Po omówieniu zalet dystrybucji pary pod wysokim ciśnieniem i użycia pary pod niskim ciśnieniem, przyjrzyjmy się teraz, jak wybrać odpowiedni rozmiar rurociągu parowego do dystrybucji i zrozum, dlaczego wymiarowanie rur parowych jest tak ważne.
Istotą systemu dystrybucji pary jest pobieranie pary z wytwornicy pary (kotła) i dostarczanie jej do sekcji użytkownika, zgodnie z wymaganiami zarówno ilościowymi, jak i jakościowymi.
- Ilościowo : Para zapewnia wymagane obciążenie cieplne wymagane przez Proces, dla którego para musi być dostępna w odpowiedniej ilości. Dostawa ilościowa przewiduje maksymalny przepływ pary wymagany przez proces, biorąc pod uwagę zmienność sezonową, współczynniki obciążenia zakładu i zmienność procesu. Również dostarczanie pary powinno odbywać się pod ciśnieniem wymaganym w procesie / przez urządzenia procesowe.
- Jakościowo: Dostawa jakościowa przewiduje jakość pary, a mianowicie frakcję suchości, wolną od zanieczyszczeń, współczynniki bezpieczeństwa dostosowane do oczekiwanych cykli wsadowych procesu.
Rozmiar rur dla pary nasyconej
Dla danej aplikacji istnieje tylko jeden właściwy technicznie rozmiar rury. Jeśli obliczenia projektowe rurociągów nie zostaną wykonane prawidłowo, rurociąg parowy może być zbyt mały lub przewymiarowany – oba mają niekorzystne skutki, jak podano poniżej:
Co się stanie, jeśli rurociągi parowe będą przewymiarowane?
Wybrany rozmiar rury 100 NB zamiast prawidłowego rozmiaru 80 NB będzie miał następujące konsekwencje:
- Linia 100 NB powoduje mniejszy spadek ciśnienia przy tym samym natężeniu przepływu niż linia 80 NB.
- Tak więc użytkownik pary otrzyma parę pod wymaganym ciśnieniem. Nie będzie szans na głód pary, a dostępność pary jest niezawodna.
- Linia 100 NB redukuje hałas związany z przepływem pary.
- Jednak linia 100 NB jest droższa niż 80 NB. Również koszty jego instalacji i izolacji są wyższe. Tak więc instalowanie rurociągów ponadgabarytowych nie jest ekonomicznie opłacalne.
- Linia 100 NB ma większą powierzchnię, dzięki czemu zwiększa się powierzchnia wymiany ciepła. W konsekwencji straty konwekcyjne i radiacyjne są większe.
W ten sposób zwiększają się straty w rurociągach i powstaje większa ilość kondensatu. Aby zrekompensować tę stratę, należy wytworzyć więcej pary, zwiększając tym samym koszty pary.
W związku z tym prawidłowe zwymiarowanie przewodów parowych jako część obliczeń projektowych rurociągów ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia możliwie najniższych strat w rurociągach.
Co się stanie, jeśli rurociągi będą za małe?
Rozmiar rury 80 NB wybrany zamiast prawidłowego rozmiaru linii 100 NB będzie miał następujące konsekwencje:
- 80 NB powoduje większy spadek ciśnienia niż linia 100 NB przy tym samym natężeniu przepływu pary. W ten sposób użytkownicy pary otrzymują parę pod niskim ciśnieniem, które może nie odpowiadać parametrom procesu.
- Rura 80 NB ma mniejszą nośność przepływu objętościowego w porównaniu z rurą 100 NB. W związku z tym nie będzie w stanie dostarczać pary do użytkowników pary z wymaganym natężeniem przepływu i prowadzić do głodu pary. To znowu wpłynie na parametry procesu i utrudni tempo produkcji/jakość produktów
- Ze względu na zbyt mały rozmiar rury, prędkość pary wzrasta i powoduje uderzenia wodne i erozję. Uderzenie wodne ma niebezpieczne skutki.
W związku z tym znaczenie nabiera odpowiedni rozmiar rur dla danej aplikacji. Dobór rur odbywa się na dwa sposoby:
Metoda prędkości i metoda spadku ciśnienia przy wymiarowaniu rur
Metoda prędkości
W metodzie prędkości cieczy zakłada się prędkość pary i wymiar linii dla wymaganych przepływów oblicza się według wzoru:
Q = A xv
Gdzie, Q = Przepływ objętościowy (m3/s)
= (Przepływ pary w kg/h * Objętość właściwa M3/kg) / 3600
A = pole przekroju wzoru rury (m2) = D24
v = prędkość pary (m/s)
Ponieważ Q i v są znanymi wartościami w powyższym równaniu, A i stąd D można obliczyć!
Prędkości przyjęte do obliczenia rozmiaru linii dla następujących to:
Para rozprężna = 15 m/s
Para nasycona = 25 m/s ……dla długich podróży
Para nasycona = 30 m/s ……dla krótkich podróży
Para przegrzana = 30 do 40 m/s ……zależy od długości rurociągu i spadku ciśnienia.
Prędkość pary nie powinna przekraczać powyższych wartości, ponieważ może to spowodować efekt silnego uderzenia wodnego i większe spadki ciśnienia.
Rozważmy następujący wniosek o wymiarowanie rur parowych dla dwóch instalacji zgodnie z podanymi poniżej parametrami –
Ciśnienie pary = 7 barg
Przepływ pary przy obciążeniu szczytowym = 3025 kg/h
Odległość między kotłem a użytkownikiem dla Zakładu 1 = 90 Mtrs
Odległość między kotłem a użytkownikiem dla Zakładu 2 = 300 Mtrs
Korzystając z tabeli rozmiarów rur parowych (w oparciu o metodę prędkości) możemy wybrać rozmiar rury 100 NB, co odpowiada ciśnieniu pary 7 Barg, prędkości 25 M/s
Wada metody prędkości:
Wadą metody prędkości jest to, że nie uwzględnia ona długości linii rozkładu. W ten sposób traktuje obie powyższe rośliny o różnej długości na tej samej podstawie, aby wybrać ten sam rozmiar rury 100 NB dla obu. Oczekuje się, że instalacja o większej długości będzie miała większy spadek ciśnienia w porównaniu z mniejszą długością dla tego samego rozmiaru rury. Musimy oszacować spadek ciśnienia dla danej długości rury i sprawdzić, czy mieści się on w dopuszczalnych granicach.
Korzystając z tych tabel rozmiarów możemy prawidłowo wybrać wymagany rozmiar rury dla obu instalacji, jak poniżej:
Instalacja 1 – Długość rury 90 m Wybierz 100 NB
Instalacja 2 – Długość rury 300 m Wybierz 125 NB
Kryteria dopuszczalnego spadku ciśnienia na danej długości rurociągu
Spadek ciśnienia na danej długości rury powinien wynosić 10% ciśnienia na wlocie pary LUB 1 bar, w zależności od tego, która wartość jest mniejsza.
Korzystając z tego kryterium i dwóch tabel (metoda prędkości i spadek ciśnienia) obliczyliśmy rozmiary rur wymagane dla dwóch zakładów.