Hơi nước được sử dụng trong nhiều quy trình công nghiệp. Tuy nhiên, bạn thường sẽ tạo ra hơi nước ở một phần khác của nhà máy so với các quy trình mà bạn sử dụng nó. Điều đó có nghĩa là bạn cần vận chuyển hơi nước để hưởng lợi từ năng lượng nhiệt của nó.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá cách bạn phân phối hơi nước, và những lợi ích của việc vận chuyển hơi nước so với nước nóng nhiệt độ thấp (LTHW).
Tại sao bạn cần vận chuyển hơi nước?
Vì lý do an toàn và bảo trì, hơi nước được tạo ra cách xa nơi nó cần sử dụng. Trong khi hơi nước¹ được tạo ra trong nhà lò hơi (A), các quy trình (B) sử dụng năng lượng nhiệt của hơi nước có thể cách xa hàng trăm mét.
Nếu bạn có nhiều quy trình cần năng lượng nhiệt, hơi nước phải đến được tất cả các vị trí trên mặt bằng. Đường ống hơi nước (C) sẽ phân phối hơi nước từ nhà lò hơi đến các quy trình.
Ví dụ, các quy trình của nhà sản xuất thực phẩm dựa vào hơi nước cho năng lượng nhiệt có thể bao gồm khử trùng, tiệt trùng, nấu, sấy và khử nước. Mỗi quy trình có thể diễn ra ở một phần khác nhau của nhà máy.
Bạn phân phối hơi nước như thế nào?
Hơi nước là một loại khí, nên nó di chuyển dưới năng lượng riêng của nó qua sự giảm áp suất. Do đó, khi bạn tạo ra hơi nước ở áp suất cao trong nhà lò hơi (A) và sau đó giảm áp suất tại các quy trình (B), nơi quá trình truyền nhiệt² xảy ra, hơi nước sẽ tự nhiên chảy qua các đường ống từ nhà lò hơi đến các quy trình. Không giống như LTHW, bạn không bơm hơi nước.
Ngoài các đường ống hơi nước, bạn cũng cần các đường ống riêng biệt (D) để trả ngưng tụ lỏng từ quy trình trở về nhà lò hơi. Khi hơi nước truyền năng lượng nhiệt hữu ích cho quy trình bằng cách ngưng tụ, ngưng tụ lỏng phải được loại bỏ vì nó không thể cung cấp thêm năng lượng nhiệt.
Mối quan hệ áp suất / thể tích của hơi nước
Ngoài việc cho phép phân phối hơi nước, áp suất cũng ảnh hưởng đến thể tích riêng của hơi nước, vì hơi nước là một loại khí có thể nén.
Tăng áp suất hơi nước trong lò hơi làm giảm thể tích của nó. Tuy nhiên, khi bạn giảm áp suất tại quy trình, thể tích tăng lên. Bằng cách hiểu mối quan hệ áp suất/thể tích, bạn có thể tính toán tác động của thay đổi áp suất lên thể tích hơi nước.
Khi thể tích hơi nước giảm dưới áp suất, điều này tác động đáng kể đến kích thước đường ống cần thiết để vận chuyển hơi nước.
Áp suất ảnh hưởng đến kích thước đường ống hơi nước như thế nào?
Chọn kích thước đúng cho đường ống hơi nước cho phép bạn phân phối khối lượng hơi nước cần thiết một cách hiệu quả nhất. Bằng cách nén hơi nước để giảm thể tích, bạn cần đường ống có đường kính nhỏ hơn để vận chuyển hơi nước từ nhà lò hơi đến quy trình.
Ví dụ, bạn sẽ cần đường ống đường kính DN100 để phân phối 1.000 kg/h hơi nước bão hòa khô ở 2 bar g. Tuy nhiên, tăng áp suất lên 10 bar g nén hơi nước vào thể tích thấp hơn, nên bạn chỉ cần đường ống DN50 để phân phối 1.000 kg/h hơi nước.
Tại sao đường ống đường kính nhỏ hơn có lợi?
Vận chuyển hơi nước trong đường ống đường kính nhỏ có nhiều ưu điểm so với các chất lỏng thay thế như LTHW.
Sử dụng không gian hiệu quả hơn
Sử dụng đường ống đường kính nhỏ hơn cho hơi nước và ngưng tụ cho phép bạn sử dụng không gian hiệu quả hơn trên mặt bằng. Các đường ống chiếm ít không gian hơn và dễ lắp đặt hơn vào các khoảng trống phòng máy và các khu vực khác nơi đường ống được đặt.
Đường ống nhẹ hơn
Vì đường ống đường kính nhỏ hơn nhẹ hơn, chúng yêu cầu ít giá đỡ và giá đỡ hơn để cố định.
Chi phí lắp đặt thấp hơn
Lắp đặt đường ống hơi nước đường kính nhỏ giảm chi phí lắp đặt so với đường ống đường kính lớn. Ngoài bản thân đường ống và cơ sở hạ tầng hỗ trợ, cần ít cách nhiệt hơn, và chi phí nhân công lắp đặt cũng giảm.
Ít mất nhiệt qua bức xạ
Vì hơi nước giải phóng nhiệt khi ngưng tụ trên bề mặt tiếp xúc nhiệt độ thấp hơn, nhiệt bị mất qua đường ống do bức xạ. Trong khi cách nhiệt giảm tổn thất này, kích thước đường ống cũng ảnh hưởng đến mất nhiệt.
Đường ống đường kính lớn cung cấp diện tích bề mặt lớn hơn cho hơi nước ngưng tụ và giải phóng năng lượng nhiệt. Do đó, giảm đường kính đường ống hạn chế diện tích bề mặt qua đó nhiệt có thể bị mất.
Cần bao nhiêu năng lượng để tạo ra và phân phối hơi nước?
Tạo ra hơi nước cần nhiều năng lượng hơn tạo ra LTHW, vì bạn tạo ra hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao hơn. Tuy nhiên, phân phối hơi nước tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều so với LTHW.
LTHW cần năng lượng để vận hành các bơm phân phối nó quanh nhà máy. Hơi nước không cần bơm, vì nó là khí và tự nhiên chảy khi có giảm áp suất.
Ví dụ, mất nhiệt từ đường ống để phân phối 2 MW năng lượng sử dụng LTHW ở 70-90°C sẽ là 9,6 kW. Mất nhiệt để phân phối năng lượng tương đương với hơi nước sẽ là 14,6 kW. Tuy nhiên, bơm LTHW sẽ sử dụng 6,5 kW điện, trong khi hơi nước có nhu cầu năng lượng thấp hơn nhiều là 0,7 kW để vận hành bơm đưa nước vào nhà lò hơi.
Xét trên cả tạo ra và phân phối, tổng tiêu thụ năng lượng cho hơi nước và LTHW là tương đương.
Lợi thế của việc phân phối hơi nước
Vận chuyển hơi nước quanh nhà máy có nhiều lợi ích so với các nguồn năng lượng nhiệt thay thế. Là một loại khí có thể nén, hơi nước chiếm ít thể tích hơn và được phân phối qua đường ống đường kính nhỏ hơn, hiệu quả hơn về không gian và năng lượng. Không giống như LTHW, hơi nước không được bơm và do đó tiêu thụ ít năng lượng hơn trong quá trình phân phối. Hơi nước chỉ cần giảm áp suất để di chuyển qua các đường ống.
