Đồng hồ đo, Kính quan sát và Van phá chân không

Những thiết bị nhỏ này có nhiều ứng dụng quan trọng trong hệ thống hơi nước và thiết bị quy trình công nghiệp. Các loại khác nhau sẽ được nghiên cứu trong hướng dẫn này.

Đồng hồ đo

Đồng hồ đo áp suất Đồng hồ đo áp suất nên được lắp đặt ít nhất trong các trường hợp sau:

• Phía trước van giảm áp - Để giám sát tính toàn vẹn của nguồn cấp hơi.
• Phía sau van giảm áp - Để cài đặt và giám sát áp suất phía sau. Sự thay đổi áp suất phía sau có thể dẫn đến giảm năng suất nhà máy và chất lượng sản phẩm. Sự thay đổi áp suất phía sau cũng có thể chỉ ra các vấn đề với van giảm áp.
• Trên bình xả đáy - Đồng hồ đo áp suất được sử dụng để kiểm tra áp suất bình trong quá trình xả đáy. Điều này cải thiện an toàn, vì áp suất cao hơn bình thường sẽ là dấu hiệu sớm của tắc nghẽn đường ống.
• Bình hơi nước nhấp nháy - Để giám sát áp suất hơi nước nhấp nháy. Đồng hồ đo áp suất ống Bourdon là loại được sử dụng phổ biến nhất trong hệ thống hơi nước. Nó bao gồm một ống xoắn hoặc hình chữ ‘C’ được bịt kín ở một đầu và mở ở đầu kia. Đầu mở của ống Bourdon tiếp xúc với chất lỏng quy trình, cho phép nó chảy vào ống. Bất kỳ sự gia tăng áp suất nào cũng gây ra biến dạng đàn hồi của ống, khiến nó giãn ra. Sự dịch chuyển của đầu kín của ống được chuyển đổi bởi một loạt bánh răng thành sự dịch chuyển góc của kim chỉ. Vị trí kim chỉ tỷ lệ với áp suất tác dụng tại đầu kết nối áp suất của đồng hồ. Thông thường, độ lệch tối đa của ống Bourdon tương ứng với góc dịch chuyển 270° của kim chỉ. Ống có thể được chế tạo từ nhiều vật liệu khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng; nói chung, đồng thau hoặc đồng đỏ được sử dụng cho áp suất cao hơn, trong khi thép không gỉ được sử dụng cho áp suất thấp hơn.

Đồng hồ đo áp suất ống Bourdon thường có tùy chọn được đổ đầy chất lỏng. Khu vực xung quanh ống Bourdon được đổ đầy bằng chất lỏng trong suốt, thường là glycerine. Điều này bảo vệ các cơ chế bên trong khỏi hư hỏng do rung động mạnh và ngăn chặn các chất ăn mòn và ngưng tụ từ môi trường xung quanh. Chất lỏng này cũng làm giảm chuyển động của kim chỉ khiến đồng hồ ít bị ảnh hưởng bởi các dao động áp suất nhỏ.

Vì ống Bourdon có thể bị hư hỏng bởi nhiệt độ cao, nên thực hành phổ biến trong hệ thống hơi nước là lắp đồng hồ ở cuối ống siphon. ống siphon được đổ đầy nước, truyền áp suất của chất lỏng làm việc đến ống Bourdon, cho phép đồng hồ được đặt cách xa điểm đo áp suất thực tế. Hai dạng ống siphon phổ biến nhất là hình ‘U’ và hình vòng. Ống hình vòng được sử dụng trên đường ống ngang khi có đủ không gian phía trên đường ống, và loại hình ‘U’ được sử dụng khi gắn đồng hồ trên đường ống dọc, hoặc trên đường ống ngang không đủ không gian cho loại siphon hình vòng.

Đồng hồ đo áp suất loại Bourdon không phù hợp để sử dụng trên chất lỏng ăn mòn hoặc chất lỏng chứa các chất rắn lơ lửng, vì các chất rắn này có thể làm hỏng các phần tử bên trong của đồng hồ. Trong những trường hợp như vậy, cần phải giữ chất lỏng quy trình tách biệt khỏi ống Bourdon.

Điều này được thực hiện bằng cách gắn một màng đàn hồi vào đầu vào của đồng hồ. Phần tử áp suất của đồng hồ và khoảng trống phía sau màng hình thành một hệ thống kín hoàn toàn, được hút chân không và sau đó đổ đầy bằng chất lỏng phù hợp; trong trường hợp hơi nước, đây thường là một loại dầu. Áp suất hệ thống làm cho màng bị lệch, và áp suất được truyền qua chất lỏng đầy đến ống Bourdon. Màng kín cũng nên được sử dụng trong các ứng dụng ‘hơi sạch’ nơi không cho phép có ‘khoảng chết’. Ngoài đồng hồ đo áp suất ống Bourdon, còn có nhiều loại đồng hồ đo áp suất khác bao gồm: Đồng hồ đo áp suất loại màng, Đồng hồ đo áp suất điện trở và Đồng hồ đo nhiệt độ. Đồng hồ đo áp suất loại màng Một màng kim loại được kẹp giữa hai mặt bích và tiếp xúc với môi chất áp suất ở một bên. Áp suất do chất lỏng gây ra làm cho màng bị lệch đàn hồi. Mức độ lệch tỷ lệ với áp suất tác dụng lên màng và nó gây ra sự dịch chuyển tuyến tính của thanh liên kết gắn vào mặt trong của màng. Chuyển động của thanh liên kết được chuyển đổi thành chuyển động góc của kim chỉ đồng hồ thông qua một loạt bánh răng. Do đó, chuyển động của kim chỉ tỷ lệ với áp suất tác dụng lên màng. Màng cũng có tác dụng cô lập chất lỏng khỏi các phần bên trong của đồng hồ; do đó, đồng hồ đo áp suất loại màng phù hợp để sử dụng trên hầu hết các loại chất lỏng.

Đồng hồ đo áp suất điện trở Những đồng hồ đo áp suất này bao gồm một màng được làm từ nền gốm; các cảm biến biến dạng loại điện trở được liên kết với màng và cùng với mạch điện cần thiết, chúng được tích hợp trên một chip silicon. Màng bị lệch khi áp suất thay đổi, gây ra sự thay đổi trong cân bằng của cầu biến dạng. Điều này được chuyển đổi bởi mô-đun mạch tích hợp thành tín hiệu điện tử tỷ lệ với áp suất. Tín hiệu đầu ra có thể được đưa vào màn hình kỹ thuật số cục bộ hoặc được chuyển đổi thêm thành tín hiệu đầu ra 4-20 mA để truyền dẫn từ xa. Những đồng hồ này rất nhạy và được sử dụng khi cần đo áp suất chính xác. Vì chúng tạo ra tín hiệu đầu ra điện tử, nên có thể tích hợp chúng vào hệ thống quản lý tòa nhà. Đồng hồ đo nhiệt độ Mặc dù có rất nhiều loại đồng hồ đo nhiệt độ khác nhau, nhưng năm loại chính có thể được tìm thấy trong hệ thống hơi nước, đó là: loại lưỡng kim, loại hệ thống kín, điện trở nhiệt, cặp nhiệt điện và thiết bị đo nhiệt độ điện trở (RTD).

• Đồng hồ đo nhiệt độ loại lưỡng kim - Bao gồm một phần tử lưỡng kim xoắn. Đồng hồ hoạt động dựa trên nguyên lý của dải lưỡng kim, bao gồm hai dải kim loại làm từ các vật liệu khác nhau, được liên kết với nhau. Hai vật liệu được chọn sao cho chúng có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Hai kim loại giãn nở với mức độ khác nhau khi được gia nhiệt, và vì chúng không thể di chuyển tương đối với nhau, dải lưỡng kim bị uốn cong.

Khi nhiệt độ của phần tử xoắn tăng lên, nó có xu hướng giãn ra. Mức độ xảy ra cho biết nhiệt độ. Kim chỉ được kết nối với cuộn dây bằng một loạt liên kết, tương tự như trong ống bourdon.

Đồng hồ lưỡng kim có xu hướng giá rẻ, bền và dễ lắp đặt. Chúng được sử dụng khi cần chỉ thị trực quan đơn giản và nhanh chóng về nhiệt độ.

• Các phương pháp đo nhiệt độ khác -

được đề cập trong Mô-đun 6.7, Bộ điều khiển và Cảm biến. Các loại cảm biến nhiệt độ này được sử dụng khi cần mức độ chính xác cao hơn trong đo nhiệt độ, hoặc khi chức năng này được tự động hóa hoặc tích hợp vào hệ thống quản lý tòa nhà. Thường đặt đầu dò đo nhiệt độ vào túi bảo vệ khi lắp vào thiết bị. Điều này cho phép cảm biến được tháo ra khỏi đường ống hoặc thiết bị mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của hệ thống. Keo dẫn nhiệt được sử dụng trong túi để cung cấp khả năng truyền nhiệt tốt. Một vấn đề cần quan tâm khi lắp thiết bị đo nhiệt độ là đảm bảo nó cho phép đo đại diện. Điều này thường xảy ra, đặc biệt trong các bình chứa chất lỏng, nơi có sự phân tầng nhiệt của chất lỏng, và đo nhiệt độ của bình ở các mức khác nhau có thể cho kết quả khác nhau. Các ứng dụng phổ biến của thiết bị đo nhiệt độ bao gồm bình chứa nước cấp lò hơi, đo nhiệt độ sản phẩm và đo nhiệt độ hơi nước sau khi giảm nhiệt.

Kính quan sát

Kính quan sát, hay chỉ báo dòng chảy trực quan, cung cấp phương pháp quan sát dòng chảy chất lỏng trong đường ống. Nó có hai chức năng chính:

• Chỉ thị - Kính quan sát được sử dụng để chỉ ra liệu chất lỏng có đang chảy đúng cách hay không. Chúng được sử dụng để phát hiện van bị tắc, y lọc, bẫy hơi và các thiết bị đường ống khác, cũng như để phát hiện bẫy hơi có bị rò rỉ hơi nước hay không.
• Kiểm tra - Kính quan sát có thể được sử dụng để quan sát màu sắc của sản phẩm ở các giai đoạn khác nhau của quá trình sản xuất. Khi kính quan sát được sử dụng để chỉ thị hoạt động đúng của bẫy hơi loại xả thổi, chúng nên được đặt cách bẫy hơi ít nhất 1 m phía dưới lưu. Đối với các loại bẫy hơi khác, kính quan sát nên được đặt ngay sau bẫy hơi. Kính quan sát không cung cấp phương pháp chính xác để giám sát hoạt động của bẫy hơi. Trong thực tế, cần phải có kiến thức sâu rộng về hệ thống hơi nước phía trên và việc chẩn đoán thường mang tính chủ quan, phụ thuộc vào kinh nghiệm của người quan sát. Ví dụ, tùy thuộc vào lưu lượng ngưng tụ, áp suất và kiểu xả của bẫy hơi, có thể khó phân biệt liệu bẫy hơi có bị rò rỉ hơi nước hay hơi nước nhấp nháy được tạo ra sau bẫy hơi. Kính quan sát thường đã được thay thế bằng các thiết bị điện tử như cảm biến dẫn điện, phát hiện ngập nước phía trước bẫy hơi hoặc bẫy hơi bị rò rỉ. Các thiết bị này không yêu cầu chuyên môn về bẫy hơi và cho kết quả chính xác ổn định. Kính quan sát Kính quan sát có phần thu hẹp đồng tâm mịn ở đầu vào, tạo ra dòng rối trong kính quan sát khi chất lỏng chảy qua. Dòng rối bên trong kính quan sát cho phép phát hiện bất kỳ chất lỏng nào. Kính quan sát có sẵn với cửa sổ quan sát đơn, đôi hoặc đa hướng.

Một số kính quan sát có thể được trang bị nguồn sáng, điều này hữu ích khi kính quan sát được lắp ở khu vực có ánh sáng môi trường thấp, hoặc khi phải sử dụng kính quan sát cửa sổ đơn, chẳng hạn như trong bể chứa. Kiểm tra trực quan Kiểm tra trực quan (xem Hình 12.6.7) là sự kết hợp của kính quan sát và van kiểm tra. Một viên bi ở đỉnh ống dòng chảy được nâng lên khỏi ghế bởi chất lỏng khi nó chảy qua cửa sổ hình trụ đến đầu nối đầu ra. Khi có dòng chảy ngược, viên bi bị đẩy trở lại ghế ở đầu vào. Chuyển động của viên bi làm cho dòng chảy dễ quan sát, cũng như cung cấp khả năng đóng khi có dòng chảy ngược. Giống như kính quan sát, kiểm tra trực quan được sử dụng để quan sát xả của bẫy hơi. Trong kiểm tra trực quan, vị trí của van kiểm tra bi cho biết liệu ngưng tụ có đang chảy hay không. Nơi ngưng tụ dâng lên sau bẫy hơi, kiểm tra trực quan loại bỏ nhu cầu sử dụng van kiểm tra riêng biệt, từ đó đơn giản hóa việc lắp đặt. Kiểm tra trực quan đặc biệt hữu ích cho việc vận hành bẫy hơi được trang bị bộ xả khóa hơi (SLR).

Van phá chân không

Van phá chân không bảo vệ nhà máy và thiết bị quy trình khỏi các điều kiện chân không, thường liên quan đến quá trình làm mát.

Van phá chân không bao gồm một viên bi bằng thép không gỉ hình cầu nằm trên ghế trong điều kiện hoạt động bình thường. Tại thời điểm chân không, van được nâng lên khỏi ghế và không khí được hút vào hệ thống.

Trong một số trường hợp, van có thể được tải lò xo, điều này có nghĩa là chân không chỉ bị phá vỡ khi có sự giảm áp suất thêm. Điều này giúp đảm bảo rằng việc đóng kín ở điều kiện gần chân không vẫn giữ được độ kín bong bóng.

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của van phá chân không là trên thiết bị quy trình như chảo jacket và bộ trao đổi nhiệt. Khi những thiết bị này được tắt, chúng vẫn chứa một lượng hơi nước nhất định. Hơi nước ngưng tụ khi bình nguội đi, và vì ngưng tụ chiếm thể tích nhỏ hơn nhiều so với hơi nước, điều kiện chân không được tạo ra. Chân không có thể gây hư hỏng nhà máy và do đó cần phải lắp van phá chân không trên đầu vào hơi nước của thiết bị đó hoặc trên thân thiết bị. Tình huống tương tự có thể xảy ra trên đường ống hơi chính và lò hơi. Một ứng dụng phổ biến của van phá chân không là trên bộ trao đổi nhiệt kiểm soát nhiệt độ có thể bị stall (xem Khối 13). Trên các bộ trao đổi nhiệt nhỏ hơn xả ra khí quyển, tình trạng stall có thể được tránh bằng cách lắp van phá chân không trên đầu vào hơi nước của bộ trao đổi nhiệt. Khi chân không đạt được trong không gian hơi, van phá chân không mở để cho phép ngưng tụ thoát xuống bẫy hơi.

Nói chung, không nên đưa không khí vào không gian hơi, vì nó hoạt động như rào cản truyền nhiệt và giảm hiệu quả nhiệt độ hơi (tham khảo Mô-đun 2.4). Đây trở thành vấn đề trên các bộ trao đổi nhiệt lớn hơn, nơi không nên sử dụng van phá chân không để khắc phục stall. Hơn nữa, nếu ngưng tụ được nâng lên sau bẫy hơi, ví dụ vào đường ống trả ngưng tụ cao, van phá chân không không thể hỗ trợ thoát nước. Trong cả hai trường hợp này, cần sử dụng phương pháp chủ động để loại bỏ ngưng tụ như bơm-bẫy (tham khảo Mô-đun 13.8).