Ποιότητα ατμού σε βιομηχανικά δίκτυα: ξηρότητα, καθαρότητα και απομάκρυνση αέρα

Η ποιότητα του ατμού δεν καθορίζεται μόνο από την πίεση που δείχνει ένα μανόμετρο. Για να λειτουργεί σωστά μία βιομηχανική διεργασία, ο ατμός πρέπει να φτάνει στο σημείο κατανάλωσης στη σωστή ποσότητα, στη σωστή πίεση και θερμοκρασία, χωρίς αέρα και άλλα μη συμπυκνώσιμα αέρια, με περιορισμένους ρύπους και με όσο το δυνατόν μικρότερη περιεκτικότητα σε υγρό νερό.

Κάθε μία από αυτές τις παραμέτρους επηρεάζει τη μεταφορά θερμότητας, τη σταθερότητα της διεργασίας και τη μηχανική καταπόνηση του δικτύου.

Τι σημαίνει πρακτικά «ποιοτικός ατμός»

• σωστή παροχή,
• σωστή πίεση και θερμοκρασία,
• απουσία αέρα και μη συμπυκνώσιμων αερίων,
• καθαρότητα,
• ξηρότητα.

Σωστή ποσότητα ατμού και διαστασιολόγηση δικτύου

Κάθε θερμική διεργασία χρειάζεται συγκεκριμένη παροχή ατμού ώστε να μεταφερθεί το απαιτούμενο ποσό θερμότητας. Αν η διαθέσιμη παροχή είναι μικρότερη από το πραγματικό φορτίο, η διεργασία μπορεί να μην φτάσει στην απαιτούμενη θερμοκρασία ή να παρουσιάσει μείωση παραγωγικότητας.

Η σωστή εκτίμηση του φορτίου πρέπει να προηγείται της διαστασιολόγησης σωληνώσεων και εξαρτημάτων.

Σωστή πίεση δεν σημαίνει πάντα σωστή θερμοκρασία

Στον καθαρό κορεσμένο ατμό υπάρχει καθορισμένη σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας κορεσμού. Αν όμως στον ατμό υπάρχει αέρας ή άλλο μη συμπυκνώσιμο αέριο, το μανόμετρο μετρά τη συνολική πίεση του μίγματος και όχι μόνο την πίεση του ατμού.

Έτσι, η πραγματική θερμοκρασία του μίγματος μπορεί να είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία κορεσμού που θα αναμενόταν από τη συνολική πίεση.

Πώς εισέρχεται ο αέρας στο σύστημα ατμού

Όταν μία εγκατάσταση διακόπτει τη λειτουργία της, ο ατμός συμπυκνώνεται. Η μείωση του όγκου δημιουργεί υποπίεση και μπορεί να εισάγει αέρα από το περιβάλλον.

Κατά την επανεκκίνηση ο ατμός ωθεί τον αέρα προς σημεία αποστράγγισης και απομακρυσμένα σημεία. Οι ατμοπαγίδες και ο εξοπλισμός διαχείρισης συμπυκνωμάτων αποτελούν βασικό μέρος της αποστράγγισης και εξαέρωσης του συστήματος.

Γιατί ο αέρας μειώνει τη μετάδοση θερμότητας

Ο αέρας δεν συμπυκνώνεται μαζί με τον ατμό. Καθώς ο ατμός συμπυκνώνεται, ο αέρας μπορεί να παραμένει πάνω στην επιφάνεια και να σχηματίζει μονωτικό στρώμα, αυξάνοντας τη θερμική αντίσταση.

Μερικές πιέσεις σε μίγμα ατμού και αέρα

Pολ = Pατμού + Pαέρα

Οι πιέσεις πρέπει να εκφράζονται ως απόλυτες.

Παράδειγμα

Για μίγμα 75% ατμού και 25% αέρα κατά όγκο, με συνολική πίεση 4 bar(a):

Pατμού = 0,75 × 4 = 3 bar(a)

Η θερμοκρασία του μίγματος είναι περίπου 134°C και όχι περίπου 144°C, που θα αναμενόταν για καθαρό κορεσμένο ατμό στα 4 bar(a).

Διαλυμένα αέρια στο νερό τροφοδοσίας

Το νερό συμπλήρωσης και το επιστρεφόμενο συμπύκνωμα μπορούν να περιέχουν διαλυμένα αέρια. Όταν θερμαίνονται στον λέβητα, μέρος των αερίων απελευθερώνεται και μεταφέρεται στο δίκτυο ατμού.

Η διαλυτότητα των αερίων μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Για αυτό το δοχείο τροφοδοσίας διατηρείται συνήθως σε θερμοκρασία τουλάχιστον της τάξης των 80°C, ώστε να διευκολύνεται η απομάκρυνση οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα.

Καθαρότητα ατμού και ρύποι στις σωληνώσεις

Σε δίκτυα ατμού μπορεί να υπάρχουν σκουριά, ανθρακικά άλατα, υπολείμματα συγκόλλησης ή υλικά στεγανοποίησης. Τα σωματίδια μπορούν να αυξήσουν τη φθορά σε καμπύλες, μικρά στόμια, ατμοπαγίδες, μειωτές πίεσης, ρυθμιστικές βαλβίδες και όργανα.

Για την προστασία του εξοπλισμού χρησιμοποιούνται φίλτρα σωληνώσεων.

Πώς λειτουργεί ένα φίλτρο γραμμής

Ο ατμός περνά μέσα από διάτρητο ή δικτυωτό στοιχείο. Ο ατμός και το νερό διέρχονται, ενώ τα στερεά σωματίδια συγκρατούνται.

Σε γραμμές ατμού, η πλευρική εγκατάσταση του φίλτρου:

• περιορίζει τη συγκέντρωση νερού στο σώμα,
• μειώνει τον κίνδυνο υδραυλικού πλήγματος,
• εκθέτει μεγαλύτερη επιφάνεια φίλτρανσης στη ροή.

Αποθέσεις στις επιφάνειες μετάδοσης θερμότητας

Οι επικαθίσεις λειτουργούν ως πρόσθετη θερμική αντίσταση. Μπορούν να σχετίζονται με λανθασμένη λειτουργία λέβητα, carryover σταγονιδίων ή ανεπαρκή επεξεργασία νερού.

Γιατί ο ατμός γίνεται υγρός στη διανομή

Οι σωληνώσεις χάνουν θερμότητα προς το περιβάλλον. Η μόνωση μειώνει τις απώλειες αλλά δεν τις εξαλείφει πλήρως, οπότε μέρος του ατμού συμπυκνώνεται κατά τη διανομή.

Επιπλέον, λανθασμένη επεξεργασία νερού ή λειτουργία του λέβητα σε υψηλό φορτίο μπορεί να προκαλέσει priming και carryover νερού προς το δίκτυο.

Πώς η υγρασία επηρεάζει την απόδοση

• μειώνει την πραγματική ενθαλπία εξάτμισης ανά kg μίγματος,
• μπορεί να μεταφέρει ρύπους και να δημιουργήσει επικαθίσεις,
• αυξάνει το υγρό φιλμ πάνω στις επιφάνειες μετάδοσης θερμότητας.

Διαχωριστές υγρασίας

Ένας διαχωριστής υγρασίας απομακρύνει σταγονίδια νερού και παρασυρόμενο συμπύκνωμα από τη ροή ατμού.

Η ροή αναγκάζεται να αλλάξει κατεύθυνση. Τα βαρύτερα σταγονίδια προσκρούουν στα εσωτερικά στοιχεία και οδηγούνται προς το κάτω σημείο, από όπου απομακρύνονται μέσω κατάλληλης ατμοπαγίδας.

Από τη συμπύκνωση στο υδραυλικό πλήγμα

Καθώς ο ατμός χάνει θερμότητα, το συμπύκνωμα σχηματίζει σταγονίδια και υγρό φιλμ στο κάτω μέρος της σωλήνωσης. Αν η αποστράγγιση δεν είναι επαρκής, μπορεί να σχηματιστεί συμπαγές βύσμα νερού.

Το βύσμα μπορεί να μεταφερθεί με ταχύτητα της τάξης των:

25–30 m/s

Γιατί το υδραυλικό πλήγμα είναι επικίνδυνο

Όταν ένα βύσμα συμπυκνώματος υψηλής ταχύτητας συναντήσει καμπύλη, ταφ, βαλβίδα ή άλλο εμπόδιο, η κινητική του ενέργεια μετατρέπεται απότομα σε πίεση.

Το αποτέλεσμα μπορεί να είναι ισχυρό κρουστικό φορτίο, θόρυβος, κραδασμοί, φθορά ή ακόμη και θραύση εξαρτημάτων.

Συνηθισμένες αιτίες συγκέντρωσης συμπυκνώματος

• χαμηλά σημεία σωληνώσεων,
• ανεπαρκής στήριξη ή καθίζηση γραμμής,
• σπασμένα στηρίγματα,
• λανθασμένη χρήση ομόκεντρων μειωτών,
• λανθασμένος προσανατολισμός φίλτρων,
• ανεπαρκής αποστράγγιση πριν από ανοδική αλλαγή πορείας.

Πρακτικός έλεγχος ποιότητας ατμού

Οι ρυθμιστικές βαλβίδες, οι μειωτές πίεσης, τα φίλτρα, οι διαχωριστές και οι ατμοπαγίδες πρέπει να αντιμετωπίζονται ως τμήματα ενός ενιαίου συστήματος.

Συμπέρασμα

Η ποιότητα ατμού είναι συνδυασμός παροχής, πίεσης, θερμοκρασίας, καθαρότητας, εξαέρωσης και ξηρότητας.

Η παρουσία αέρα μπορεί να μειώσει τόσο την πραγματική θερμοκρασία του ατμού όσο και τον ρυθμό μετάδοσης θερμότητας. Οι στερεοί ρύποι αυξάνουν τη φθορά και τις επικαθίσεις, ενώ η υγρασία μειώνει την ενεργειακή ποιότητα του ατμού και δημιουργεί συνθήκες για υδραυλικό πλήγμα.

Ένα σωστά σχεδιασμένο δίκτυο πρέπει να υπολογίζει την απαιτούμενη παροχή, να απομακρύνει αέρα και συμπύκνωμα, να συγκρατεί στερεούς ρύπους και να περιορίζει τη μεταφορά υγρασίας προς το σημείο χρήσης.

Συχνές Ερωτήσεις

Τι σημαίνει καλή ποιότητα ατμού;

Ατμός διαθέσιμος στη σωστή παροχή, πίεση και θερμοκρασία, χωρίς υπερβολικό αέρα, μη συμπυκνώσιμα αέρια, στερεούς ρύπους ή υγρό νερό.

Γιατί η παρουσία αέρα μειώνει τη θερμοκρασία του ατμού;

Επειδή η συνολική πίεση μοιράζεται μεταξύ ατμού και αέρα. Η μερική πίεση του ατμού είναι μικρότερη από τη συνολική ένδειξη και αντιστοιχεί σε χαμηλότερη θερμοκρασία κορεσμού.

Γιατί ο αέρας μειώνει τη μετάδοση θερμότητας;

Ο αέρας δεν συμπυκνώνεται μαζί με τον ατμό και μπορεί να σχηματίσει μονωτικό στρώμα πάνω στην επιφάνεια μετάδοσης θερμότητας.

Γιατί χρησιμοποιούνται φίλτρα σε γραμμές ατμού;

Για τη συγκράτηση σκουριάς, υπολειμμάτων συγκόλλησης, αλάτων και άλλων στερεών που μπορούν να προκαλέσουν φθορά ή απόφραξη εξοπλισμού.

Τι κάνει ένας διαχωριστής υγρασίας;

Απομακρύνει σταγονίδια νερού και παρασυρόμενο συμπύκνωμα από τη ροή ατμού και τα οδηγεί προς σημείο αποστράγγισης.

Γιατί ο ατμός γίνεται υγρός μέσα στο δίκτυο;

Επειδή μέρος του συμπυκνώνεται λόγω θερμικών απωλειών των σωληνώσεων, ενώ μπορεί επίσης να υπάρχει carryover νερού από τον λέβητα.

Τι προκαλεί υδραυλικό πλήγμα σε γραμμή ατμού;

Η μεταφορά συμπαγούς μάζας συμπυκνώματος με υψηλή ταχύτητα και η απότομη πρόσκρουσή της σε καμπύλη, ταφ, βαλβίδα ή άλλο εμπόδιο.

Γιατί τα φίλτρα γραμμής ατμού τοποθετούνται στο πλάι;

Για να περιορίζεται η συσσώρευση συμπυκνώματος στο σώμα του φίλτρου και ο σχετικός κίνδυνος υδραυλικού πλήγματος.