Steam Distribution 2

ท่อแยกและท่อระบายน้ำ

ท่อในแนวระดับและจุดระบายน้ำ

Steam Separator

        ไอน้ำที่ออกจากหม้อไอน้ำอาจมีละอองน้ำปะปนออกไปกับไอน้ำด้วยซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพการให้ความร้อนของไอน้ำลด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการแยกละอองน้ำออกจากไอเสียก่อนเอาไปใช้ โดยใช้อุปกรณ์ดังภาพด้านล่าง ไอน้ำเปียกจะปะทะแผ่นคลีบก่อนออกจากอุปกรณ์ดังกล่าง แผ่นคลีบจะทำให้น้ำเกิดการควบแน่นหยดกลายเป็นหยดน้ำ

Water-hammer

         น้ำที่เกิดจากการควบแน่นจะไหลมารวมกันดังรูปเนื่องจากตัวรองรับท่อติดตั้งห่างกันเกินไปหรือตัวรองเกิดการชำรุด เมื่อน้ำท่วมจนไอน้ำไม่สามารถไหลได้สะดวกไอน้ำจะดันน้ำดังกล่าวไปตามท่อด้วยความเร็วมากกว่า 30 m/s จนเกิดการกระแทกซึ่งเป็นสาเหตุของการผุกร่อนและเสียงดังเป็นอันตรายต่อระบบท่อ

         การเดินท่อระยะทางยาวจะเดินเป็นช่วงโดยแต่ละช่วงมีระยะประมาณ 30 ถึง 50 เมตรโดยจะเดินท่อเอียงอยู่ระหว่าง 1/70 ถึง 1/350 สำหรับค่าที่แนะนำคือ 1/250 เพื่อช่วยให้น้ำไหลออกจากท่อ ที่ตำแหน่งต่ำสุดของแต่ละช่วงจะติดตั้งตัวแยกน้ำ ดังแสดงในรูปด้านล่าง

Drain points

       สำหรับท่อดักน้ำ(Pocket)ที่เล็กเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพการระบายน้ำลดลงเนื่องจากน้ำยังสามารถไหลผ่านท่อดักไปได้ ในการต่อท่อแยกน้ำควรติดตั้งช่องรองรับน้ำ Pocket ก่อนโดย

- ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจะมีขนาดเท่ากับท่อหลักกรณีไม่เกิน 100 mm

- เล็กกว่า2ถึง3เท่าของท่อหลักสำหรับขนาดท่อหลักตั้งแต่ 100 mm

- ขึ้นไปและขนาดเป็นครึ่งหนึ่งของท่อหลักสำหรับท่อตั้งแต่ 200 mm ขึ้นไป

       สำหรับความยาวของท่อดักน้ำจะมีขนาดประมาณ 1.5 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อหลัก แต่ห้ามต่ำกว่า 200mm สำหรับท่อระบายน้ำออกจากท่อดักจะติดตั้งสูงกว่าขอบล่างของช่องดังประมาณ 25 mm เพื่อป้องกันเศษต่าง ๆ หลุดเข้าสู่แทร็ป สำหรับของล่างของท่อดักจะปิดด้วยหน้าแปลนเพื่อให้ง่ายต่อการทำความสะอาดช่องพัก

Steam Line Reducers

        ในการลดขนาดท่อหลักก่อนต่อผ่านวาล์วควบคุมจะไม่ใช้ขอลดแบบศูนย์กลางร่วมกันเพราะจะทำให้เกิดปัญหาน้ำสะสมภายใน วิธีที่เหมาะสมคือการเลือกใช้ข้อลดแบบเยื้องศูนย์ ดังรูป

Strainers

          ใช้สำหรับป้องกันฝุ่นละลองเข้าสู่วาล์ว ในการติดตั้งตะแกรงควรอยู่ด้านข้างท่อเพื่อป้องกันการเกิดน้ำขังภายในตัวกรอง ซึ่งอาจเป็นสาเหตุให้เกิด water hammer

Branch Connections

          การต่อท่อแยกจะต้องต่อจากด้านบนของท่อเพื่อให้ได้ไอน้ำแห้งก่อนนำไปใช้งาน ถ้าต่อท่อแยกออกทางด้านข้างหรือด้านล่างจะทำให้ condensate ไหลเข้ามาในท่อ ส่งผลให้อุปกรณ์ใช้งานมีประสิทธิภาพลดลง

Drop Leg

         สำหรับจุดต่ำสุดของท่อแยกจะติดตั้งตัวแยกน้ำไว้เมื่อวาล์วปิดน้ำด้านหน้าวาล์วจะถูกระบายออกเหลือแต่ไอน้ำที่ไหลผ่านขณะวาล์วเปิด โดยที่ก่อนเข้าแทร็ปควรติดตัวกรองด้วยเหมือนกันดังรูป

     

การเดินท่อยกสูง Rising Ground

        สำหรับการเดินท่อไอน้ำให้สูงขึ้น ในกรณีนี้น้ำที่ควบแน่นจะไหลย้อนกลับสวนทางกับการไหลของไอน้ำ ในการเดินท่อต้องมั่นใจว่าท่อมีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะไม่ให้ความเร็วของไอน้ำเกิน 15 m/s ระยะระหว่างจุดระบายน้ำจะลดลงไม่เกิน 15 m เพื่อป้องกันความหนาของน้ำที่ส่วนล่างของท่อเพิ่มขึ้นมาก

  

Mains Drain Traps

         ตัวดักน้ำที่ติดตั้งบนท่อหลักจะต้องเหมาะสำหรับแรงดันสูง สามารถรองรับปริมาณน้ำ condensate เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความดันหรือภาระการทำงานยังสามารถทำงานได้ตามกำหนด สำหรับตัวดักน้ำที่ติดอยู่บนหม้อต้มจะต้องมีขนาดมากกว่าปกติ โดยทั่วไปจะเผื่อความสามารถในการระบายน้ำไว 10% ของปริมาณน้ำที่ได้จากการคำนวณ ส่วนตัวดักน้ำอื่น ๆ จะติดตั้งหลังจากตัวแรกตลอดควายยาวท่อ ในบางกรณีอาจต้องใช้ตัวดักน้ำขนาดใหญ่กว่าปกติเช่น ระบบที่มีการเปิด/ปิดบ่อย ๆ และ ในช่วงเริ่มต้นเดินระบบท่อเย็นจนถึงอุณหภูมิใช้งานปริมาณน้ำสามารถดูได้จากตาราง

ตาราง ปริมาณน้ำคอนเดนเซท(kg) ที่ระยะ 50m schedule40 ช่วง warm-up โดยกำหนดให้อากาศโดยรอบท่อเริ่มต้นที่ 20°C และระบบมีการหุ้มฉนวนมีประสิทธิภาพ 80%

ตัวอย่าง ถ้าระบบอุ่นท่อก่อนใช้งานนาน 20 นาที จะต้องเลือกใช้อุปกรณ์ดักน้ำขนาดใหญ่เป็น 3 เท่าของค่าในตาราง (60/20) โดยปริมาณ Condensate ขณะอุ่นท่อสามารถดูได้จากตาราง อย่างไรก็ตามความดันในท่อขณะเริ่มต้นยังมีค่ามากกว่าบรรยากาศเล็กน้อยประมาณ 0.05 bar นั้นหมายความว่าประสิทธิภาพของ trap จะทำงานได้ลดลงเช่นกัน

      

Steam Trap Types

         การติดตั้ง drain trap จะเลือกจากลักษณะการทำงานได้แก่ float / thermostatic and inverted bucket หรือ thermodynamic traps.

Thermodynamic (TD) Steam Trap

          ลักษณะการทำงานของแทร็ปจะมีแผ่นบาง ๆ ทำหน้าที่เปิดปิด ดังนั้นจึงต้องทำความสะอาดตัวกรองอย่างสม่ำเสมอเพื่อป้องกันแผนปิดเป็นรอยสึกหรอเนื่องจาขณะวาล์วปิดความเร็วของน้ำจะเพิ่มขึ้น

Ball Float Steam Trap

          การทำงานของบอลจะลอยบนน้ำเพื่อเปิดปิดวาล์ว ซึ่งในการทำงานบอลอาจเสียหายเนื่องจากผลของฆ้อนน้ำดังนั้นจึงต้องเลือกใช้วัสดุในการทำบอลให้เหมาะสม การทำงานของ trap ชนิดนี้นับว่ามีประสิทธิภาพมากในขณะที่มีการเปลี่ยนภาระของงาน ในการทำงานมีการติดตั้ง thermostatic เข้าไปในอุปกรณ์เพื่อระบายอากาศออกจากระบบด้วย

Inverted Bucket Steam Trap

          สำหรับการทำงานนานๆ กับท่อขนาดใหญ่ trap ชนิดนี้ได้รับความนิยมเนื่องจากแข็งแรงทนทาน สามารถใช้กับท่อหลักได้

Thermostatic Steam Trap

         ทำงานโดยอาศัยการสมดุลแรงดันเมื่อความร้อนของแคปซูลเพิ่มขึ้นเนื่องจากไอน้ำ trap มีขนาดเล็กสามารถใช้ได้กับภาระน้อย ๆ จนถึงมาก การทำงานวาล์วจะเปิดในตอนเริ่มต้น อากาศและน้ำสามารถระบายออกได้ในช่วงนี้เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นวาล์วจะปิด หลังจากการใช้งานหน้าวาล์วจะเปิดน้ำจะไม่ขัง

      

Air Venting

         ในขณะปิดเครื่องระยะหนึ่งที่อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน หรือ ในระบบท่อจะเกิดช่องว่างสุญญากาศและจะถูกแทนที่ด้ายอากาศหรือแก๊สที่ไม่สามารถอัดตัวได้ ผ่านอุปกรณ์พิเศษ ดังนั้นเมื่อเครื่องกลับมาทำงานอีกครั้งหนึ่งระบบจะต้องมีอุปกรณ์เพื่อระบายอากาศออกจากระบบ โดยส่วนใหญ่นิยมติดตั้ง thermostatic steam traps ที่ปลายของท่อหลักหรือท่อแยกขนาดใหญ่ดังรูป

     

Expansion

         ท่อส่วนใหญ่ทำการติดตั้งที่อุณหภูมิปกติแต่ในการใช้งานจะใช้ที่อุณหภูมิสูงเช่นงานไอน้ำ ทำให้ท่อเกิดการขยายตัวความยาวมากกว่าปกติ ความยาวที่เพิ่มขึ้นสามารถคำนวณได้จากตารางด้านล่าง

         ส่วนใหญ่ท่อไอน้ำและท่อcondensate จะติดตั้งขนานกันไปโดยจะมี trap เชื่อมตลอดความยาวท่อซึ่งอุณหภูมิของท่อ steam มากกว่าทำให้การขยายตัวไม่เท่ากัน ดังนั้นจุดเชื่อมต่อของท่อทั้งสองจะต้องสามารถเคลื่อนสัมพันธ์กับท่อทั้งสองได้ การยึดท่อจะต้องสามารถเคลื่อนที่ได้ขณะขยายตัว ในการติดตั้งระบบท่อบางครั้งอาจจะงอท่อแทนการติดตั้งข้อต่อแบบพิเศษก็ได้

การคำนวณหาระยะขยายของท่อ

Expansion (mm) = L_o x D_t x a /1000

where: L_o = Length of pipe between anchors (m)

           D_t = Temperature difference ^oC

            a = Expansion coefficient

ตาราง Expansion Coefficients

Full Loop

          การดัดท่อแบบ full loop ที่เหมาะสมสำหรับติดตั้งในแนวนอน นอกจากนี้ยังป้องกันการสะสมของ condensate การดัดท่อแบบ full loop จะลดแรงที่เกิดจากการขยายตัวแต่อย่างไรก็ตามเมื่อไอน้ำวิ่งผ่านท่อม้วนอาจทำให้เกิดแรงบางส่วนที่หน้าแปลนได้

Horse Shoe Loop

         การติดตั้งท่อแบบนี้จะไม่มีแรงเกิดขึ้นที่หน้าแปลนแต่ระยะยืดหนจะน้อยกว่าแบบแรก ในการติดตั้งในแนวตั้งให้ติดตั้งที่ด้านบนของท่อหลักป้องกันการสะสมของน้ำอันเป็นสาเหตุให้เกิด water hammer

Loop

          สำหรับการติดตั้งแบบนี้สามารถทำได้งายมากกว่าโดยจะมีลักษณะคลายกับ horse shoe แต่อาศัยข้องอในการเชื่อมต่อแทนโดยขนาดสามารถดูได้จากกราฟด้านล่าง

       

Sliding Joint

        มักมีการนำอุปกรณ์ประเภทนี้มาใช้บ่อย ๆ เนื่องจากมีขนาดเล็กโดยในการติดตั้งฝั่งที่เป็นปลอกจะต้องถูกยึดติดอยู่กับที่ เนื่องจากในขณะใช้งานแรงดันภายในที่กระทำตลอดพื้นที่หน้าตัดของรอยต่อจะทำให้เกิดแรงดันท่อออกจากันก่อให้เกิดการโก่งงอที่ผิดรูปบริเวณรอยต่อทำให้ยางที่กันเสื่อม

Bellows

         การใช้ bellows สำหรับท่อที่มีการขยายตัว ในการติดตั้งนอกจากจะช่วยการขยายตัวตามแนวแกนยังสามารถใช้สำหรับการต่อท่อสำหรับหน้าแปลนที่มีการเยื้องไม่ตรงกันด้วย

Support

          รายละเอียดการติดตั้งขึ้นอยู่กับแต่ละกรณี โดยต้องพิจารณาว่าต้องการให้ท่อขยายออกในด้านใดและด้านไหนสมควรยึดอยู่กับที่ ในภาพเป็นการยึดท่อหรือหน้าแปลนเข้ากับตัวประคองเลย

          วิธีการยึดท่อด้านบนของท่อไอน้ำและ ท่อน้ำcondensate จะต้องมีจุดรองรับที่เหมาะสมด้วย ความถี่ในการติดตั้งตัวยึดจะต้องสามารถรองรับน้ำหนักของท่อทั้งสองได้เพียงพอ โดยขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุของท่อ ทิศทางของการติดตั้ง ในการติดตั้งตัวประคองจะต้องให้ความสำคัญกับการขยายตัวของท่อด้วย ต้องแน่ใจได้ว่าท่อจะไม่งอเมื่อมีการขยายตัวออก โดยส่วนใหญ่จะใช้ล้อสำหรับรองรับท่อ ความถี่ในการติดตั้งส่วนใหญ่ไม่ถึง 6 เมตร

Insulation

      ในการเพิ่มประสิทธิภาพและลดการสูญเสียของระบบท่อจะต้องลดการถ่ายเทความร้อนที่ผิวของท่อ โดยสามารถทำได้ด้วยการติดตั้งฉนวนกันความร้อน ซึ่งในการติดตั้งฉนวนต้องคำนึงถึงจุดคุ้มทุนโดยเปรียบเทียบระหว่างราคาฉนวนต่อพลังงานที่สูญเสียไป โดยพลังงานที่เสียไปสามารถดูได้จากตารางด้านล่าง

Calculation of Heat Transfer

ความร้อนสูญเสียที่สามารถคำนวณได้จากสูตรด้านล่าง

Q = U x A x Dt

โดยที่   Q = Heat transfer rate (W)

          Dt = Temperature difference (K)

           U = Overall heat transfer coefficient (W/m²K)

                 สามารถคำนวณได้ ขึ้นอยู่กับวัสดุที่และความหนาของฉนวน

 

                  โดย  k = Thermal conductivity(W/m.K) จากตาราง

                          x = ความหนาของฉนวน (m)

           A = Mean surface area (m²)

                สามมารถคำนวณจากค่ารัศมีเฉลี่ย(r_m)

                โดย รัศมีในเป็น (r₁) และรัศมีนอกเป็น (r₂).