın sıcaklıklarına bağlıdır. Denklem 15.1.1 bu uygulama için kütle/ısı denklemidir: Buhar ve su debilerinin birbirleriyle doğrudan orantılı olduğuna dikkat edilmelidir; orantı sabiti ‘k’, aşırı ısınmış buharın, soğutma suyunun ve gerekli giderilmiş buharın entalpilerine bağlıdır. Gerekli turndown tek bir aşırı ısınma giderici kullanılarak elde edilemiyorsa, iki aşırı ısınma giderici paralel olarak takılabilir ve çalışma birinden diğerine geçer; veya buhar talebine bağlı olarak her ikisi de çalışıyor olabilir. Aşırı ısınma gidericinin kendisinin yalnızca bir aşırı ısınma giderme istasyonunun bir parçası olduğuna dikkat edilmelidir; istasyon, doğru çalışma için gerekli kontrol sistemini de içerecektir.

• Çalışma basınçları ve sıcaklıkları.
• Buhar ve su debisi.
• Proses öncesi aşırı ısınma miktarı ve sonrasında gerekli giderilmiş buhar miktarı.
• Mevcut su basıncı (bir takviye pompası gerekebilir).
• Nihai sıcaklığın gerekli doğruluğu.
• Hat içi aşırı ısınma gidericiler durumunda, buharın tam giderme gerçekleşmeden önce katettiği mesafe de önemli bir husustur. Buna absorbsiyon uzunluğu denir. Aşağıdaki Bölümler, mevcut yaygın aşırı ısınma giderici türlerinin açıklamalarını, sınırlamalarını ve tipik uygulamalarını içermektedir.

Dolaylı Temaslı Aşırı Isınma Gidericiler

Boru demeti tipi aşırı ısınma gidericiler Bu tür aşırı ısınma giderici (Şekil 15.2.2), tipik olarak bir kabuk ve boru tipi ısı eşanjöründen oluşur; bir tarafta aşırı ısınmış buhar, diğer tarafta soğutma ortamı bulunur. Birinci ısı eşanjörünün kabuğu (soğutma suyunu içerir) giriş tarafında her iki ucundan sabitlenmiştir, çıkış tarafında ise alttan sabitlenmiş ve üstten açıktır. Yüzen başlık, kabuğun iki bölümündeki basıncın dengelenmesine izin verir. Soğutma ortamı, doyma sıcaklığı ve basıncındaki sudur. Aşırı ısınmış buhar önce birinci, sonra ikinci boru setine girdiğinde, suya ısı verir ve bunun bir kısmı bu enerji eklenmesiyle buharlaşır. Buharlaşan soğutma suyunun herhangi bir kısmı yüzen başlıktan geçer ve kabuğun çıkış tarafında birikir. Daha sonra kabuğun açık ucundan geçerek giderilmiş buharla karıştırılır. Avantajlar:

1. Turndown yalnızca takılan kontrollerle sınırlıdır.
2. Bu tasarım, giderilmiş buharı doyma sıcaklığının 5°C altına kadar üretme kapasitesine sahiptir.
3. Yüksek maksimum çalışma sıcaklıkları ve basınçları, tipik olarak yaklaşık 60 bar ve 450°C.
4. Hızlı yanıt. Dezavantajlar:
5. Hantal - artık bir dizi hat içi cihaz mevcut olduğundan, büyük ölçüde yerlerini almıştır.
6. Maliyet.
7. Bu tür aşırı ısınma giderici için önemli bir endişe, ısı alışverişi sürecinin verimliliğidir. Isı değişim yüzeyinde hava veya ölçek filmlerinin birikmesi, ısı transferi için son derece etkili bir bariyer işlevi görebilir. Uygulamalar:
8. Geniş yük dalgalanmaları yaşayan uygulamalar.

Doğrudan Temaslı Aşırı Isınma Gidericiler

Su banyosu tipi aşırı ısınma giderici Bu, doğrudan temaslı aşırı ısınma gidericinin en basit formudur. Aşırı ısınmış buhar bir su banyosuna enjekte edilir. Bu ek ısı, banyo yüzeyinden doymuş buharın buharlaşmasına neden olur. Bir basınç kontrolörü kapta sabit bir basınç sağlar ve böylece alt borudaki doymuş buharın sıcaklığını ve basıncını korur. Aşırı ısınmış buhar, birim kütle başına doymuş buhardan daha fazla enerjiye sahip olduğundan, aslında aşırı ısınma gidericiye girenden daha fazla buhar buharlaşacaktır. Sonuç olarak, su seviyesi düşecek ve bu nedenle bu seviyenin korunması için önlem alınmalıdır. Bu genellikle suyun kap basıncına karşı pompalanması gerektiğinden, bir kazan besleme suyu pompasına benzer bir pompa gerektirir.

Aşırı ısınmış buhar hattında, üst ana hattaki basınç düşmesi durumunda banyodan suyun aşırı ısınmış buhar sistemine çekilmesini önlemek için iyi bir çek vana gereklidir. Avantajlar:

1. Basit
2. Buhar doyma sıcaklığında üretilir.
3. 0,98 kuruluk derecesine sahip buhar üretilebilir.
4. Turndown yalnızca takılan kontrollerle sınırlıdır.

Dezavantajlar:

1. Hantal.
2. Yüksek sıcaklıklar için pratik değildir.

Uygulamalar:

1. Debide geniş dalgalanmalar.
2. Kalıntı aşırı ısınmaya tolerans gösterilemeyen yerler.

Su Püskürtmeli Aşırı Isınma Giderme

Bu tür aşırı ısınma giderme, aşırı ısınma giderme uygulamalarının büyük çoğunluğunu temsil eder. Su püskürtmeli aşırı ısınma gidericilerde, aşırı ısınmış buhar bir veya daha fazla püskürtme memesi takılmış bir boru bölümünden geçirilir. Bunlar, aşırı ısınmış buhara ince bir soğutma suyu püskürtmesi enjekte eder ve bu, suyun buhara dönüşerek aşırı ısınma miktarını azaltmasına neden olur. Soğutma suyu, aşırı ısınmış buhara birkaç farklı yolla sokulabilir; sonuç olarak, birkaç farklı su püskürtmeli aşırı ısınma giderici türü vardır.

Buna rağmen, çoğu su püskürtmeli aşırı ısınma giderici aşağıdaki faktörlerden etkilenir:

• Parçacık boyutu - Su parçacığı boyutu ne kadar küçükse, yüzey alanının kütleye oranı o kadar büyük ve ısı transferi hızları o kadar yüksek olur. Su doğrudan hareketli aşırı ısınmış buhara enjekte edildiğinden, parçacık boyutu ne kadar küçükse, ısı alışverişinin gerçekleşmesi için gereken mesafe o kadar kısa olur. Su, mekanik bir cihaz (değişken veya sabit orifis memesi gibi) veya buhar atomizasyonlu memeler kullanılarak küçük parçacıklara ayrılır.
• Türbülans - Boru içindeki akış daha türbülanslı hale geldikçe, askıdaki bireysel su parçacıkları aşırı ısınma gidericide daha uzun süre kalır ve daha fazla ısı transferine izin verir. Ayrıca, türbülans soğutma suyunun ve aşırı ısınmış buharın karışmasını teşvik eder. Artan türbülans, tam aşırı ısınma gidermenin gerçekleşmesi için daha kısa bir mesafenin gerekmesini sağlar. Türbülans iki şekilde oluşturulabilir:
• Meme üzerindeki basınç düşüşü - Soğutma suyunu daha yüksek bir basınç düşüşüne maruz bırakmak, hızını artıracak ve daha fazla türbülans yaratacaktır.
• Hız - Su ve buhar karışımının genel hızını artırarak türbülans miktarı özünde artırılır. Hız artışı genellikle buhar yolunda bir kısıtlama oluşturarak elde edilir ve bu da girdap dökülmesiyle daha fazla türbülans üretir. Bu yüksek hızlara ek olarak, kötü boru tasarım uygulamaları kullanılırsa, aşırı ısınmış buharın hızı teorik olarak Mach 1’e yaklaşabilir. Bu tür hızlarda bir dizi sorun ortaya çıkar (şok dalgalarının oluşumu dahil). Ancak bu, iyi boru tasarımında kullanılan hızları çok aşardı. Bir aşırı ısınma gidericiye giren buharın tipik hızları yaklaşık 40 ila 60 m/s olmalıdır.
• Soğutma suyu debisi - Soğutma suyunun aşırı ısınmış buhara eklenebilme hızı, Denklem 4.2.11 ile ilişkili bir dizi faktörden etkilenir: C ve g’nin sabitler olduğunu göz önünde bulundurarak, Denklem 4.2.11’in incelenmesi, soğutma suyu debisini qv değiştirmek için yalnızca iki faktörün manipüle edilebileceğini gösterir:

Orifis (meme) üzerindeki basınç düşüşünü değiştirme, h - Debiyi meme üzerindeki basınç düşüşünün bir fonksiyonu olarak ifade etme: Bu, örneğin akışın 5 kat artırılması durumunda, mevcut basıncın 52 = 25 kat artırılması gerektiği anlamına gelir. Bu ilişkinin etkisi, turndown oranını ciddi şekilde engellemektir. Soğutma suyu debisini etkilemesinin yanı sıra, gerekli soğutma suyu basıncını belirlerken iki önemli husus daha vardır:

1. Soğutma suyu basıncı, enjeksiyon noktasındaki aşırı ısınmış buhar basıncından yüksek olmalıdır.
2. Meme üzerindeki basınç düşüşü ne kadar büyükse, soğutma suyunun atomizasyonu o kadar iyi olur. Orifis alanını değiştirme, A - Debiyi orifis alanının bir fonksiyonu olarak ifade etme: V ∝ A Bu doğrudan ilişki, örneğin akışın 5 kat artırılması durumunda, mevcut alanın da 5 kat artırılması gerektiği anlamına gelir. Bu değişiklik, alanda değişme yeteneğine sahip bir orifis ile (bkz. Şekil 15.2.4) veya alternatif olarak soğutucuyu geçiren orifis sayısını değiştirerek basitçe başarılabilir.

• Termal kılıflar - Suyun askıdan düşmesini önlemek için püskürtmenin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekir; aksi takdirde boru tesisatında termal gerilmeler oluşabilir ve çatlama meydana gelebilir. Ancak bazı durumlarda, bunu önlemek için dahili bir termal kılıf kullanılabilir. Termal kılıf ayrıca, aşırı ısınmış buharın kılıf ile boru iç çapı arasındaki halka alanda dolaşmasına izin verir. Bu, enjekte edilen suyun buharlaşabileceği sıcak bir yüzey sağlar; bu da kaçınılmaz olarak daha soğuk olan aşırı ısınma giderici duvarlarının aksinedir.

Su Püskürtmeli Aşırı Isınma Gidericiler

Tek nokta radyal enjeksiyonlu püskürtmeli aşırı ısınma gidericiler Soğutma suyu enjekte etmenin en basit yöntemi, boru duvarından bir meme sokmaktır. Soğutma suyu parçacıkları, aşırı ısınmış buhar akışının karşısına püskürtülür. Enjekte edilen soğutma suyu miktarı, memenin ortasındaki vananın konumu değiştirilerek kontrol edilir. Avantajlar:

1. Çalışmada basit.
2. Maliyet etkin.
3. Minimum buhar basıncı düşüşü. Dezavantajlar:
4. Düşük turndown oranı, hem buhar hem de soğutma suyu debisinde tipik olarak maksimum 3:1.
5. Giderilmiş buhar sıcaklığı yalnızca doyma sıcaklığının 10°C üzerine kadar düşürülebilir.
6. Buhar atomizasyonlu türden daha uzun absorbsiyon uzunluğu.
7. İç boru tesisatında aşınma hasarına neden olma eğilimi en yüksek olan. Bu, bir termal kılıf kullanılarak aşılabilir.
8. Sınırlı boru boyutları. Uygulamalar:
9. Sabit buhar yükü.
10. Sabit buhar sıcaklığı.
11. Sabit soğutucu sıcaklığı. Bunların tümü nispeten sabit bir soğutma suyu gereksinimi anlamına gelir. Çok nokta radyal enjeksiyonlu püskürtmeli aşırı ısınma gidericiler ****Bu, tek nokta radyal enjeksiyonlu püskürtmeli aşırı ısınma gidericinin bir gelişmesidir. Soğutma suyu, borunun çevresindeki bir dizi orifisten püskürtülür.

Eksenel Enjeksiyonlu Püskürtmeli Aşırı Isınma Gidericiler

Bu da basit bir hat içi enjeksiyonlu püskürtmeli aşırı ısınma gidericidir, ancak enjeksiyon noktası boru hattının ekseni taşınmıştır. Soğutma suyu, bir veya daha fazla atomizasyon memesi aracılığıyla buhar akışına enjekte edilir (bkz. Şekil 15.2.8). Ünite genellikle bir termal kılıf kullanır. Soğutma suyunun eksenel enjeksiyonu, suyun ve aşırı ısınmış buharın karışmasını iki yöntemle iyileştirir:

1. Su boru hattının merkezi boyunca enjekte edildiğinden, aşırı ısınmış buharın tamamında daha eşit şekilde dağıtılır.
2. Boru hattına yerleştirilen soğutma suyu besleme borusu bir engel görevi görerek su enjeksiyonu noktasında girdap dökülmesi nedeniyle ek türbülans yaratır. Bu temel düzenin bir modifikasyonu, memeyi soğut suyun buhar akışının ters yönünde, yukarı doğru püskürtülmesi için döndürmeyi içerir. Aşırı ısınmış buharın yüksek hızı, püskürtme suyu akış desenini tersine çevirir ve bir karıştırma odasından geri gönderir. Bu, suyun ve buharın kısa bir absorbsiyon uzunluğunda daha verimli bir şekilde karışmasını sağlar. Avantajlar:
3. Çalışmada basit.
4. Hareketli parça yok.
5. Tüm boyut aralığında maliyet etkin.
6. Minimum buhar basıncı düşüşü. Dezavantajlar:
7. Düşük turndown oranı, hem buhar hem de soğutma suyu debisinde tipik olarak maksimum 3:1.
8. Giderilmiş buhar sıcaklığı yalnızca doyma sıcaklığının 10°C üzerine kadar düşürülebilir.
9. Buhar atomizasyonlu türden daha uzun, ancak radyal türden daha kısa absorbsiyon uzunluğu.
10. İç boru tesisatında aşınma hasarına neden olma eğilimi en yüksek olan. Bu, bir termal kılıf kullanılarak aşılabilir. Uygulamalar:
11. Sabit buhar yükü.
12. Sabit buhar sıcaklığı.
13. Sabit soğutucu sıcaklığı. Bunların tümü nispeten sabit bir soğutma suyu gereksinimi anlamına gelir.

Çoklu Meme Eksenel Enjeksiyonlu Aşırı Isınma Gidericiler

Tek bir meme yerine, çoklu meme eksenel enjeksiyonlu aşırı ısınma giderici, aşırı ısınmış buhar akışı boyunca bir dizi meme sağlar. Bu, su damlacıklarının iyi bir dağılımını sağlar. Üç ana çoklu meme eksenel enjeksiyonlu aşırı ısınma giderici türü vardır:

1. Sabit alan tipi - Aşırı ısınma giderici çalışırken tüm memeler açıktır ve soğutma suyu bir püskürtme suyu kontrol vanası ile düzenlenir.
2. Değişken püskürtme tipi - Alt sıcaklık, maruz kalan meme sayısını belirler. Soğutma suyu, disk üzerindeki conta alanına su ceketinden geçerek aşırı ısınma gidericiye girer (bkz. Şekil 15.2.12). İlgili sıcaklık kontrol sistemi tarafından alt buhar sıcaklığındaki artış tespit edildiğinde, aktüatör mili aşağı doğru hareket ettirerek kademeli olarak daha fazla memeyi ortaya çıkarır. Soğutma suyu talebi değiştikçe, mil ve disk düzeni gerektiği gibi yukarı ve aşağı hareket eder. Bu, genel orifis alanını değiştirme etkisine sahiptir.
3. Yay destekli tip - Bu esasen önceki iki tipin birleşimidir. Mil ve disk düzeninin bir aktüatör tarafından kontrol edilmesi yerine, yay destekli tip, soğutucu ile aşırı ısınmış buhar arasındaki diferansiyel basınçtaki bir değişikliğe yanıt olarak hareket eden yay yüklü bir akış tıkaç içerir. Hareketli tıkaç, açık meme sayısını değiştirerek ana boru hattına giden akışı ayarlar. Ayrıca, soğutma suyu bir püskürtme suyu kontrol vanası ile düzenlenir.

Hem basıncın hem de soğutma suyunun akışının kontrol edilebilmesi, aşırı ısınmış buhara enjekte edilen su miktarı üzerinde doğru kontrol sağlar. Ancak bu tür, yüksek soğutma suyu basıncı gerektirir. Avantajlar:

1. Sabit alan tipi ile 8:1’e, yay destekli tip ile 9:1’e ve değişken alan tipi ile 12:1’e kadar turndown oranları mümkündür.
2. Daha iyi su damlacığı dağılımı, absorbsiyon uzunluğunun tek memeli cihazlardan daha kısa olduğu anlamına gelir.
3. Minimum buhar basıncı düşüşü. Dezavantajlar:
4. Giderilmiş buhar sıcaklığı yalnızca doyma sıcaklığının 8°C üzerine kadar düşürülebilir.
5. Buhar atomizasyonlu türden daha uzun absorbsiyon uzunluğu.
6. Termal kılıf kullanılmadığında iç boru tesisatında aşınma hasarına neden olma eğilimi en yüksektir.
7. Küçük boru boyutları için uygun değildir.
8. Yüksek basınçlı soğutma suyu gerektirir (özellikle yay destekli tip için geçerlidir).
9. Değişken alan ve yay destekli tipler pahalı olabilir. Uygulamalar:
10. Tek memeli cihazların sunduğundan daha yüksek turndown oranı gerektiren, ancak daha karmaşık cihazların masrafının haklı gösterilemediği uygulamalar.
11. Sabit buhar yükü.
12. Sabit buhar sıcaklığı.
13. Sabit soğutucu sıcaklığı. Bunların tümü nispeten sabit bir aşırı ısınma giderme yükü gerektirir.