Buhar Dağıtımına Giriş

Doğru kalitede ve basınçta buharın, doğru miktarda buhar kullanan ekipmana tedarik edilebilmesi için verimli bir buhar dağıtım sistemi şarttır. Bu eğitim tipik bir devreyi ele almaktadır.

Buhar Dağıtımına Giriş

Buhar dağıtım sistemi, buhar jeneratörü ile buhar kullanıcısı arasındaki temel bağlantıdır. Bu Modül, buharı merkezi bir kaynaktan kullanım noktasına taşıma yöntemlerini ele alacaktır. Merkezi kaynak bir kazan dairesi veya bir ko-jenerasyon tesisinin deşarjı olabilir. Kazanlar birincil yakıt yakabilir veya yüksek sıcaklık proseslerinden, motorlardan hatta yakma fırınlarından çıkan egzoz gazlarını kullanan atık ısı kazanları olabilir. Kaynak ne olursa olsun, doğru kalitede ve basınçta buharın, doğru miktarda buhar kullanan ekipmana tedarik edilebilmesi için verimli bir buhar dağıtım sistemi şarttır. Buhar sisteminin kurulumu ve bakımı önemli konulardır ve tasarım aşamasında dikkate alınmalıdır.

Buhar sistemi temelleri

Başlangıçtan itibaren, temel buhar devresi veya ‘buhar ve kondens döngüsü’ anlaşılması gereklidir - Şekil 10.1.1’e bakınız. Buhar bir proseste yoğuştuğunda, besleme borusunda akış oluşur. Kondens, buhara kıyasla çok küçük bir hacme sahiptir ve bu bir basınç düşüşüne neden olur, bu da buharın borulardan akmasına neden olur.

Kazanda üretilen buhar, ısı enerjisine ihtiyaç duyulan noktaya boru tesisatı aracılığıyla taşınmalıdır. Başlangıçta, buharı kazandan buhar kullanan tesisin genel yönüne taşıyan bir veya daha fazla ana boru veya ‘buhar ana hatları’ olacaktır. Daha sonra daha küçük dallar buharı bireysel ekipman parçalarına taşıyabilir.

Kazan ana izolasyon vanası (genellikle ‘taç’ vana olarak adlandırılır) açıldığında, buhar hemen kazandan geçer ve daha düşük basınçlı noktalara doğru buhar ana hatları boyunca ilerler.

Boru tesisatı başlangıçta buhardan daha soğuktur, bu nedenle buhardan boruya ısı transferi gerçekleşir.

Boruların etrafındaki hava da buhardan daha soğuktur, bu nedenle boru tesisatı havaya ısı transfer etmeye başlayacaktır.

Soğuk borularla temas eden buhar hemen yoğuşmaya başlayacaktır. Sistemin devreye alınması sırasında, yoğuşma hızı maksimumda olacaktır, çünkü bu buhar ile boru tesisatı arasında maksimum sıcaklık farkının olduğu zamandır. Bu yoğuşma hızı genellikle ‘başlangıç yükü’ olarak adlandırılır. Boru tesisatı ısındığında, buhar ile boru tesisatı arasındaki sıcaklık farkı minimumdur, ancak boru tesisatı çevre havaya ısı transfer etmeye devam ettiğinden bazı yoğuşma meydana gelecektir. Bu yoğuşma hızı genellikle ‘çalışma yükü’ olarak adlandırılır.

Oluşan yoğuşma (kondens) borunun dibine düşer ve buhar akışı tarafından taşınır ve buhar ana hattındaki eğimle yerçekimi tarafından desteklenir; bu eğim buhar akışı yönünde düşecek şekilde düzenlenmelidir. Kondens daha sonra buhar ana hattındaki çeşitli stratejik noktalardan boşaltılmalıdır.

Buhar kullanan bir ekipmana hizmet eden buhar borusundaki vana açıldığında, dağıtım sisteminden akan buhar ekipmana girer ve tekrar daha soğuk yüzeylerle temas eder. Buhar daha sonra ekipmanı ve ürünü ısıtarak enerjisini transfer eder (başlangıç yükü) ve sıcaklığına ulaştığında prosese ısı transfer etmeye devam eder (çalışma yükü).

Şimdi bağlı yükü karşılamak için kazandan sürekli bir buhar beslemesi vardır ve bu beslemeyi sürdürmek için daha fazla buhar üretilmelidir. Bunu yapmak için, daha fazla su (ve bu suyu ısıtmak için yakıt) daha önce buhara buharlaştırılan suyun yerine konması için kazana beslenir.

Hem buhar dağıtım boru tesisatında hem de proses ekipmanında oluşan kondens, kullanılabilir sıcak kazan besleme suyunun uygun bir kaynağıdır. Bu kondensi buhar boşluğundan uzaklaştırmak önemli olsa da, değerli bir metadır ve israf edilmesine izin verilmemelidir. Tüm kondensi kazan besleme tankına geri döndürmek, temel buhar döngüsünü kapatır ve pratik olduğu her yerde uygulanmalıdır. Kondensin kazana geri dönüşümü Blok 13 ‘Kondens Uzaklaştırma’ ve Blok 14 ‘Kondens Yönetimi’nde daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Çalışma Basıncı

Buharın dağıtım basıncı bir dizi faktörden etkilenir, ancak aşağıdakilerle sınırlıdır:

• Kazanın maksimum güvenli çalışma basıncı.
• Ekipmanda gereken minimum basınç. Buhar dağıtım boru tesisatından geçerken, aşağıdakilerden dolayı basınç kaybetmesi kaçınılmazdır:
• Boru tesisatındaki sürtünme direnci (Modül 10.2’de ayrıntılandırılmıştır).
• Çevreye ısı transferi nedeniyle boru tesisatı içindeki yoğuşma. Bu nedenle, ilk dağıtım basıncına karar verirken bu basınç kaybı için pay ayrılmalıdır. Daha yüksek basınçtaki bir kilogram buhar, daha düşük basınçtakinden daha az hacim kaplar. Buna göre, eğer buhar kazanda yüksek basınçta üretilir ve ayrıca yüksek basınçta dağıtılırsa, dağıtım ana hatlarının boyutu, aynı ısı yükü için düşük basınçlı sisteminkinden daha küçük olacaktır. Şekil 10.1.2 bu noktayı göstermektedir.

Generating and distributing steam at higher pressure offers three important advantages:

• The thermal storage capacity of the boiler is increased, helping it to cope more efficiently with fluctuating loads, minimising the risk of producing wet and dirty steam.
• Smaller bore steam mains are required, resulting in lower capital cost, for materials such as pipes, flanges, supports, insulation and labour.
• Smaller bore steam mains cost less to insulate Having distributed at a high pressure, it will be necessary to reduce the steam pressure to each zone or point of use in the system in order to correspond with the maximum pressure required by the application. Local pressure reduction to suit individual plant will also result in drier steam at the point of use. (Module 2.3 provides an explanation of this). Note: It is sometimes thought that running a steam boiler at a lower pressure than its rated pressure will save fuel. This logic is based on more fuel being needed to raise steam to a higher pressure. Whilst there is an element of truth in this logic, it should be remembered that it is the connected load, and not the boiler output, which determines the rate at which energy is used. The same amount of energy is used by the load whether the boiler raises steam at 4 bar g, 10 bar g or 100 bar g. Standing losses, flue losses, and running losses are increased by operating at higher pressures, but these losses are reduced by insulation and proper condensate return systems. These losses are marginal when compared to the benefits of distributing steam at high pressure.

Pressure Reduction

The common method for reducing pressure at the point where steam is to be used is to use a pressure reducing valve, similar to the one shown in the pressure reducing station Figure 10.1.3.

A separator is installed upstream of the reducing valve to remove entrained water from incoming wet steam, thereby ensuring high quality steam to pass through the reducing valve. This is discussed in more detail in Module 9.3 and Module 12.5.

Plant downstream of the pressure reducing valve is protected by a safety valve. If the pressure reducing valve fails, the downstream pressure may rise above the maximum allowable working pressure of the steam using equipment. This, in turn, may permanently damage the equipment, and, more importantly, constitute a danger to personnel. With a safety valve fitted, any excess pressure is vented through the valve, and will prevent this from happening (safety valves are discussed in Block 9). Other components included in the pressure reducing valve station are:

• The primary isolating valve - To shut the system down for maintenance.
• The primary pressure gauge - To monitor the integrity of supply.
• The strainer - To keep the system clean.
• The secondary pressure gauge - To set and monitor the downstream pressure.
• The secondary isolating valve - To assist in setting the downstream pressure on no-load conditions.