Giới thiệu - Tại sao cần bẫy hơi?

Nhiệm vụ của bẫy hơi là xả ngưng tụ, không khí và các khí không ngưng tụ khác ra khỏi hệ thống hơi mà không cho phép hơi sống thoát ra ngoài. Hướng dẫn này đề cập đến nhu cầu sử dụng bẫy hơi, các yếu tố liên quan đến vận hành, các chế độ vận hành cơ bản và các tiêu chuẩn liên quan.

Trong suốt lịch sử sử dụng hơi nước, Spirax Sarco luôn đi đầu trong việc cải thiện hiệu suất của nhà máy hơi. Kể từ năm 1935, dòng sản phẩm Spirax Sarco đã mở rộng đáng kể và hiện được chỉ định sử dụng trên toàn thế giới cho nhiều loại thiết bị sử dụng hơi nước. Ngày nay, có rất ít quy trình sản xuất không phụ thuộc vào hơi nước để tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Bẫy hơi là bộ phận thiết yếu của bất kỳ hệ thống hơi nào. Đây là mối liên kết quan trọng giữa quản lý hơi và ngưng tụ hiệu quả, giữ hơi nước trong quy trình để tối đa hóa việc sử dụng nhiệt, đồng thời xả ngưng tụ và khí không ngưng tụ vào thời điểm thích hợp. Mặc dù dễ nhìn nhận bẫy hơi một cách riêng lẻ, nhưng tác động của chúng đối với toàn bộ hệ thống hơi thường không được đánh giá đúng. Các câu hỏi sau trở nên quan trọng

Thường đúng rằng nếu chọn sai loại bẫy hơi cho một ứng dụng cụ thể, sẽ không có tác hại nào được nhận thấy. Đôi khi, bẫy hơi thậm chí bị đóng hoàn toàn mà không có vấn đề gì rõ ràng, ví dụ trên đường ống hơi chính, nơi việc thoát ngưng tụ không triệt để từ một điểm xả thường có nghĩa là phần còn lại chỉ đơn giản được chuyển đến điểm tiếp theo. Điều này có thể trở thành vấn đề nếu điểm xả tiếp theo bị tắc hoặc cũng đã bị đóng!

Kỹ sư quan sát có thể nhận thấy rằng mài mòn van điều khiển, rò rỉ và giảm sản lượng thiết bị, đều có thể được khắc phục bằng cách chú ý đúng mức đến việc lắp đặt bẫy hơi. Mọi cơ chế đều tự nhiên bị mài mòn, và bẫy hơi cũng không ngoại lệ. Khi bẫy hơi hỏng ở trạng thái mở, một lượng hơi nhất định có thể đi vào hệ thống ngưng tụ, mặc dù thường ít hơn so với dự kiến. May mắn thay, các phương tiện nhanh chóng để phát hiện và khắc phục những hư hỏng như vậy hiện đã có sẵn cho người sử dụng hơi nước.

‘Nhiệm vụ của bẫy hơi là xả ngưng tụ mà không cho phép hơi sống thoát ra ngoài’

Không có hệ thống hơi nào hoàn chỉnh nếu thiếu thành phần quan trọng ‘bẫy hơi’ (hoặc bẫy). Đây là mối liên kết quan trọng nhất trong vòng lặp ngưng tụ vì nó kết nối việc sử dụng hơi với hoàn trả ngưng tụ.

Bẫy hơi thực sự ‘xả’ ngưng tụ (cũng như không khí và các khí không ngưng khác) ra khỏi hệ thống, cho phép hơi nước đến đích trong trạng thái khô nhất có thể để thực hiện nhiệm vụ một cách hiệu quả và kinh tế. Lượng ngưng tụ mà bẫy hơi phải xử lý có thể thay đổi đáng kể. Nó có thể phải xả ngưng tụ ở nhiệt độ hơi (tức là ngay khi hình thành trong không gian hơi) hoặc có thể được yêu cầu xả ở dưới nhiệt độ hơi, nhượng lại một phần ‘nhiệt nhạy’ trong quá trình này. Áp suất mà bẫy hơi có thể hoạt động có thể từ chân không đến hơn trăm bar. Để phù hợp với các điều kiện đa dạng này, có nhiều loại khác nhau, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Kinh nghiệm cho thấy bẫy hơi hoạt động hiệu quả nhất khi đặc tính của chúng phù hợp với ứng dụng. Điều bắt buộc là phải chọn đúng loại bẫy hơi để thực hiện một chức năng nhất định trong các điều kiện nhất định. Thoạt nhìn, có thể không rõ ràng những điều kiện này là gì. Chúng có thể bao gồm biến động áp suất hoạt động, tải nhiệt hoặc áp suất ngưng tụ. Bẫy hơi có thể chịu nhiệt độ cực đoan hoặc thậm chí va đập nước. Chúng có thể cần chống ăn mòn hoặc bụi bẩn. Dù trong điều kiện nào, việc chọn đúng bẫy hơi rất quan trọng đối với hiệu suất hệ thống. Sẽ rõ ràng rằng một loại bẫy hơi không thể là lựa chọn đúng cho tất cả các ứng dụng.

Các yếu tố cân nhắc khi chọn bẫy hơi

Xả không khí Khi ‘khởi động’, tức là bắt đầu quy trình, không gian gia nhiệt đầy không khí, nếu không được đẩy ra sẽ giảm khả năng truyền nhiệt và tăng thời gian làm nóng. Thời gian khởi động tăng lên và hiệu suất thiết bị giảm. Tốt nhất là xả không khí càng nhanh càng tốt trước khi nó có cơ hội trộn lẫn với hơi nước đi vào. Nếu không khí và hơi nước trộn lẫn, chúng chỉ có thể được tách ra bằng cách ngưng tụ hơi nước để lại không khí, sau đó phải được xả ra nơi an toàn. Van xả không khí riêng biệt có thể cần thiết trên các không gian hơi lớn hơn hoặc phức tạp hơn, nhưng trong hầu hết các trường hợp, không khí trong hệ thống được xả qua bẫy hơi. Ở đây, bẫy hơi nhiệt có ưu thế rõ ràng so với một số loại bẫy hơi vì chúng mở hoàn toàn khi khởi động. Bẫy hơi phao có van xả không khí nhiệt tích hợp đặc biệt hữu ích, trong khi nhiều bẫy hơi nhiệt động lực cũng có khả năng xử lý lượng không khí vừa phải. Tuy nhiên, lỗ nhỏ trong đầu ra ngưng tụ khẩu độ cố định và lỗ xả trong bẫy hơi xô đảo đều xả không khí chậm. Điều này có thể tăng thời gian sản xuất, thời gian làm nóng và ăn mòn. Xả ngưng tụ Sau khi xả không khí, bẫy hơi phải cho ngưng tụ đi qua nhưng không cho hơi đi qua. Rò rỉ hơi tại thời điểm này là không hiệu quả và không kinh tế. Bẫy hơi phải cho phép ngưng tụ đi qua đồng thời giữ hơi trong quy trình. Nếu truyền nhiệt tốt là yếu tố quan trọng đối với quy trình, thì ngưng tụ phải được xả ngay lập tức và ở nhiệt độ hơi. Ngập nước là một trong những nguyên nhân chính gây ra hiệu suất thấp của nhà máy hơi do chọn sai bẫy hơi. Hiệu suất thiết bị Khi các yêu cầu cơ bản về xả không khí và ngưng tụ đã được xem xét, có thể chuyển sang ‘hiệu suất thiết bị’. Đơn giản mà nói, trừ khi được thiết kế đặc biệt để ngập nước, để bộ trao đổi nhiệt hoạt động ở hiệu suất tốt nhất, không gian hơi phải được lấp đầy bằng hơi khô sạch. Loại bẫy hơi sẽ ảnh hưởng đến điều này. Ví dụ, bẫy hơi nhiệt giữ ngưng tụ cho đến khi nguội xuống dưới nhiệt độ bão hòa. Nếu ngưng tụ này vẫn còn trong không gian hơi, nó sẽ giảm diện tích truyền nhiệt và hiệu suất gia nhiệt. Xả ngưng tụ ở nhiệt độ thấp nhất có thể có vẻ rất hấp dẫn, nhưng nói chung hầu hết các ứng dụng yêu cầu ngưng tụ phải được loại bỏ khỏi không gian hơi ở nhiệt độ hơi. Điều này cần một bẫy hơi có tính chất vận hành khác so với loại nhiệt, và thường có nghĩa là loại cơ hoặc nhiệt động lực. Trước khi chọn một loại bẫy hơi cụ thể, cần xem xét nhu cầu của quy trình. Điều này thường sẽ quyết định loại bẫy hơi cần thiết. Cách quy trình kết nối với hệ thống hơi và ngưng tụ sau đó có thể quyết định loại bẫy hơi ưa thích để thực hiện tốt nhất trong hoàn cảnh đó. Khi đã chọn, cần định cỡ bẫy hơi. Điều này sẽ được xác định bởi điều kiện hệ thống và các tham số quy trình như:

• Áp suất hơi và ngưng tụ tối đa.
• Áp suất hơi và ngưng suất hoạt động.
• Nhiệt độ và lưu lượng.
• Quy trình có được điều khiển nhiệt độ hay không. Các tham số này sẽ được thảo luận thêm trong các Mô-đun tiếp theo trong Khối này. Độ tin cậy Kinh nghiệm cho thấy ‘lắp đặt bẫy hơi tốt’ đồng nghĩa với độ tin cậy, tức là hiệu suất tối ưu với sự chú ý tối thiểu. Nguyên nhân của sự không tin cậy thường liên quan đến:
• Ăn mòn, do điều kiện của ngưng tụ. Điều này có thể được đối phó bằng cách sử dụng vật liệu chế tạo phù hợp và xử lý nước cấp tốt.
• Va đập nước, thường do nâng cao đường ống sau bẫy hơi, đôi khi bị bỏ qua ở giai đoạn thiết kế và thường là nguyên nhân gây hư hỏng không cần thiết cho các bẫy hơi đáng tin cậy.
• Bụi bẩn, tích tụ từ hệ thống mà hợp chất xử lý nước được mang theo từ lò hơi, hoặc nơi mảnh vụn đường ống can thiệp vào hoạt động của bẫy. Nhiệm vụ chính của bẫy hơi là xả ngưng tụ và không khí đúng cách, điều này đòi hỏi hiểu biết rõ ràng về cách bẫy hơi hoạt động. Hơi nước nhấp nháy Một hiệu ứng do truyền ngưng tụ nóng từ hệ thống áp suất cao sang hệ thống áp suất thấp là hiện tượng tự nhiên của hơi nước nhấp nháy. Điều này có thể gây nhầm lẫn cho người quan sát về tình trạng của bẫy hơi. Xem xét entanpi của ngưng tụ mới hình thành ở áp suất và nhiệt độ hơi (có thể lấy từ bảng hơi). Ví dụ, ở áp suất 7 bar g, ngưng tụ sẽ chứa 721 kJ/kg ở nhiệt độ 170,5°C. Nếu ngưng tụ này được xả ra khí quyển, nó chỉ có thể tồn tại ở dạng nước ở 100°C, chứa 419 kJ/kg entanpi của nước bão hòa. Lượng entanpi dư thừa là 721 - 419 tức 302 kJ/kg, sẽ sôi bay một phần nước, tạo ra một lượng hơi ở áp suất khí quyển. Hơi áp suất thấp tạo ra thường được gọi là ‘hơi nhấp nháy’. Lượng hơi nhấp nháy giải phóng có thể được tính như sau: Nếu bẫy xả 500 kg/h ngưng tụ ở 7 bar g ra khí quyển, lượng hơi nhấp nháy tạo ra sẽ là 500 x 0,134 = 67 kg/h, tương đương khoảng 38 kW tổn thất năng lượng! Đây là một lượng năng lượng hữu ích khá lớn, thường bị mất khỏi cân bằng nhiệt của vòng lặp hơi và ngưng tụ, và mang lại cơ hội đơn giản để tăng hiệu suất hệ thống nếu có thể thu giữ và sử dụng.

Cách bẫy hơi hoạt động

Có ba loại bẫy hơi cơ bản mà tất cả các biến thể đều thuộc vào, cả ba đều được phân loại theo Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 6704:1982. Các loại bẫy hơi:

• Nhiệt (vận hành bằng thay đổi nhiệt độ chất lỏng) Nhiệt độ của hơi bão hòa được xác định bởi áp suất. Trong không gian hơi, hơi nhượng lại entanpi bay hơi (nhiệt), tạo ra ngưng tụ ở nhiệt độ hơi. Do bất kỳ tổn thất nhiệt nào thêm, nhiệt độ của ngưng tụ sẽ giảm. Bẫy hơi nhiệt sẽ cho ngưng tụ đi qua khi cảm nhận được nhiệt độ thấp hơn này. Khi hơi đến bẫy, nhiệt độ tăng lên và bẫy đóng lại.
• Cơ (vận hành bằng thay đổi mật độ chất lỏng) Dòng bẫy hơi này hoạt động bằng cách cảm nhận sự khác biệt về mật độ giữa hơi và ngưng tụ. Các bẫy hơi này bao gồm ‘bẫy hơi phao nổi’ và ‘bẫy hơi xô đảo’. Trong ‘bẫy hơi phao nổi’, phao nổi lên khi có ngưng tụ, mở van cho ngưng tụ có mật độ cao hơn đi qua. Với ‘bẫy hơi xô đảo’, xô đảo nổi khi hơi đến bẫy và nâng lên để đóng van. Cả hai đều về cơ bản là ‘cơ’ trong phương thức hoạt động.
• Nhiệt động lực (vận hành bằng thay đổi động lực chất lỏng) Bẫy hơi nhiệt động lực dựa một phần vào sự hình thành hơi nhấp nháy từ ngưng tụ. Nhóm này bao gồm bẫy hơi ‘nhiệt động lực’, ‘đĩa’, ‘xung’ và ‘mê cung’. Cũng được đưa vào loại này một cách lỏng lẻo là ‘bẫy hơi khẩu độ cố định’, không thể được xác định rõ ràng là thiết bị tự động vì chúng chỉ đơn giản là một lỗ đường kính cố định được đặt để cho một lượng ngưng tụ được tính toán đi qua trong một bộ điều kiện nhất định. Tất cả đều dựa trên thực tế rằng ngưng tụ nóng, được giải phóng dưới áp suất động, sẽ nhấp nháy để tạo ra hỗn hợp hơi và nước. Các Mô-đun sau đây bao gồm tham chiếu đến các bẫy hơi này.

ISO 6552:1980

Bảng chú giải thuật ngữ kỹ thuật cho bẫy hơi tự động. **ISO 6553:2016

EN ISO 6553:2017**

Đánh dấu bẫy hơi tự động. ISO 6554:1980

Kích thước mặt đối mặt cho bẫy hơi tự động dạng mặt bích. EN 558:2017

Van công nghiệp. Kích thước mặt đối mặt và tâm đối mặt của van kim loại sử dụng trong hệ thống ống dạng mặt bích. Van được chỉ định PN và Class.

(Mặc dù ISO 6554:1980 vẫn còn hiệu lực, ở Châu Âu nó đã được tích hợp vào tiêu chuẩn Van Công nghiệp chung EN 558:2017, có phạm vi rộng hơn nhiều so với ISO 6554:1980, và xác định “chuỗi” mặt đối mặt khác với EN 26554:1991). **ISO 6704:1982

EN 26704:1991**

Phân loại bẫy hơi tự động. ISO 5117 :2023

Kiểm tra đặc tính sản xuất và hiệu suất cho bẫy hơi tự động.

(Thay thế ISO 6948:1981, ISO 7841:1988 và ISO 7842:1988, do đó hợp nhất Phương pháp xác định tổn thất hơi và Phương pháp xác định công suất xả của bẫy hơi tự động dưới dạng phụ lục cho văn bản chính là Kiểm tra đặc tính sản xuất và hiệu suất cho bẫy hơi tự động).