Buhar Kolektörleri ve Alım Hatları

Bu eğitim, kazan dairesinden verimli ısınma, iyi buhar kalitesi ve düzgün buhar dağıtımı için gerekli buhar kolektörü düzenlemelerini ve diğer tasarım hususlarını ele almaktadır.

Buhar Kolektörleri ve Alım Hatları

Ş tipi kazanlar yaklaşık 27.000 kg/h buhar kapasitesine kadar üretilir. Bunu aşan yükler gerektiğinde, iki veya daha fazla kazan paralel olarak bağlanır; dört veya daha fazla kazanlı bir kurulum alışılmadık değildir. Bağlantılı buhar kolektörünün tasarımı son derece önemlidir. Şekil 3.8.1, dört kazanı bağlamanın yaygın bir yöntemini göstermektedir: bu yöntem sık sık sorun kaynağıdır. Şekil 3.8.1’e başvurarak, tüm kazanlar aynı basınçta çalışırken, A noktasındaki basıncın, buharın B noktasından tesise akabilmesi için B noktasındakinden daha düşük olması gerekir. Sonuç olarak, 4 numaralı kazan ile A noktası arasındaki basınç düşüşünün 3 numaralı kazan ile B noktası arasındaki basınç düşüşünden daha büyük olması gerekir; bu iki basınç düşüşü arasındaki fark ise A ile B arasında meydana gelir.

Akış basınç düşüşüne bağlıdır; dolayısıyla 4 numaralı kazan, 3 numaralı kazaandan daha fazla buharı ortak kolektöre boşaltacaktır. Benzer şekilde, 3 numaralı kazan 2 numaralıdan daha fazla boşaltacak ve böyle devam edecektir. Net etki, 1 numaralı kazan tamamen yüklüyse, diğer kazanların giderek aşırı yükleneceğidir; etki son alım hatına yaklaştıkça kötüleşir.

Tipik olarak, 1 numaralı kazan tamamen yüklüyse, 2 numaranın yaklaşık %1, 3 numaranın yaklaşık %6 ve 4 numaranın yaklaşık %15 aşırı yüklü olduğu gösterilebilir. Ş tipi kazanlar %5’e kadar ara sıra aşırı yük koşullarını tolere edebilirken, %15’lik bir aşırı yük istenmeyen bir durumdur.

Kazandan artan buhar çıkış hızı, son derece oynak bir su yüzeyi yaratır ve seviye kontrol sistemi kontrol edemeyebilir.

Bu örnekte yüksek yüklerde, 4 numaralı kazan kilitlenecek ve zaten dengesiz bir sistemi kalan üç kazana atacaktır ve bunlar da yakında kilitlenecektir.

Ana gözlem, bu dağıtım kolektörü tasarımının kazanların yükü eşit olarak paylaşmasına izin vermediğidir.

Amaç, her kazan çıkışı ile tesise giden kolektör alım hattı arasındaki basınç düşüşünün 0,1 bar dahilinde olması olmalıdır. Bu, taşınmayı en aza indirecek ve kazanların aşırı yüklenmesini ve kilitlenmesini önlemeye yardımcı olacaktır.

Şekil 3.8.2’de gösterilen düzen, yeni bir kolektörün geliştirilmiş bir tasarımını göstermektedir. Kolektör, bir uçtan ziyade merkezden boşalacak şekilde düzenlenmiştir. Bu şekilde, kolektör boru tesisatı düzgün boyutlandırılmışsa, hiçbir kazan kolektör tarafından %1’den fazla aşırı yüklenmeyecektir.

Dört veya daha fazla kazanlı bir kurulum için Şekil 3.8.3’te daha iyi bir düzenleme gösterilmiştir; bir aile ağacına benzer şekilde, her kazandaki yük eşit olarak dağıtılır. Bu düzenleme, bir veya daha fazlasının düzenli olarak devre dışı olduğu sıralama kontrollü ağır yüklü kazanlar için önerilir.

Doğru kolektör tasarımının daha sonra çok sorun ve masraftan tasarruf edeceği vurgulanmaktadır. Çoklu kazan uygulamalarında doğru kazan kolektörü tasarımı her zaman dengeli bir çalışma ile sonuçlanacaktır.

Buhar alım hatları

Buhar kolektörünün genel düzenini inceledikten sonra, aşağıdaki koşulların sağlanması gerekir:

Kuru buharın tesise ihraç edilmesi.
Isınma işleminin düzgün kontrol edilmesi.
Buharın düzgün bir şekilde tesise dağıtılması.
Bir kazanın yanlışlıkla diğerini basınçlandırmaması.

Su taşınması

İyi tasarlanmış bir kazan sabit yük koşullarında buhar ürettiğinde, buharın kuruluk derecesi yüksek olacaktır; yaklaşık %96 ila %99. Kazanın yanıt verebileceğinden daha hızlı meydana gelen yük değişiklikleri kuruluk derecesini olumsuz etkileyecektir. Kazan suyu TDS’nin kötü kontrolü veya kazan besleme suyunun kontaminasyonu, kazandan ıslak buhar boşaltılmasına neden olacaktır. Bununla ilişkili bir dizi sorun vardır:

Buhar borularındaki su damlacıkları, borunun içindeki ve diğer donanım ve vanaların aşınmasına eğilimlidir, özellikle hızlar yüksekse.
Bir buhar sistemindeki su, tehlikeli su darbesi potansiyeli taşır.
Buhardaki su, tesisin kullanmak üzere tasarlandığı buharlaşma entalpisini içermez; bu nedenle tesise taşınması verimsizdir.
Bir kazandan buharla birlikte taşınan su, kaçınılmaz olarak çözünmüş ve askıda katılar içerecektir; bu da kontrolleri, ısı transfer yüzeylerini, kendenstopları ve ürünü kirletebilir. Bu nedenlerden dolayı, kazana yakın bir separatör önerilir. Separatörler, buharı hızla yön değiştirmeye zorlayarak çalışır. Bu, çok daha yoğun su parçacıklarının ataletleri nedeniyle buhardan ayrılmasına ve ardından separatör gövdesinin altına çökelmeye teşvik edilmesine yol açar; burada birikip bir kendenstop aracılığıyla tahliye edilirler.

Isınma

Bir kazan devreye alındığında, aşağıdakileri önlemek için yavaş, güvenli ve kontrollü bir şekilde yapılması esastır:

Su darbesi - Büyük miktarlarda kondensin borunun içinde yattığı ve ardından buhar hızlarıyla boru boyunca itildiği durum. Bu, suyun borudaki bir engelle, örneğin bir kontrol vanasıyla çarpıştığında hasara yol açabilir.
Termal şok - Boru tesisatının çok hızlı ısıtılması nedeniyle genleşmenin kontrolsüz olduğu, boru tesisatında gerilimlere ve boru desteklerinde büyük hareketlere neden olan durum.
Priming - Ani uygulanan büyük bir yükün neden olduğu ani buhar basıncı düşüşünün, kazan suyunun boru tesisatına çekilmesine neden olabileceği durum. Bu sadece tesis çalışması için kötü olmakla kalmaz, kazan sık sık ‘kilitlenme’ moduna geçebilir ve kazanı çalışma durumuna geri döndürmek biraz zaman alacaktır. Boşaltılan su ayrıca boru tesisatında su darbesine de yol açabilir. Her tesis için ısınma dönemi farklı olacak ve birçok faktöre bağlı olacaktır. Örneğin, bir çamaşırhane gibi kompakt bir tesiste küçük, düşük basınçlı bir kazan 15 dakikadan kısa sürede çalışma basıncına getirilebilir. Büyük bir endüstriyel kompleks birçok saat sürebilir. Küçük bir kazanı güvenli bir şekilde devreye alırken başlangıç noktası, yavaşça açılması gereken ana stop vanasıdır.

Ancak, daha büyük tesislerde ısınma hızının ana stop vanası kullanılarak kontrol edilmesi zordur. Bunun nedeni, ana stop vanasının iyi bir izolasyon sağlaması için tasarlanmış olmasıdır; düz bir oturağa sahiptir ve bu, el çarkını çevirerek uygulanan tüm kuvvetin doğrudan oturağa aktarılacağı, böylece basınç altında iyi bir sızdırmazlık sağlayacağı anlamına gelir. Ayrıca, vananın karakterize olmadığı ve hareketinin ilk %10’unda kapasitesinin yaklaşık %80’ini geçireceği anlamına gelir.

Bu nedenle, ana stop vanasından sonra bir kontrol vanası takmak iyi bir uygulamadır. Kontrol vanası, profilli bir tapaya sahiptir; bu, akış artışı ile tapa hareketi arasındaki ilişkinin çok daha az şiddetli olduğu anlamına gelir. Sonuç olarak, akış hızı ve dolayısıyla ısınma hızı daha iyi kontrol edilir.

Kazan ana stop vanasından sonra takılmış bir kontrol vanasının bir örneği Şekil 3.8.4’te gösterilmiştir.

Tipik bir ısınma düzeni, kontrol vanasının kazan gerekli olana kadar kapalı tutulması olabilir.

Bu noktada bir darbe zamanlayıcısı, kontrol vanasını önceden belirlenmiş bir süre boyunca yavaşça açar. Bu düzen, kazan ısınma dönemi boyunca (alacakaranlık saatlerinde olabilir) insan gücüne ihtiyaç duymama avantajına da sahiptir (kazan soğuktan ısıtılmadıkça). Kazanları devreye alma konusu, Birleşik Krallık’ta HSE yönergeleri tarafından ele alınmaktadır. Büyük dağıtım sistemlerinde, hat boyutundaki bir kontrol vanası hala çoğu zaman gerekli yavaş ısınmayı sağlamak için çok kabadır. Bu koşullarda, bir izolasyon vanasının etrafında bir döngü içinde küçük bir kontrol vanası kullanılabilir. Bunun ayrıca, paralel sürgü vanaların izolasyon için kullanıldığı durumda, açmadan önce vananın her iki tarafındaki basıncın eşitlenebilmesi avantajı da vardır. Bu onları açmayı kolaylaştırır ve aşınmayı azaltır. Bir kazanın diğerini basınçlandırmasını önleme BS 2790, Bölüm 8.8.3’ten. İki veya daha fazla kazan ortak bir kolektöre bağlandığında, kazan ana stop vanasına ek olarak, buhar bağlantısına ikinci bir vana dahil edilmeli ve bu vana kapalı konumda kilitlenebilmelidir. Bu, devre dışı bırakılmış bir kazan için dağıtım kolektöründen izole edildiğinde daha iyi koruma sağlar. Buhar bağlantısına ayrı bir geri dönüşsüz vana takılmadıkça, iki stop vanasından biri geri dönüşsüz tesisatı dahil etmelidir. Bu British Standard bölümünün amacı, kazan onarım veya muayene için kapatıldığında güvenli çalışma koşulları sağlamaktır. Basit kapak tipi geri dönüşsüz vanalar bu amaç için uygun değildir; çünkü kazan basınçlarındaki küçük değişiklikler salınımlarına neden olabilir ve bir veya diğer kazana aşırı yük bindirebilir. Bu, şiddetli koşullarda kazanların döngüsel aşırı yüklenmesine neden olabilir. İki kazanlı kurulumlardaki birçok instansiyon bu şekilde oluşur. Entegre geri dönüşsüz vanalı ana stop vanaları bu olgudan daha az etkilenme eğilimindedir. Alternatif olarak, yaylı disk çek vanaları, salınımın neden olduğu sorunları azaltma eğiliminde olan bir sönümleme etkisi sağlayabilir (Şekil 3.8.5). BS 2790, bu hatta ana stop vanasıyla birlikte bir geri dönüşsüz vana takılması gerektiğini belirtir; alternatif olarak, ana stop vanası entegre bir geri dönüşsüz vana dahil etmelidir.

Kazanla ilgili standartlar (BK)

Yasal düzenleme 1989 Sayı 2169 (Basınç sistemleri ve taşınabilir gaz kapları düzenlemeleri 1989) ilişkili kılavuz ve onaylı uygulama kurallarıyla birlikte. Düzgün buhar dağıtımının sağlanması Dağıtım sisteminin başlangıç noktası, kazan buhar hatlarının genellikle ana dağıtım kolektörü olarak adlandırılan bir buhar manifoldunda birleşmesinin uygun olduğu kazan dairesidir. Kolektörün boyutu, kazanların sayısına ve boyutuna ve dağıtım sisteminin tasarımına bağlı olacaktır. Büyük bir tesiste en pratik yaklaşım, buharı saha boyunca yüksek basınçlı bir ana hat üzerinden dağıtmaktır. Yüksek basınçlı dağıtım genellikle tercih edilir; çünkü kapasitelere ve hızlara göre boru boyutlarını azaltır. Düşük toplam boru çapları nedeniyle ısı kayıpları da azaltılabilir. Bu, buhar tedariklerinin ana hattan, doğrudan yüksek basınçlı kullanıcılara veya yerel kullanıcılara indirgenmiş basınçta buhar sağlayan basınç düşürme istasyonlarına alınmasına olanak tanır. Kazan dairesindeki bir buhar kolektörü, faydalı merkezi bir başlangıç noktası sağlar. Kazan separatörü aşıldığında ek bir ayırma işlevi sağlar ve bağlı kazanların dağıtım sistemi yükünü paylaşmasına olanak tanır. Çalışma basıncı Kolektör, kazan çalışma basıncı için tasarlanmalı ve Basınç Sistemleri Yönetmeliklerine uygun olmalıdır. Flanş standartlarının sıcaklık ve basınca dayandığını ve çalışma sıcaklığı arttıkça izin verilen basıncın düştüğünü unutmamak önemlidir.

Örneğin, bir PN16 derecelendirmesi 120°C’de 16 bar’dır, ancak yalnızca 13,8 bar doymuş buhara (198°C) kadar uygundur.

Çap Kolektör çapı, tam yük koşullarında maksimum 15 m/s buhar hızı ile hesaplanmalıdır. Düşük hız, herhangi bir taşınan nemin düşmesine yardımcı olduğu için önemlidir.

Alım hatları Bunlar her zaman dağıtım kolektörünün üstünden yapılmalıdır.

Yerçekimi ve düşük hız, herhangi bir kondensin kolektörün dibine düşmesini ve tahliye edilmesini sağlayacaktır. Bu, yalnızca kuru buharın ihraç edilmesini garanti eder.

Kondens tahliyesi Kondens oluşur oluşmaz kolektörden uzaklaştırılması önemlidir. Bu nedenle, mekanik bir kendenstop, örneğin bir şamandıralı kendenstop, en iyi seçimdir. Kolektör, kazan alım hatlarından sonra ilk tahliye noktasıysa, kondens taşınma parçacıkları içerebilir ve bu kendenstopun kazan besleme tankı yerine kazan üfleme kabına boşaltılması faydalı olabilir.

İlgili okuma:

The Steam and Condensate Loop, Blok 11, ‘Kondens Tahliyesi’
The Steam and Condensate Loop, Blok 10, ‘Buhar Dağıtımı’