Các phương pháp thực tế ngăn ngừa stall
Hướng dẫn này xem xét các phương pháp khắc phục vấn đề thoát ngưng tụ, chẳng hạn như đảm bảo thoát bằng trọng lực, lắp đặt thiết bị bẫy bơm tự động, hoặc điều khiển áp suất trong không gian hơi.
Các phương pháp thực tế ngăn ngừa stall
Nếu điều kiện stall là không thể tránh khỏi, các vấn đề tiềm ẩn có thể được khắc phục bằng cách thiết kế hệ thống lắp đặt dựa trên một trong ba giải pháp cơ bản:
- Đảm bảo áp suất hơi trong không gian hơi không bao giờ giảm xuống dưới áp suất khí quyển, và ngưng tụ có thể thoát bằng trọng lực đến và từ bẫy hơi dạng nổi.
- Chấp nhận rằng áp suất trong không gian hơi có thể thấp hơn áp suất ngược, và cung cấp phương tiện thay thế để loại bỏ ngưng tụ, bằng cách lắp đặt bẫy bơm.
- Đảm bảo áp suất trong không gian hơi ổn định và cao hơn áp suất ngược. Điều này sẽ đòi hỏi hệ thống điều khiển nhiệt độ ở phía thứ cấp của hệ thống Xem xét ba tùy chọn này theo thứ tự:
- Các hệ thống lắp đặt đảm bảo điều kiện trong không gian hơi không bao giờ giảm xuống dưới áp suất khí quyển, và ngưng tụ có thể thoát bằng trọng lực đến và từ bẫy hơi: 1a) Loại bỏ ngưng tụ bằng phương pháp van phá chân không (xem Hình 13.8.1) Bẫy hơi không thể chịu bất kỳ áp suất ngược nào cao hơn áp suất khí quyển, và phải thoát ngưng tụ hoặc đến đầu hở (có thể gây lãng phí), hoặc đến bể thu có thông khí gần đó và bơm, cho phép năng lượng chứa trong ngưng tụ được thu hồi.
1b) Phương pháp bẫy thoát phụ (xem Hình 13.8.2)
Một bộ bẫy nổi tiêu chuẩn được lắp đặt với ngưng tụ trở về hệ thống ngưng tụ, hệ thống này hoặc được tăng áp và/hoặc nâng cao phía trên bẫy. Một bẫy nổi phụ có thể được lắp, xả ngưng tụ qua đầu hở ra cống.
Khi có đủ áp suất hơi đểkhắc phục áp suất ngược, bẫy nổi chính sẽ hoạt động, nhưng khi stall xảy ra, ngưng tụ sẽ dồn lại và thoát qua bẫy nổi phụ do đó ngăn ngưng tụ tràn ngược vào bộ trao đổi nhiệt.
Vì ngưng tụ này sẽ thoát ra ngoài, phương pháp này chỉ nên được sử dụng nếu stall xảy ra không thường xuyên. Bẫy phụ nên được định cỡ dựa trên tĩnh cột để thông qua tải stall như trong phương pháp 1a, và bẫy ‘chính’ nên cùng cỡ, nhưng được lắp ít nhất 150 mm dưới tee-nối lấy ra phụ.
Ngoài nhược điểm rõ ràng là tổn thất năng lượng, phương pháp này cũng yêu cầu cột có sẵn giữa các đầu vào bẫy và cửa xả bộ trao đổi nhiệt.
2. Các hệ thống lắp đặt cho phép áp suất hơi trong không gian hơi giảm xuống dưới áp suất ngược, nhưng ngưng tụ có thể thoát bằng trọng lực đến sắp xếp bẫy bơm:
****2a) Bơm và bẫy nổi lắp kết hợp (xem Hình 13.8.3)
Phương pháp này sử dụng bơm và bẫy nổi lắp kết hợp. Nó phù hợp hơn với bộ trao đổi nhiệt có công suất gia nhiệt danh nghĩa trên 1,5 MW (danh nghĩa 2 500 kg/h hơi).
Áp suất hơi thay đổi tương ứng với thay đổi tải nhiệt. Ở tải cao áp suất hơi sẽ cao hơn áp suất ngược, nhưng ở tải thấp nó sẽ thấp hơn.
Bơm là loại cơ khí hoạt động bằng áp suất, trong đó nguồn cấp hơi phụ tự động tiếp quản để cung cấp năng lượng xả ngưng tụ khi stall xảy ra. Nếu áp suất không gian hơi cao hơn áp suất ngược, ngưng tụ đi qua thân bơm đến bẫy nổi, cho phép ngưng tụ được xả.
Phương pháp này thực tế và kinh tế hơn trên các hệ thống lắp đặt lớn; ví dụ, những hệ thống sử dụng đường thoát ngưng tụ 40 mm hoặc lớn hơn.
2b) Bẫy bơm với bộ trao đổi nhiệt dòng chảy không đổi (xem Hình 13.8.4)
Lưu lượng thứ cấp không thay đổi khi đi qua bộ trao đổi nhiệt, do đó áp suất hơi thay đổi tương ứng với thay đổi nhiệt độ thứ cấp đầu vào. Ở tải cao áp suất hơi sẽ cao hơn áp suất ngược, nhưng ở tải thấp nó sẽ thấp hơn.
Phương pháp này sử dụng thiết bị bẫy bơm, cung cấp các chức năng của bơm, bẫy hơi và van một chiều trong một thân.
Bẫy bơm tự động APT14 của Spirax Sarco được thiết kế để chiếm không gian tối thiểu, và có thể được lắp vào bộ trao đổi nhiệt có công suất gia nhiệt danh nghĩa lên đến 1,5 MW.
Nó phù hợp nhất với các hệ thống lắp đặt có đường thoát ngưng tụ lên đến 25 mm, nhưng có thể được sử dụng trên đường thoát lên đến 40 mm trong một số trường hợp.
Một hệ thống lắp đặt điển hình được minh họa trên Hình 13.8.4.
2c) Thiết bị bẫy bơm với bộ trao đổi nhiệt dòng chảy thay đổi (xem Hình 13.8.5)
Phương pháp này tương tự 2b), nhưng dòng thứ cấp qua bộ trao đổi nhiệt thay đổi theo tải nhiệt, do tác động của van trộn thứ cấp.
Bộ trao đổi nhiệt cung cấp dòng nước có nhiệt độ không đổi được trộn bởi van trộn thứ cấp theo tải. Khi dòng thứ cấp thay đổi, áp suất hơi thay đổi để duy trì nhiệt độ đầu ra không đổi, sao cho, ở tải cao, nó cao hơn áp suất ngược, và ở tải thấp, nó thấp hơn.
3. Các hệ thống lắp đặt đảm bảo áp suất hơi được giữ không đổi và không bao giờ giảm xuống dưới áp suất ngược, và ngưng tụ có thể thoát đến và từ bẫy hơi:
3a) Bẫy hơi với van điều khiển nhiệt độ trong mạch thứ cấp (xem Hình 13.8.6)
Phương pháp này yêu cầu điều khiển nhiệt độ được thực hiện với van trộn hoặc van chuyển hướng 3 cổng trong mạch thứ cấp. Ngu cấp hơi cho bộ trao đổi nhiệt được giữ ở áp suất không đổi (thường dưới 1 bar g) bằng van điều khiển áp suất, và như vậy, ngưng tụ luôn có thể được loại bỏ khỏi bộ trao đổi nhiệt đối với áp suất ngược thấp hơn.
Phương pháp này không phải lúc nào cũng thực tế hoặc khả thi. Nó không phù hợp với bộ gia nhiệt không khí/hơi hoặc hệ thống chất lỏng mà hệ thống thứ cấp ở áp suất thấp đến mức không thể ngăn chất lỏng sôi.
Giống như tất cả các phương pháp, nó có cả ưu điểm và nhược điểm, phải được đánh giá trước khi chọn một tùy chọn.
Điều khiển bật/tắt không nên được sử dụng với bộ trao đổi nhiệt
Van điều khiển nhiệt độ bật/tắt không điều biến tùy theo tải nhiệt, mà hoặc hoàn toàn mở hoặc hoàn toàn đóng. Một ví dụ là van điện từ. Khi mở, áp suất hơi đầy đủ sẽ được duy trì trong bộ trao đổi nhiệt để loại bỏ ngưng tụ đối với áp suất ngược. Nhìn qua, phương pháp điều khiển này có vẻ như khắc phục mọi vấn đề áp suất ngược, nhưng không được khuyến nghị trên các quá trình như bộ trao đổi nhiệt, mà chất thứ cấp phải được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu khi đi qua. Có ba lý do chính cho điều này:
- Hệ thống điều khiển ‘bật/tắt’ được kích hoạt bởi bộ điều nhiệt dựa vào quá nhiệt sản phẩm để đạt được điều khiển. Vì hơi có nhiệt lượng cao, một lượng nhiệt đáng kể có thể được giữ trong không gian hơi sau khi van điện từ đóng. Tổng thể là nhiệt độ sản phẩm cao hơn yêu cầu. Nếu cài đặt bộ điều nhiệt được hạ xuống để đối phó với hiệu ứng này, nhiệt độ ‘bật’ có thể thấp hơn các thông số hệ thống yêu cầu. Nó có thể dẫn đến điều khiển kém nhiệt độ hệ thống và khả năng hư hỏng sản phẩm.
- Các thay đổi liên tục và nhanh chóng về áp suất và nhiệt độ sẽ gây ứng suất nhiệt và cơ học lên bộ trao đổi nhiệt có thể làm giảm tuổi thọ của nó.
- Không bao giờ là ý tốt khi đặt hệ thống hơi vào tình trạng tăng áp suất tức thời. Bất kỳ ngưng tụ nào có trong không gian hơi và đường ống ngưng tụ bị đẩy tức thời, bởi sự đột nhập bất ngờ của hơi, qua hệ thống về phía bẫy hơi. Điều này có thể gây ra nước va, và làm hỏng bộ trao đổi nhiệt và bẫy hơi. Điều khiển bật/tắt thường chỉ phù hợp cho quá trình trao đổi nhiệt loại ‘không dòng’ hoặc ‘mẻ’, đặc biệt là bể với cuộn gia nhiệt chắc chắn, hoặc chảo có áo, mà áp suất hơi mong muốn được áp dụng trong thời gian gia nhiệt dài (thường qua nhiều phút hoặc thậm chí giờ). Sự tăng nhiệt độ sản phẩm chậm hơn nhiều so với các hệ thống dòng được kỳ vọng gia nhiệt sản phẩm trong thời gian ngắn để đi qua bộ trao đổi nhiệt. Kết luận Loại bẫy hơi phù hợp nhất cho thiết bị trao đổi nhiệt nói chung, và đặc biệt nếu stall có khả năng xảy ra, là bẫy hơi dạng nổi với van xả khí áp suất cân bằng tích hợp.
Nếu có bất kỳ khả năng stall nào, bẫy bơm thường là cách hiệu quả nhất để xử lý, vì nó có lợi thế:
- Đơn giản.
- Hiệu quả về chi phí.
- Nhỏ gọn.
Lưu ý: Các sơ đồ trong Module này chỉ mang tính sơ đồ, và vì tính đơn giản không chứa tất cả thiết bị phụ trợ cần thiết hoặc nên có cho một hệ thống lắp đặt cụ thể. Ngoại lệ là Hình 13.8.8, minh họa hệ thống lắp đặt chi tiết, thực tế của bẫy bơm tự động APT14.
