Tổn thất nhiệt do xả khí và tóm tắt các tiêu chuẩn liên quan đến đường ống

Việc xả khí và các loại khí không ngưng tụ khác ra khỏi hệ thống hơi, cũng như cung cấp cách nhiệt đầy đủ, là điều cần thiết để đảm bảo hiệu suất, an toàn và vận hành của nhà máy hơi.

Xả khí

Khi hơi được đưa vào đường ống lần đầu sau một thời gian dừng hoạt động, đường ống chứa đầy không khí. Một lượng không khí và các loại khí không ngưng tụ khác sẽ đi vào cùng với hơi, mặc dù tỷ lệ của các loại khí này thường rất nhỏ so với hơi. Khi hơi ngưng tụ, các loại khí này sẽ tích tụ trong đường ống và thiết bị trao đổi nhiệt. Cần có biện pháp phòng ngừa để xả chúng ra. Hậu quả của việc không loại bỏ không khí là thời gian làm nóng kéo dài, và giảm hiệu suất nhà máy cùng hiệu quả quá trình. Không khí trong hệ thống hơi cũng sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ hệ thống. Không khí sẽ tạo ra áp suất riêng trong hệ thống, và sẽ được cộng với áp suất hơi để tạo thành tổng áp suất. Do đó, áp suất hơi thực tế và nhiệt độ của hỗn hợp hơi/không khí sẽ thấp hơn so với những gì được chỉ báo trên đồng hồ đo áp suất. Quan trọng hơn là ảnh hưởng của không khí đối với truyền nhiệt. Một lớp không khí chỉ dày 1 mm có thể cung cấp cùng khả năng chống chịu nhiệt như một lớp nước dày 25 μm, một lớp sắt dày 2 mm hoặc một lớp đồng dày 15 mm. Do đó, điều rất quan trọng là phải loại bỏ không khí khỏi bất kỳ hệ thống hơi nào. Van xả khí tự động cho hệ thống hơi (hoạt động trên cùng nguyên lý với bẫy hơi dạng thermostatic) nên được lắp đặt phía trên mức ngưng tụ để chỉ không khí hoặc hỗn hợp hơi/không khí mới tiếp cận được chúng. Vị trí tốt nhất cho chúng là ở cuối đường ống hơi chính như được minh họa trong Hình 10.5.1. Xả từ van xả khí phải được dẫn đến nơi an toàn. Trong thực tế, một đường ống ngưng tụ hướng xuống bình thu có thông gió có thể chấp nhận dòng xả từ van xả khí.

Xả từ van xả khí phải được dẫn đến nơi an toàn. Trong thực tế, một đường ống ngưng tụ hướng xuống bình thu có thông gió có thể chấp nhận dòng xả từ van xả khí.

Ngoài việc xả khí ở cuối đường ống chính, van xả khí cũng nên được lắp đặt:

• Song song với bẫy hơi dạng xô đảo ngược hoặc, trong một số trường hợp, bẫy hơi dạng nhiệt động lực học. Các loại bẫy hơi này đôi khi xả khí chậm khi khởi động.
• Trong các không gian hơi khó tiếp cận (như phía đối diện nơi hơi đi vào chảo có áo bọc).
• Ở những nơi có không gian hơi lớn (như nồi hấp tự động), và hỗn hợp hơi/không khí có thể ảnh hưởng đến chất lượng quá trình.

Giảm tổn thất nhiệt

Ngay cả khi đường ống hơi chính đã nóng lên, hơi vẫn tiếp tục ngưng tụ do nhiệt bị mất bởi bức xạ. Tốc độ ngưng tụ sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ hơi, nhiệt độ môi trường và hiệu quả cách nhiệt của đường ống. Để hệ thống phân phối hơi hoạt động hiệu quả, cần có các bước phù hợp để đảm bảo tổn thất nhiệt được giảm đến mức tối thiểu về mặt kinh tế. Độ dày cách nhiệt kinh tế nhất sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố:

• Chi phí lắp đặt.
• Nhiệt lượng mang theo bởi hơi.
• Kích thước đường ống.
• Nhiệt độ đường ống. Khi cách nhiệt đường ống bên ngoài, phải tính đến độ ẩm và tốc độ gió. Hiệu quả của hầu hết các vật liệu cách nhiệt phụ thuộc vào các ô khí siêu nhỏ được giữ trong một ma trận vật liệu trơ như len khoáng, sợi thủy tinh hoặc canxi silicat. Các công trình điển hình sử dụng sợi thủy tinh bọc nhôm, len khoáng bọc nhôm và canxi silicat. Điều quan trọng là vật liệu cách nhiệt không bị nghiền nát hoặc ngâm nước. Bảo vệ cơ khí và chống thấm đầy đủ là cần thiết, đặc biệt ở các vị trí ngoài trời. Tổn thất nhiệt từ đường ống hơi sang nước, hoặc sang vật liệu cách nhiệt ướt, có thể lớn gấp 50 lần so với từ cùng đường ống đó sang không khí. Cần đặc biệt chú ý bảo vệ các đường ống hơi chạy qua vùng đất ngập nước, hoặc trong ống máng, có thể bị ngập lụt. Điều tương áp dụng cho việc bảo vệ lớp cách nhiệt khỏi bị hư hỏng bởi thang, v.v., để tránh nước mưa xâm nhập. Điều quan trọng là cách nhiệt tất cả các bộ phận nóng của hệ thống ngoại trừ van an toàn. Điều này bao gồm tất cả các mối nối mặt bích trên đường ống chính, cũng như các van và phụ kiện khác. Trước đây, thường cắt bỏ cách nhiệt ở mỗi bên của mối nối mặt bích, để lại lối tiếp cận bu lông cho mục đích bảo trì. Điều này tương đương với việc để khoảng 0.5 m đường ống trần. May mắn thay, các nắp cách nhiệt đúc sẵn cho mối nối mặt bích và van hiện nay được cung cấp rộng rãi hơn. Những nắp này thường được trang bị khóa để có thể dễ dàng tháo ra để tiếp cận cho mục đích bảo trì.

Tính toán truyền nhiệt

Tính toán tổn thất nhiệt từ đường ống có thể rất phức tạp và tốn thời gian, và giả định rằng dữ liệu khó hiểu liên quan đến độ dày thành ống, hệ số truyền nhiệt và các hằng số phái sinh khác đều sẵn có, điều mà thường không phải vậy. Các công thức phái sinh này nằm ngoài phạm vi của Mô-đun này, nhưng thông tin bổ sung có thể dễ dàng tìm thấy trong bất kỳ sách giáo khoa nhiệt động lực học tốt nào. Ngoài ra, có rất nhiều phần mềm máy tính hiện đại dành cho các kỹ sư có kinh nghiệm. Vì vậy, tổn thất nhiệt từ đường ống có thể dễ dàng tìm thấy bằng cách tham khảo Bảng 10.5.1 và một phương trình đơn giản (Phương trình 2.12.2). Bảng giả định điều kiện môi trường từ 10 - 21°C, và xem xét tổn thất nhiệt từ các đường ống trần nằm ngang có kích thước khác nhau với hơi chứa ở các áp suất khác nhau.

Bảng 10.5.1 Nhiệt tỏa ra từ đường ống

Ghi chú: Nhiệt tỏa ra từ đường ống trần nằm ngang với nhiệt độ môi trường từ 10°C đến 20°C và điều kiện không khí tĩnh

Các yếu tố khác có thể được đưa vào phương trình, ví dụ, nếu một đường ống được cách nhiệt với vật liệu cách nhiệt giảm tổn thất nhiệt xuống 10% so với đường ống không cách nhiệt, thì nó được nhân với hệ số 0.1.

Ghi chú: Hằng số 3.6 cho kết quả tính bằng kg/h Chiều dài tương đương:

• Cặp mặt bích ghép nối 0.5 m
• Van cỡ đường ống 1.0 m Ví dụ 10.5.1 50 m đường ống 100 mm có 8 cặp mặt bích và hai van, và vận chuyển hơi bão hòa ở 7 bar g. Nhiệt độ môi trường là 10°C, và hiệu quả cách nhiệt được cho là 0.1 Tham chiếu đến Bảng 10.5.1 và áp dụng Phương trình 10.5.1: xác định lượng hơi sẽ ngưng tụ mỗi giờ: Phần 1 - Không cách nhiệt. Phần 2 - Đường ống được cách nhiệt, nhưng van và mặt bích không được cách nhiệt. Phần 3 - Cách nhiệt hoàn toàn. Chiều dài tương đương của phụ kiện:
• (8 cặp mặt bích @ 0.5 m) + (2 van @ 1.0 m) = 6.0 m đường ống
• Hơi bão hòa ở 7 bar g:

Phần 1 - Không cách nhiệt:

Phần 2 - Đường ống cách nhiệt, nhưng không cách nhiệt van và mặt bích: Xem xét hai phần tử riêng biệt:

Phần 3 - Đường ống và phụ kiện cách nhiệt:

Các tiêu chuẩn Anh và Quốc tế liên quan

Các ký hiệu đã được sử dụng để chỉ ra các tiêu chuẩn kỹ thuật tương đương (=), và các tiêu chuẩn liên quan (≠) tương ứng.

Bảng 10.5.2

Tóm tắt

Tóm tắt phần ‘Phân phối hơi’ của Vòng lặp Hơi và Ngưng tụ, danh sách kiểm tra sau đây có thể được sử dụng để đảm bảo rằng hệ thống phân phối hơi sẽ hoạt động hiệu quả và hiệu năng: