Condensate Management

CONDENSATE RETURN LINES

Drain lines to traps

ขนาดท่อ Drain Lines to Traps โดยปกติจะใช้ปริมาณคอนเดนเซทในช่วงเริ่มเดินเครื่องในการวิเคราะห์ เนื่องจากเป็นช่วงที่มีปริมาณคอนเดนเซทมากที่สุด โดยขนาดที่เลือกอาจเล็กหรือใหญ่กว่าท่อด้านออกของอุปกรณ์ก็ได้โดยส่วนใหญ่จะให้มีขนาดเท่ากับแทร็ป หรืออาจได้จากการเปิดตาราง Flow of water in heavy steel pipes โดยกำหนดให้ท่อที่มีความยาวไม่เกิน 10 เมตรมีค่าแรงต้านทานได้สูงสุดไม่เกิน 200 Pa/m หรือความเร็วน้ำไม่เกิน 1.5 m/s สำหรับท่อที่มีความยาวมากกว่า 10 เมตร ค่าแรงต้านทานสูงสุดต้องไม่เกิน 100 Pa/m หรือความเร็วไม่เกิน 1 m/s

ตาราง Flow of water in heavy steel pipes

Rap discharge lines

เมื่อน้ำ Condensate ผ่านตัวดักน้ำน้ำบางส่วนจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำเนื่องจากความดันที่ลดลงทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนน้ำเป็นไอ ปริมาณไอน้ำที่เกิดขึ้นสามารถดูได้จากตารางด้านล่าง ‘Quantity of Flash Steam’

ในการคำนวณหาขนาดของท่อระบายจะใช้เฉพาะอัตราการไหลของไอน้ำ เนื่องจากปริมาตรของไอน้ำที่เกิดขึ้นหลังการระบายมีมากถึง 400 เท่าเมื่อเทียบกับปริมาตรของน้ำ และเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการกระแทกของน้ำในท่อ (Water hammer) เนื่องจากท่อมีน้ำบางส่วน จึงต้องลดความเร็วของไอน้ำลงไม่ให้เกินกว่า 15 m/s สำหรับขนาดท่อสามารถดูได้จากตารางด้านล่างนี้

ตาราง แสดงอัตราการไหลของไอน้ำในท่อ (kg/hr)

สำหรับค่าที่ได้ในตารางอาจไม่เหมาะสมกับการใช้งานจริงบางสถานการณ์ได้แก่

1. ถ้าในระบบมีการควบคุมอุณหภูมิ ซึ่งส่งผลให้วาล์วควบคุมลดความดันของไอน้ำ เมื่อความดันในระบบลดลงปริมาณการเกิดไอ้น้ำจากน้ำ Condensate จะลดลงด้วย

2. ตัวดักน้ำแบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermostatic Steam Traps) ในการทำงานของตัวดักน้ำประเภทนี้จะถูกออกแบบให้ทำงานเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดอิ่มตัว (Saturation) ทำให้น้ำมีอุณหภูมิลดลง ประมาณ 10 ถึง 50ºC. ดังแสดงในตัวอย่างSaturation

temperature at 7 bar g = 170.5 ºC
Saturation temperature - 13 ºC = 157.5 ºC
ความดันที่อุณหภูมิ 157.5 ºC เท่ากับ 5 bar g
จากความดันที่ลดลงส่งผลให้ขนาดท่อลดลงด้วยเนื่องจากการเกิดไอแฟล็ตลดน้อยลง

3. ขณะเริ่มเดินเครื่อง ในบางโรงงานปริมาณการใช้ไอ้น้ำในแต่ละชั่วโมงอาจไม่เท่ากันซึ่งต้องนำมาทำการวิเคราะห์ให้ละเอียด ตัวอย่างเช่นในโรงงานซักผ้าตอนเช้าจะใช้ไอน้ำสำหรับทำน้ำร้อนเพื่อใช้ซักผ้าส่วนตอนบ่ายจะใช้ไอน้ำสำหรับรีดผ้า

4. การต่อเข้ากับ ถังเก็บไอ(flash vessels) และ ถังเก็บน้ำ(deaerators) สำหรับการต่อเข้าถังดังกล่าวทำให้ความดันในท่อเพิ่มขึ้น

โดยปกติ Pressure Downsteam จะเท่ากับ Back Pressure on trap ซึ่งแรงดันย้อนกลับดังกล่าวก่อให้เกิดประโยชน์ได้เช่น

1. ป้องกันการไหลย้อนกลับที่ปลายท่อระบายขณะปล่อยสู่บรรยากาศหรือถังเก็บไอ
2. สามารถนำมาใช้ในการส่งน้ำ condensate เข้าสู่ท่อระบายหลักในกรณีที่ท่อระบายอยู่สูงกว่าตัวดักน้ำโดยที่ระยะต่างกัน 1 m จะต้องมีความดัน 0.1 bar
3. เอาชนะแรงเสียดทานในท่อสำหรับการส่งน้ำหรือไอน้ำผ่านท่อ

รูปแบบการติดตั้งอุปกรณ์ดักน้ำ

สำหรับการปล่อยน้ำ Condensate เข้าสู่ท่อระบายหลักที่ดีคือพยายามให้ท่อระบายด้านหลังต่อใกล้กับท่อหลัก Flood line มากที่สุดดังรูปภาพตัวอย่าง

ถ้าไม่สามารถต่อให้ใกล้ได้ให้เลือกใช้ตัวดักน้ำแบบควบคุมอุณหภูมิ (Thermostatic trap) การทำให้น้ำ condensate ภายในระบบเย็นลงก่อนปล่อยสู่ท่อระบาย สามารถทำได้โดยทำช่องพักหรือต่อท่อให้ยาวประมาณ 2-3 เมตรเพื่อระบายความร้อนจนสามารถผ่านอุปกรณ์ตัวดักน้ำได้

อีกทางเลือกที่สามารถใช้ได้ง่ายและสามารถลดปัญหาในท่อระบายหลักได้คือ การลดแรงดันไอน้ำในท่อระบายโดยการระบายไอน้ำออกให้เหลือเฉพาะน้ำ และ ทำการปั๊มน้ำดังกล่าวเข้าสู่ท่อระบายหลักต่อไป

ตัวอย่าง การหาขนาดของท่อ

จากรูปที่ความดันของน้ำ Condensate เท่ากับ 4 bar g เมื่อปล่อยผ่านตัวดักน้ำเหลือความดัน 0 bar ปริมาณน้ำจะเปลี่ยนเป็นไอประมาณ 10 % (จากตาราง) ถ้าปริมาณน้ำระบายเท่ากับ 1000 kg/h หมายความว่าทุก ๆ 1 kg ของน้ำ condensate จะกลายเป็น ไอน้ำ 0.1 kg และน้ำ 0.9 kg

เมื่อพิจารณาจากกราฟที่คอนเดนเซทแรงดัน 4 bar จะกลายเป็นไอ 10% ที่แรงดัน 0 ดังนั้นปริมาณไอน้ำเท่ากับ

อัตราการไหลของไอน้ำเท่ากับ = 0.1 x 1000 kg/h = 100 kg/h

จากตารางสามารถหาขนาดท่อที่ความดันเท่ากับ 0 bar g เท่ากับ = 65 mm

Common Return Lines

เมื่อน้ำ Condensate ที่อุณหภูมิอิ่มตัวระบายเข้าท่อส่งจะเกิดไอน้ำที่อุณหภูมิเท่ากันโดยมีความดันเท่ากับภายในท่อระบายหลัก ไอน้ำที่ปล่อยในปริมาตรมากโดยมีน้ำอยู่ด้วยจะทำให้เกิดฟองตลอดแนวท่อระบาย ซึ่งฟองดังกล่าวจะแตกออกอย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับบริเวณที่เย็นกว่าเช่นผนังท่อหรือน้ำ condensate ที่อยู่ภายในทำให้เกิดแรงกระแทก (Water hammer) โดยแรงดังกล่าวจะก่อให้เกิดปัญหาในท่อระบายหลัก (Flood line) จึงจำเป็นต้องคำนวณหาขนาดท่อจากจำนวนอุปกรณ์ตัวดักน้ำ สำหรับสิ่งที่ต้องสนใจเป็นพิเศษคือการหลีกเลี่ยงการกัดเซาะอันเป็นสาเหตุจากการเคลื่อนที่ของไอน้ำและน้ำในท่อระบาย

สำหรับคำถามที่ถูกถามบ่อย ๆ เกี่ยวกับการต่อตัวดักน้ำที่ความดันใช้งานต่าง ๆ กันเข้ากับท่อเส้นเดียวกันจะส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ตัวดักน้ำหรือเปล่า ซึ่งในกรณีนี้ให้มองข้ามอุปกรณ์ที่ความดันสูงและต่ำออกก่อนและพิจารณาเฉพาะซีท (Seat) บนวาล์วของตัวดักน้ำแต่ละตัวว่ามีผลของความดันย้อนกลับหรือไม่ ซึ่งถ้าขนาดของท่อเล็กกว่าอัตราการไหลของไอน้ำจะทำให้แรงดันในท่อระบายเพิ่มขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่าความดันย้อนกลับจะไม่ส่งผลต่อการทำงานของอุปกรณ์ดักน้ำที่มีความดันต่ำให้ติดวาล์วกันกลับเข้าไปด้วย ขนาดของท่อระบายในแต่ละช่วงต้องสามารถบรรจุไอน้ำได้โดยความเร็วของไอต้องไม่มากกว่าที่กำหนด เมื่อขนาดท่อระบายเหมาะสมแล้วอุปกรณ์ตัวแยกน้ำที่ความดันน้อยสุดจะไม่เกิดปัญหาเรื่องความดันย้อนกลับอีก

ตัวอย่าง การคำนวนหาท่อคอนเดนเซทในการณีท่อร่วม

หาขนาดที่ตำแหน่ง 1

จากกราฟที่คอนเดนเซท 3 barg เมื่อผ่านแทร็ปแรงดัน 1.5 barg น้ำจะระเหยเป็นไอเท่ากับ 3% หรือ

Full Load 750 kg/h กลายเป็นไอเท่ากับ 750 x 0.03 = 22.5 kg/h

Full Load 375 kg/h กลายเป็นไอเท่ากับ 375 x 0.03 = 11.25 kg/h

จากตารางแสดงอัตราการไหลของไอน้ำในท่อ ที่ความเร็วไม่เกิน 15 m/s จะได้ขนาดท่อดังนี้

ที่ตำแหน่ง 1 และ 2 เท่ากับ 20 mm

ที่ตำแหน่ง 3 เท่ากับ 15 mm

การหาตำแหน่งท่อร่วม

ที่ตำแหน่ง 1 + 2 เท่ากับ = 28.28 หรือท่อขนาด 25 mm

ที่ตำแหน่ง 1+2+3 เท่ากับ = 32 หรือท่อขนาด 32 mm