Ποσοστό Ξηρότητας στα Δίκτυα Ατμού

ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ / TECHNICAL DATA

Steam Dryness Fraction in Steam Distribution Systems

Το ποσοστό ξηρότητας του ατμού χρησιμοποιείται για να περιγράψει την ποσότητα ξηρού κορεσμένου ατμού μέσα σε μίγμα ατμού και υγρασίας. Σε πραγματικά δίκτυα ατμού, η ύπαρξη σταγονιδίων νερού είναι συχνή λόγω μεταφοράς υγρασίας από τον λέβητα, απωλειών θερμότητας στις σωληνώσεις, ανεπαρκούς αποστράγγισης ή λανθασμένης διαστασιολόγησης γραμμών.

Για τον μηχανικό, η ξηρότητα του ατμού δεν είναι θεωρητική παράμετρος. Επηρεάζει άμεσα τη διαθέσιμη θερμική ενέργεια, τη μετάδοση θερμότητας, τη λειτουργία ατμοπαγίδων, τη φθορά βαλβίδων και τον κίνδυνο υδραυλικού πλήγματος.

Ξηρός και Υγρός Ατμός

Ξηρός ατμός είναι ο ατμός στον οποίο το νερό βρίσκεται πρακτικά στην αέρια φάση. Υγρός ατμός είναι μίγμα ατμού και μικροσκοπικών σταγονιδίων νερού. Τα σταγονίδια αυτά δεν μεταφέρουν λανθάνουσα θερμότητα όπως ο ατμός και μειώνουν την πραγματικά διαθέσιμη θερμική ενέργεια του συστήματος.

Η παραγωγή και διατήρηση ατμού με 100% ξηρότητα σε όλο το δίκτυο είναι δύσκολη στην πράξη. Ακόμη και όταν ο λέβητας λειτουργεί σωστά, μέρος της υγρασίας μπορεί να μεταφερθεί με τον ατμό λόγω στροβιλισμού, υψηλής παροχής, απότομων μεταβολών φορτίου ή ανεπαρκούς διαχωρισμού στην έξοδο του λέβητα.

Ορισμός Ποσοστού Ξηρότητας

Το κλάσμα ξηρότητας, συνήθως συμβολιζόμενο ως x, εκφράζει το ποσοστό της μάζας του μίγματος που βρίσκεται σε μορφή ατμού.

x = m_steam / (m_steam + m_water)

Για παράδειγμα, εάν ένα μίγμα περιέχει 95% ατμό και 5% νερό κατά μάζα, τότε το κλάσμα ξηρότητας είναι:

x = 0.95

Όσο μικρότερο είναι το κλάσμα ξηρότητας, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα νερού που μεταφέρεται μαζί με τον ατμό και τόσο μικρότερη είναι η διαθέσιμη ενέργεια για τη διεργασία.

Επίδραση της Ξηρότητας στην Ενθαλπία

Η ειδική ενθαλπία υγρού ατμού μπορεί να εκτιμηθεί από την ενθαλπία του κορεσμένου νερού και τη λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης:

h = h_f + x × h_fg

h: συνολική ειδική ενθαλπία υγρού ατμού, σε kJ/kg
h_f: ενθαλπία κορεσμένου νερού, σε kJ/kg
h_fg: λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης, σε kJ/kg
x: κλάσμα ξηρότητας ατμού

Η σχέση αυτή δείχνει γιατί η υγρασία στον ατμό μειώνει άμεσα την αξιοποιήσιμη ενέργεια. Το μέρος του μίγματος που βρίσκεται ως νερό δεν περιέχει τη λανθάνουσα θερμότητα που θα είχε εάν ήταν σε μορφή ατμού.

Παράδειγμα Υπολογισμού στα 8 bar

Στο ακόλουθο παράδειγμα συγκρίνεται ατμός στα 8 bar με ξηρότητα 100% και 90%. Για τον υπολογισμό χρησιμοποιούνται τιμές κορεσμένου ατμού:

Παράμετρος	Τιμή
Πίεση ατμού	8 bar
Ενθαλπία κορεσμένου νερού h_f	720.94 kJ/kg
Λανθάνουσα θερμότητα h_fg	2767.5 kJ/kg

Περίπτωση Α: Ξηρότητα 100%

h = 720.94 + 2767.5 = 3488.44 kJ/kg

Περίπτωση Β: Ξηρότητα 90%

h = 720.94 + (2767.5 × 0.90) = 3211.69 kJ/kg

Η διαφορά είναι:

3488.44 - 3211.69 = 276.75 kJ/kg

Δηλαδή, με ξηρότητα 90%, περίπου 276.75 kJ/kg θερμικής ενέργειας δεν είναι διαθέσιμα σε σχέση με τον πλήρως ξηρό κορεσμένο ατμό. Σε μεγάλες παροχές ατμού, αυτή η απώλεια μεταφράζεται σε σημαντική μείωση απόδοσης.

Πρακτικές Επιπτώσεις Υγρού Ατμού

Τεχνικό θέμα	Επίδραση στο δίκτυο	Σχόλιο μηχανικού
Μειωμένη θερμική απόδοση	Λιγότερη λανθάνουσα θερμότητα φτάνει στον εναλλάκτη ή στη διεργασία.	Μπορεί να απαιτείται μεγαλύτερη παροχή ατμού για το ίδιο θερμικό φορτίο.
Διάβρωση και φθορά	Σταγονίδια νερού και στερεά σωματίδια αυξάνουν τη μηχανική καταπόνηση.	Επηρεάζονται βαλβίδες ελέγχου, έδρες, φίλτρα και όργανα.
Υδραυλικό πλήγμα	Η συσσώρευση συμπυκνώματος μπορεί να δημιουργήσει κρουστικά φορτία.	Απαιτούνται σωστή αποστράγγιση, κλίση σωληνώσεων και ατμοπαγίδες.
Αστάθεια ελέγχου	Η πραγματική ενέργεια του ατμού μεταβάλλεται με το ποσοστό υγρασίας.	Κρίσιμο σε εφαρμογές με έλεγχο θερμοκρασίας ή στενά όρια διεργασίας.
Μειωμένη διάρκεια ζωής εξοπλισμού	Η υγρασία επιταχύνει φθορές σε βαλβίδες, ατμοπαγίδες και εξαρτήματα.	Η απομάκρυνση υγρασίας πρέπει να προβλέπεται στον σχεδιασμό.

Δημιουργία Ξηρού Ατμού με Διαχωριστήρα

Μια πρακτική λύση για την απομάκρυνση υγρασίας από δίκτυα ατμού είναι η εγκατάσταση φυγοκεντρικού διαχωριστήρα ατμού. Ο διαχωριστής εκμεταλλεύεται τη μεταβολή κατεύθυνσης, τη φυγοκεντρική δράση, την πρόσκρουση και τη μείωση ταχύτητας ώστε να απομακρύνει σταγονίδια νερού και βαρύτερα σωματίδια από τη ροή του ατμού.

Το διαχωρισμένο συμπύκνωμα συλλέγεται στο κάτω μέρος του διαχωριστήρα και πρέπει να απομακρύνεται συνεχώς μέσω κατάλληλης ατμοπαγίδας. Χωρίς σωστή αποστράγγιση, ο διαχωριστής δεν μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά.

Στοιχείο διάταξης	Λειτουργία	Τεχνική παρατήρηση
Είσοδος υγρού ατμού	Το μίγμα ατμού και σταγονιδίων εισέρχεται στον διαχωριστήρα.	Η ταχύτητα εισόδου πρέπει να είναι εντός των ορίων του κατασκευαστή.
Σώμα διαχωριστήρα	Δημιουργεί στροβιλισμό, αλλαγή κατεύθυνσης ή πρόσκρουση.	Τα βαρύτερα σωματίδια αποχωρίζονται από τη ροή ατμού.
Έξοδος ξηρότερου ατμού	Ο ατμός εξέρχεται με μειωμένη περιεκτικότητα υγρασίας.	Βελτιώνεται η θερμική απόδοση και η προστασία εξοπλισμού.
Κάτω συλλογή συμπυκνώματος	Συγκεντρώνει το διαχωρισμένο νερό και στερεά σωματίδια.	Πρέπει να συνδέεται σε κατάλληλη ατμοπαγίδα.
Ατμοπαγίδα αποστράγγισης	Απομακρύνει το συμπύκνωμα χωρίς απώλεια ζωντανού ατμού.	Η επιλογή της πρέπει να γίνει με βάση πίεση, παροχή και συνθήκες εκκίνησης.

Πού Τοποθετείται Συνήθως Διαχωριστήρας Ατμού

Στην έξοδο του λέβητα ή της ατμογεννήτριας, όταν υπάρχει μεταφορά υγρασίας.
Πριν από βαλβίδες ελέγχου ατμού για προστασία έδρας και σταθερότερο έλεγχο.
Πριν από μειωτές πίεσης ή σταθμούς PRV.
Πριν από εναλλάκτες θερμότητας, coils και κρίσιμες θερμικές διεργασίες.
Σε μεγάλα οριζόντια τμήματα σωληνώσεων όπου δημιουργούνται συμπυκνώματα.
Σε σημεία όπου υπάρχουν παράπονα για θόρυβο, κτυπήματα ή ανεπαρκή απόδοση θέρμανσης.

Σχετικός Εξοπλισμός

Η Φιλιππόπουλος Α.Ε. διαθέτει εξοπλισμό για δίκτυα ατμού και συμπυκνωμάτων, όπως διαχωριστές ατμού, ατμοπαγίδες, φίλτρα, βαλβίδες ελέγχου, μειωτές πίεσης, ασφαλιστικές βαλβίδες, βαλβίδες απομόνωσης, αντλίες συμπυκνωμάτων και εξοπλισμό λεβητοστασίου.

Posted in: Τεχνικοί οδηγοί