Lắp đặt điển hình

Nhiều cân nhắc quan trọng cần được tính đến khi lắp đặt bộ giảm nhiệt quá nhiệt. Hướng dẫn này đề cập đến các vấn đề như chất lượng nước và kiểm soát áp suất. Biểu đồ lựa chọn bộ giảm nhiệt và danh sách các ứng dụng cũng được bao gồm.

Lắp đặt

Có nhiều cân nhắc quan trọng cần tính đến khi lắp đặt bộ giảm nhiệt quá nhiệt,

cụ thể là:

• Tính chất của nước làm mát.
• Việc lắp đặt bản thân bộ giảm nhiệt quá nhiệt.
• Các thiết bị phụ trợ cần thiết.
• Van điều khiển được sử dụng trên đường nước làm mát và đường hơi quá nhiệt. Bố trí lắp đặt chung của bộ giảm nhiệt quá nhiệt dạng nội tuyến được minh họa trong Hình 15.4.1.

Tính chất của nước làm mát:

• Nhiệt độ - Quá trình giảm nhiệt quá nhiệt hiệu quả nhất sẽ đạt được khi sử dụng nước làm mát nóng, tốt nhất là gần với nhiệt độ bão hòa nhất có thể. Tuy nhiên, nhiệt độ nước làm mát thấp đến 5°C vẫn có thể được sử dụng nếu thực sự cần thiết. Sử dụng nước nóng có các ưu điểm sau:
• Giảm thiểu thời gian các hạt nước lơ lửng trong hơi nước.
• Bay hơi nhanh hơn.
• Giảm thiểu lượng nước rơi xuống thành bên trong đường ống. Tuy nhiên, có hai nhược điểm khi sử dụng nước làm mát nhiệt độ cao:

1. Nhiệt độ nước làm mát càng cao, lưu lượng yêu cầu càng lớn do hiệu quả làm mát thấp hơn.
2. Trừ khi có sẵn nguồn nước ở nhiệt độ yêu cầu, các cơ chế làm nóng bổ sung có thể phải được tích hợp. Do lợi ích của việc sử dụng nước nóng, hợp lý là cách nhiệt các đường ống cung cấp nước nóng để giảm thiểu tổn thất nhiệt và bảo vệ nhân viên.

• Chất lượng - Chất lượng nước phun vào rất quan trọng. Hàm lượng Tổng Chất Rắn Hòa Tan (TDS) của nước phun vào phải càng thấp càng tốt, vì bất kỳ chất rắn nào kết tủa sẽ được lắng đọng trên:

1. Mặt van.
2. Các lỗ nhỏ trong vòi phun bộ giảm nhiệt.
3. Thành bên trong đường ống hạ lưu bộ giảm nhiệt. Ngoài việc giảm mức TDS, tất cả nước làm mát phải được đưa qua bộ khử khí và bộ lọc phù hợp được lắp đặt trước van điều khiển nước. Bộ khử khí sẽ khử oxy trong nước, từ đó giảm nguy cơ ăn mòn oxy trong hệ thống.

• Áp suất và lưu lượng - Như đã đề cập trong Mô-đun 15.2, áp suất nước làm mát, cùng với diện tích vòi phun, quyết định dòng nước làm mát vào bộ giảm nhiệt. Bảng 15.3.1 cho thấy áp suất tối thiểu điển hình (trên áp suất hơi quá nhiệt) cần thiết cho mỗi loại bộ giảm nhiệt. Cần lưu ý rằng những thông số này có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất và cho các áp suất hơi khác nhau. Nếu sử dụng bơm tăng áp, sẽ cần có “đường hồi lưu” để đảm bảo luôn có đủ lưu lượng qua bơm vào thời điểm nhu cầu nước làm mát thấp.
• Kiểm soát - Sự giảm áp suất sẽ không thể tránh được qua van điều khiển nước. Khi sử dụng nước làm mát gần nhiệt độ bão hòa, cần cẩn thận để đảm bảo rằng sự giảm áp suất không đủ lớn để khiến nước bốc hơi thành hơi. Có thể chọn đặc tính phần trăm bằng nhau trong van điều khiển nước, thường sẽ bổ trợ đặc tính bơm.
• Nguồn - Khả năng có nước ở áp suất và nhiệt độ cao có thể khó khăn. Có nhiều nguồn nước làm mát có thể; và các lựa chọn bao gồm:

1. Nước từ phía áp suất của bơm cấp nước lò hơi (miễn là lò hơi sử dụng điều khiển mức dạng điều biến).
2. Nước khử khoáng.
3. Nước ngưng tụ.
4. Nước thành phố. Tuy nhiên, có thể cần xử lý để cải thiện chất lượng, nếu không muối có thể được lắng đọng bên trong đường ống hạ lưu bộ giảm nhiệt quá nhiệt.

Lắp đặt bộ giảm nhiệt quá nhiệt

Tổng chiều dài lắp đặt của một trạm giảm nhiệt quá nhiệt sẽ thay đổi tùy theo kích thước và loại, nhưng thường khoảng 7,5 m. Hầu hết các bộ giảm nhiệt quá nhiệt có thể được lắp đặt theo bất kỳ hướng nào (loại khẩu độ biến thiên là ngoại lệ đáng chú ý), nhưng nếu lắp theo chiều dọc, dòng chảy phải hướng lên trên. Kiểu Venturi tốt nhất nên lắp trong đường ống dọc với dòng chảy hướng lên, vì điều này hỗ trợ trộn nước và hơi nước. Tuy nhiên, các lắp đặt như vậy thường không khả thi do yêu cầu không gian chiều dọc.

Kiểm soát áp suất hơi quá nhiệt

Mặc dù có thể thiết kế các lắp đặt bộ giảm nhiệt để vận hành với áp suất thượng nguồn thay đổi, đơn giản hơn nhiều nếu duy trì áp suất cung cấp không đổi. Lượng nước làm mát được thêm vào được kiểm soát bởi nhiệt độ của hơi nước sau bộ giảm nhiệt. Nhiệt độ càng cao, van điều khiển sẽ mở càng nhiều, và lượng nước được thêm vào càng lớn. Mục tiêu là giảm nhiệt độ hơi nước xuống trong phạm vi nhỏ so với nhiệt độ xả thiết kế. Nếu áp suất cung cấp hơi quá nhiệt tăng, nhiệt độ bão hòa cũng sẽ tăng.

Tuy nhiên, giá trị đặt trên bộ điều khiển chất làm mát sẽ không thay đổi, và lượng nước quá lớn sẽ được thêm vào, dẫn đến hơi ướt. Cảm biến áp suất sử dụng trong kiểm soát áp suất hơi quá nhiệt lý tưởng nên được đặt tại điểm sử dụng, để van điều khiển áp suất có thể bù cho bất kỳ tổn thất đường ống nào giữa bộ giảm nhiệt và điểm sử dụng.

Vị trí cảm biến nhiệt độ

Khoảng cách tối thiểu từ điểm phun nước đến điểm cảm biến nhiệt độ rất quan trọng:

• Nếu cảm biến quá gần điểm phun nước, quá trình trộn hơi nước và nước sẽ chưa hoàn thành, và cảm biến nhiệt độ sẽ cho đầu ra sai.
• Nếu cảm biến quá xa, nó sẽ làm cho việc lắp đặt không cần thiết dài hơn. Khoảng cách lắp đặt tối thiểu sẽ khác nhau giữa các loại bộ giảm nhiệt khác nhau và với các nhà sản xuất khác nhau. Nó thường được quy định theo hàm của sự chênh lệch nhiệt độ giữa

nhiệt độ đầu ra yêu cầu và nhiệt độ đầu vào hoặc nhiệt độ chất làm mát.

Hình 15.4.2 cho thấy biểu đồ vị trí cảm biến điển hình của nhà sản xuất.

Trạm bộ tách

Thoát nước hiệu quả cho đường ống sau bộ giảm nhiệt quá nhiệt là rất cần thiết. Để đảm bảo nước không thể tích tụ tại bất kỳ điểm nào, đường ống nên được bố trí dốc khoảng 20 mm mỗi mét theo hướng dòng chảy, và được trang bị trạm bộ tách. Bẫy hơi được sử dụng để thoát nước bộ tách phải được lựa chọn cẩn thận để tránh nghẹt khí, và ống xả từ bẫy hơi phải có đủ dung lượng để xử lý việc thoát nước và phải được cố định càng gần thẳng đứng càng tốt. Ngoài ra, phải có đủ không gian trong ống thoát nước để nước chảy xuống và khí đi lên. Bẫy hơi cũng phải chịu được điều kiện quá nhiệt. Trong các ứng dụng quan trọng, ví dụ, trước tuabin, bộ tách càng quan trọng hơn; trạm bộ tách sẽ loại bỏ nước bị cuốn theo trong trường hợp lỗi điều khiển, và ngăn quá nhiều nước được thêm vào hơi nước. Van cô lập Để cho phép bảo trì được thực hiện an toàn, van cô lập được khuyến nghị lắp ở thượng nguồn:

• Van điều khiển áp suất hơi quá nhiệt.
• Bộ giảm nhiệt quá nhiệt.
• Nguồn cung cấp nước làm mát. Thông thường, các van này nên được lắp đặt cách vật cần cô lập khoảng 10 đường kính ống, nhưng không ít hơn.

Van an toàn

Van an toàn có thể được yêu cầu để bảo vệ thiết bị hạ lưu trạm giảm nhiệt quá nhiệt khỏi quá áp, trong trường hợp lỗi của trạm điều khiển áp suất. Cần đảm bảo ống xả từ van an toàn được dẫn ra khu vực an toàn. Điều này đặc biệt quan trọng vì hơi quá nhiệt nhiệt độ cao có thể được xả ra.

Xếp hạng nhiệt độ và áp suất

Hầu hết thiết bị sử dụng trên hệ thống hơi nước được thiết kế với hơi bão hòa trong tâm trí. Do đó, điều quan trọng là tất cả thiết bị được sử dụng trong trạm giảm nhiệt quá nhiệt phải chịu được cả nhiệt độ và áp suất tối đa của hơi quá nhiệt. Hầu hết thiết bị sẽ có giới hạn áp suất và nhiệt độ được quy định dựa trên xếp hạng áp suất danh định (PN) của vật liệu và thiết kế cụ thể của thiết bị. Theo định nghĩa, xếp hạng PN là áp suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được ở 120°C. Ví dụ, xếp hạng PN16 có nghĩa là vật liệu sẽ chịu được áp suất 16 bar g ở 120°C. Ở nhiệt độ cao hơn, áp suất tối đa sẽ giảm, tuy nhiên, mối quan hệ chính xác thay đổi và phụ thuộc vào vật liệu. Hình 15.4.3 mô tả gradient áp suất / nhiệt độ điển hình cho các sản phẩm xếp hạng PN16, PN25 và PN40 trên vật liệu không cụ thể. Điều quan trọng cần lưu ý là các vật liệu khác nhau sẽ, theo quy cách, tạo ra sự thay đổi trong gradient nhiệt độ. Ngoài ra, các thành phần như đệm, bu-lông và các thành phần nội bộ có thể có thêm hiệu ứng giới hạn đối với nhiệt độ và áp suất tối đa.

Bộ điều khiển

Việc lựa chọn và lắp đặt các thiết bị điều khiển được sử dụng trong trạm giảm nhiệt quá nhiệt là một cân nhắc quan trọng, vì chúng có thể ảnh hưởng đến turndown tổng thể của bộ giảm nhiệt quá nhiệt. Nếu các bộ điều khiển được lắp đặt có tỷ lệ turndown thấp hơn bản thân bộ giảm nhiệt quá nhiệt, turndown của trạm giảm nhiệt quá nhiệt sẽ bị giảm (tham khảo Mô-đun 15.2). Thông tin thêm về lý thuyết và thực hành điều khiển cơ bản có thể được tìm thấy trong Khối 5 đến 8.

Lựa chọn

Khi lựa chọn loại bộ giảm nhiệt quá nhiệt phù hợp cho một ứng dụng cụ thể, các yếu tố sau cần được xem xét:

• Turndown - Đây có lẽ là một trong những cân nhắc quan trọng nhất, vì các loại bộ giảm nhiệt khác nhau khác nhau đáng kể trong phạm vi lưu lượng hơi quá nhiệt có thể được giảm nhiệt hiệu quả. Điều quan trọng cần lưu ý ở đây là, mặc dù đảm bảo thiết bị có đủ turndown cho dòng chảy có thể gặp phải, nhưng không nên quy định nhiều khả năng turndown hơn thực sự cần. Điều này chủ yếu ảnh hưởng đến chi phí, nhưng cũng có thể dẫn đến hiệu suất hệ thống kém. Hiệu suất kém thường bị trầm trọng thêm bởi thực tế là hầu hết các bộ giảm nhiệt có xu hướng hoạt động tốt hơn ở phần trên của phạm vi lưu lượng được quy định và nhà thiết kế hệ thống có xu hướng cho phép tăng công suất do mở rộng. Ví dụ cực đoan, nếu lưu lượng tối đa được quy định là mười lần yêu cầu hiện tại (để tính đến tăng trưởng trong tương lai), bộ giảm nhiệt sẽ vận hành giữa 1 và 10% lưu lượng đầy đủ thay vì 10% đến 100% mà nó được thiết kế.
• Nhiệt độ hơi đã giảm nhiệt - Như đã thấy trong Mô-đun trước, các loại bộ giảm nhiệt khác nhau có khả năng giảm nhiệt độ hơi xuống trong phạm vi vài độ so với nhiệt độ bão hòa. Ví dụ, nếu yêu cầu nhiệt độ hơi đã giảm nhiệt trong 5°C so với nhiệt độ bão hòa (TS), sẽ chọn bộ giảm nhiệt kiểu Venturi hoặc khẩu độ biến thiên (xem Bảng 15.3.1). Nói chung, khi có thể chấp nhận một mức độ quá nhiệt dư nào đó, nhiệt độ hơi đã giảm nhiệt nên càng cao trên nhiệt độ bão hòa càng tốt. Điều này có lợi vì nhiều lý do:

1. Chi phí - tiếp cận gần nhiệt độ bão hòa thường chỉ đạt được với các loại bộ giảm nhiệt đắt tiền hơn.
2. Độ nhạy bộ điều khiển - đây có thể là vấn đề khi yêu cầu nhiệt độ hơi đã giảm nhiệt gần nhiệt độ bão hòa. Độ nhạy hạn chế của bộ điều khiển là một trong những lý do tại sao hầu hết các bộ giảm nhiệt bị giới hạn trong tiếp cận nhiệt độ bão hòa. Ví dụ, nếu bộ điều khiển có độ nhạy ±5°C, nó sẽ không thể phân biệt giữa nhiệt độ bão hòa và 5°C trên đó. Nếu bộ điều khiển diễn giải nhiệt độ hơi ở 5°C trên TS, và hơi thực tế ở TS, nó sẽ tăng lưu lượng nước làm mát. Nhưng vì nhiệt độ hơi bão hòa sẽ không giảm (do nhiệt ẩn của bay hơi), bộ điều khiển sẽ thêm ngày càng nhiều chất làm mát hơn vì nó vẫn cho rằng hệ thống ở 5°C trên TS. Điều này sẽ dẫn đến hơi rất ướt tràn ngập đường ống chính sau trạm giảm nhiệt quá nhiệt.
3. Việc bay hơi nước làm mát ngày càng khó khăn hơn khi nhiệt độ hơi quá nhiệt giảm về phía bão hòa, do sự giảm chênh lệch nhiệt độ giữa hai.
4. Chênh lệch nhiệt độ thấp hơn cũng làm giảm tốc độ truyền nhiệt giữa nước và hơi nước, và do đó các giọt nước phải lơ lửng lâu hơn để bay hơi. Điều này tăng khả năng các hạt nước sẽ rơi ra khỏi trạng thái lơ lửng trong ống. Để ngăn chặn điều này, khi nhiệt độ tiếp cận TS, vận tốc hơi nước cần được tăng lên để tạo ra nhiều nhiễu loạn hơn.

• Áp suất nguồn chất làm mát khả dụng - Lựa chọn loại bộ giảm nhiệt cũng sẽ phụ thuộc vào khả năng có nước làm mát ở áp suất cần thiết. Sẽ có lợi thế về chi phí khi sử dụng nước làm mát đã có sẵn, ví dụ, từ phía áp suất của bơm cấp nước lò hơi. Nếu áp suất khả dụng không đủ cho một loại bộ giảm nhiệt cụ thể, sẽ phải thực hiện các sắp xếp bơm bổ sung. Biểu đồ lựa chọn điển hình của nhà sản xuất được minh họa trong Hình 15.4.4. Nó dựa trên đặc tính hiệu suất và lắp đặt điển hình, có thể được tìm thấy trong Bảng 15.3.1. Phương pháp sử dụng để tính cỡ bộ giảm nhiệt sẽ thay đổi tùy theo nhà sản xuất cụ thể và loại bộ giảm nhiệt, và do đó nằm ngoài phạm vi của ấn phẩm này.

Ứng dụng điển hình

Bộ giảm nhiệt quá nhiệt chủ yếu được áp dụng trong hai lĩnh vực:

1. Phát điện - Bộ giảm nhiệt quá nhiệt chủ yếu được sử dụng để giảm nhiệt độ hơi nước phát ra từ hệ thống bypass tuabin đến mức hiệu quả cho vận hành ở các bộ phận khác của nhà máy yêu cầu hơi bão hòa cho mục đích truyền nhiệt.
2. Công nghiệp quy trình - Trong công nghiệp quy trình, bộ giảm nhiệt quá nhiệt được sử dụng như một phần của hệ thống giảm nhiệt độ và áp suất hơi nước từ lò hơi đến mức vận hành kinh tế. Bảng 15.4.1 cho thấy một số ví dụ ứng dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp cụ thể.