ไอน้ำที่แยกออกมาจากน้ำ Condensate สามารถที่จะนำกลับมาใช้ใหม่หรือปล่อยออกสู่บรรยากาศ หลังจากแยกไอน้ำแล้วน้ำร้อนจะถูกส่งกลับเข้าหม้อต้มหรือถังพักโดยจะต้องอาศัยปั๊มน้ำ
การหาขนาดปั๊มและท่อคอนเด็นเซทจะต้องเลือกขนาดตามปริมาณน้ำร้อนที่ไม่มีไอน้ำโดยพิจารณาจากอัตราการไหลของน้ำร้อน
โดยปกติท่อระบายที่มีความยาวไม่เกิน 100 เมตร จะใช้ท่อขนาดเท่ากับทางออกของปั๊ม เนื่องจากแรงเสียดทานในท่อที่เพิ่มจะน้อยมากเมื่อเทียบกับแรงดันย้อนกลับจากความสูงของท่อ(แรงดันย้อนกลับจากน้ำ Condensate) แต่ในกรณีที่ท่อมีความยาวมากกว่าจะกำหนดขนาดท่อให้ใหญ่กว่าเพื่อลดแรงเสียดทานภายในท่อโดยสามารถหาขนาดท่อได้จากการคำนวณ
ในกรณีที่อัตราการไหลของน้ำใกล้เคียงกับปริสิทธิภาพของปั๊มจะต้องทำการคำนวณหาแรงเสียดทานของท่อเพื่อให้แน่ใจว่าไม่เกินกว่าปริสิทธิภาพของปั๊มจะทำงานได้เช่นเดียวกัน
ชนิดของปั๊ม
1 ปั๊มน้ำไฟฟ้าแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง
ปั๊มจะต้องเลือกให้พอดีกับปริมาณน้ำที่จะส่งกลับเข้ากระบวนการ อย่างไรก็ตามน้ำร้อนที่อุณหภูมิควบแน่น(Saturation) อาจทำให้เกิดปัญหาฟองอากาศซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดการกระแทกของน้ำ water hammer ดังนั้นปั๊มน้ำที่เลือกใช้จะต้องออกแบบมาสำหรับใช้กับน้ำร้อน โดยสามารถดูได้จากกราฟ CRU (Condensate Recovery Unit) ของแต่ละยี่ห้อโดยในกราฟจะบอกช่วงของการใช้งานของปั๊มน้ำรุ่นนั้น ๆ ซึ่งจะต้องคำนึงถึง ช่วงเริ่มต้นเดินเครื่องและต้องมีค่าเผื่อปริมาณน้ำมากกว่าปกติ โดยปกติสำหรับปั๊มเดียวจะเผื่อที่ 1.5 เท่า แต่ถ้าเป็นปั๊มคู่จะเผื่อที่ 1.1 เท่า
2 ปั๊มน้ำทางกล
สำหรับปั๊มน้ำ Condensate ซึ่งประกอบด้วยวาล์วลูกลอยโดยมีกลไกในการเปิดปิดวาล์วสองอันได้แก่วาล์วระบายอากาศออกและวาล์วอัดอากาศเข้า (โดยปกติใช้ไอน้ำเป็นตัวอัด) เมื่อความดันไอน้ำในปั๊มสูงขึ้นจะดันน้ำผ่านวาล์วกันกลับ เมื่อระดับน้ำต่ำลงกลไกจะปิดวาล์วไอน้ำและเปิดรูระบายอากาศ น้ำก็จะไหลเข้ามาในปั๊มได้อีกครั้ง ปั๊มน้ำประเภทนี้จะไม่ก่อให้เกิดปัญหาโพรงอากาศในน้ำ (cavitations) ในขณะที่ปั๊มกำลังส่งน้ำจะต้องมีถังสำหรับพักน้ำ condensate
ข้อดีสำหรับปั๊มชนิดนี้คือ
- สามารถใช้กับน้ำ condensate ที่ความดันต่ำกว่าสุญญากาศได้
- การดูแล้รักษาน้อย
- เหมาะในพื้นที่อันตราย ไม่มีไฟฟ้าในการควบคุม
คำอธิบายศัพท์เทคนิคที่เกี่ยวข้อง
1 Vapour Pressure
สำหรับปั๊มหมายถึงความดันที่แปรผันกับอุณหภูมิ ขณะทีของเหลวกลายเป็นไอตัวอย่างเช่น
ที่ 1 bar abs หรือ 0 bar g น้ำจะเดือดกลายเป็นไอที่ 100 ๐c
ที่ 7 bar g น้ำจะเดือดกลายเป็นไอที่ 170.5 ๐c
สำหรับความดันไอจะมีความสำคัญมากในการวิเคราะห์หาปั๊มน้ำ Condensate สำหรับปั๊มน้ำแบบหนีศูนย์เนื่องจากเมื่อน้ำ condensate เคลื่อนที่ผ่านใบพัดเกิดความเร่งทำให้ความดันตก ซึ่งก่อให้เกิดการเดือดของน้ำ condensate ภายในปั๊ม ฟองจากการเดือดของน้ำในปั๊ม ทำให้แรงดันเพิ่มขึ้นและตกค้างอยู่ในใบพัด แรงดันในตัวปั๊มจะเพิ่มจนสูงกว่าแรงดันไอน้ำจนเกิดการระเบิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แรงดันดังกล่าวจะถ่ายเทผ่านน้ำซึ่งก่อให้เกิดแรงกระแทกที่ผิวของปั๊ม ในระยะสั้นจะเกิดเสียงดัง คำแนะนำสำหรับปั๊มแบบไฟฟ้าไม่ควรใช้ปั๊มน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 98 ๐c
2 Pressure Head
ระดับพลังงานของของไหล ณ จุดต่าง ๆ จากรูปตัวอย่างปั๊มน้ำสามารถส่งน้ำที่ Pressure head 3 bar g และ Pressure head 0.1 bar g สำหรับเติมน้ำเข้าปั๊ม
3 Static Head
ความสูงของของเหลวในแนวดิ่งเทียบกับจุดอ้างอิงจากภาพตัวอย่าง ปั๊มน้ำมี Static Head ของน้ำเข้าระบบเท่ากับ 1 เมตร (static suction head) และ Static Head ด้านออกเท่ากับ 30 เมตร (static delivery head)
สำหรับความสูงระหว่างก้นถังน้ำ (Feed tank) ถึงระดับท่อทางเข้าปั๊มเรียกว่า flooded suction
สำหรับปั๊มไฟฟ้าถ้าถังน้ำอยู่ต่ำกว่าปั๊มเรียกว่า Suction lift ในกรณีนี้ความดันในท่อจะต่ำอาจก่อให้เกิดสุญญากาศในท่อได้ซึ่งถ้าระยะดังกล่าวมากอาจทำให้ปั๊มไม่สามารถดูดน้ำได้
4 Friction Pressure Loss (Friction Head)
แรงดันที่หายไปจากแรงเสียดทาน (hf) ภายในท่อสามารถดูได้จากตารางด้านล่าง ในการใช้งานจริงต้องรวมแรงเสียดทานจากข้อต่อด้วย โดยข้อต่อต่าง ๆ จะถูกเทียบเป็นท่อตรงซึ่งสามารถนำเอาไปรวมกับท่อตรงและคำนวณแรงเสียดทานทั้งหมดได้เลย (Total Equivalent Length) อย่างไรก็ตามโดยปกติเป็นการยากที่จะรู้จำนวนข้อต่อทั้งหมดดังนั้นในการคำนวณจะบวกค่าเผื่อเท่ากับ 10 %
Total Equivalent Length (le) = Actual Length + 10%
แรงดันที่หายไปเกิดจากแรงเสียดทานซึ่งจะแปรผันตรงกับความเร็วกำลังสอง โดยในตารางแสดงความดันลดโดยพิจารณาจากอัตราการไหลได้ดังนี้
ในกรณีท่อมีความยาวมากกว่า 100 เมตร ขณะที่ปั๊มเริ่มทำงานอิทธิพลแรงเฉื่อยของน้ำที่ค้างอยู่ในท่อจะช่วยลดอัตราเร่งของน้ำที่ไหลในท่อส่งผลให้แรงกระแทกของน้ำ Water hammers ลดลง สำหรับการคำนวณแรงเสียดทานสามารถลดลงได้ถึง 50 %
ตาราง แสดงแรงเสียดทานสำหรับท่อและอัตราการไหลต่าง ๆ
การคำนวนหาขนาดของปั๊ม
ตัวอย่างปั๊มไฟฟ้า
กำหนดให้
| Temperature of condensate = 94 oC | ||
| Condensate to be handled = 1,000 kg/h | ||
| Static lift require = 30 m | ||
| Length of pipe work = 150 m | ||
| Sizing Chart จากกราฟ CRU ได้รุ่น CRU1 | ||
 |
จากกราฟการหาปั๊มน้ำไฟฟ้าตามตัวอย่างจะได้รุ่น CRU 1 ซึ่งปั๊มน้ำมีอัตราการไหลที่ 2000 kg/h และมีค่าเผื่อ 1.5 เท่า ดังนั้นปั๊มน้ำสามารถรับน้ำได้ทั้งหมด
1.5 x 2000 kg/h = 3000 kg/h
ความยาวท่อในกระบวนการผลิตในการออกแบบต้องเผื่อไว้ 10 %
Equivalent length of pipe work = 150 x 10% = 165 m
พิจารณาตารางแรงดันตกในท่อ จากตารางแรงดันตกที่อัตราการไหล 3000 kg/h สมควรเลือกใช้ท่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 mm โดยมีความดันตกประมาณ 1.32 mbar/m จากตารางสามารถคำนวณหาแรงดันตกในระบบได้เป็น
Head loss to friction (hf) = 1.32 x 165 = 217.8 mbar = 2.17 m
ดังนั้นในการเลือกปั๊มน้ำควรเลือกปั๊มที่สามารถสร้างแรงดันได้ดังนี้
Total head = static lift 30 m + head loss to friction 2.17 = 32.17 m
หลังจากได้ค่า Total head แล้วให้กลับไปดูตาราง CRU อีกครั้งหนึ่งเพื่อดูว่าที่ความสูงดังกล่าวอัตราการไหลเพียงพอต่อความต้องการหรือไม่ ถ้าอัตราการไหลไม่พอให้เลือกท่อที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหรือเลือกปั๊มรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพมากกว่านี้ นอกจากนี้ยังต้องทำการตรวจสอบความเร็วของน้ำที่อยู่ในท่อระบายด้วยโดยความเร็วต้องไม่เกินกว่าค่าที่กำหนดไว้
ตัวอย่างปั๊มทางกล
กำหนดให้
| Condensate load | = | 1800 kg/h |
| Motive steam pressure available for operating pump | = | 6.9 bar g |
| Vertical lift from pump to the return piping (h) | = | 10 m |
| Pressure in the return piping(not including lift) | = | 0.7 bar g |
| Filling head on the pump available | = | 0.6 m |
| Length of discharge pipe work | = | 150 m |
- คำนวณหา Back pressure ของน้ำ condensate เพื่อหาขนาดของปั๊ม
= (10 m lift 0.1 bar/meter) + 0.7 bar g return pressure = 1.7 bar g
- จากตารางด้านล่างประสิทธิภาพของปั๊ม(ขึ้นอยู่กับผู้ผลิต) ที่แรงดันใช้งาน 6.9 bar g และ แรงดันตกที่ 2.8 bar g (back pressure), สามารถเลือกท่อขนาด 1.1/2 นิ้วโดยมีอัตราการไหลที1905 kg/h
- จากตาราง คำนวณหาอัตราการไหลจากอิทธิพลของ Filling head ที่ระยะ 0.6 m และ ท่อขนาด 1.1/2 มีค่าเท่ากับ 1.2 ดังนั้นอัตราการไหลหลังปรับปรุงเท่ากับ
Actual capacity 1905 kg/h x 1.2 = 2286 kg/h
- จากการคำนวณค่าที่ได้ไม่น้อยกว่าอัตราการไหลจริง จึ่งเลือกใช้ปั๊มขนาด 1.1/2”
หมายเหตุ ในกรณีที่ใช้ Gases แทน Steam ในการทำงานของปั๊มจะต้องคูณตัวปรับค่าด้วย
การคำนวณหาขนาดของท่อ
ในการเลือกขนาดของท่อคอนเด็นเซทหลังปั๊มเนื่องจากไอน้ำถูกระบายออกก่อนเข้าสู่ปั๊มดังนั้นในการคำนวณหาขนาดท่อจะคิดเฉพาะน้ำที่อยู่ในท่อ โดยความเร็วของน้ำในท่อจะต้องไม่มากกว่ามาตรฐานที่กำหนดเนื่องจากอาจก่อให้เกิด waterhammer เสียง และการกัดเซาะ
| Pipe diameter, mm | 15 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 65 | 80 | 100 |
| Velocity, m/s | 0.62 | 0.8 | 1.0 | 1.23 | 1.27 | 1.5 | 1.8 | 1.84 | 2.4 |
Condensate Velocity (m/s) = Mass flow rate (kg/h) x 0.001 m3/kg
Pipe bore2 (mm2) x 0.002828
ตัวอย่าง
รายละเอียดการใช้งาน
- อัตราการไหลของน้ำ condensate 1800 kg/h
- ความยาวท่อระบายรวม 300 m
- ความสูงถังเก็บน้ำ lift of 10 m
- แรงดันไอน้ำที่ให้แก่ปั๊ม 6.9 bar
- แรงดันย้อนกลับ back pressure 0.7 bar
จากข้อมูลด้านบนสามารถเลือกปั๊มขนาด 1.1/2 (ตัวอย่างการหาขนาดปั๊มทางกล) โดยที่ความดันใช้งาน 6.9 bar และอัตราการไหล 1800 kg/h ค่าแรงดันย้อนกลับเท่ากับ
Total Lift = 
ปั๊มน้ำสามารถยกน้ำได้สูงสุดที่ 33 m
ความยาวของท่อในระบบ = 300 + 10% = 330 m (ชดเชยแรงต้านทาน 10%)
ที่ความสูงของถังเก็บน้ำ 10 m ต้องใช้แรงดันยกเท่ากับ 1.0 bar.
| Head available, ha | = 33 m | = 3.3 bar |
| Back pressure + lift, hs | = 0.7 + 1.0 | = 1.7 bar |
| Head loss available for friction, hf | = 3.3 - 1.7 | = 1.6 bar |
| But, because of the long delivery line, we can only use ½ of this | = 1.6 ´ 0.5 | = 0.8 bar |
| Therefore, maximum allowable pressure drop per metre | = 0.8 bar/330 m | = 2.42 mbar/m |
จากอัตราการไหลที่ใช้งานเท่ากับ 1800 kg/h ที่แรงต้านทานเท่ากับ 2.42 mbar/m สามารถหาขนาดท่อระบายจากตารางได้เท่ากับ 32 mm โดยที่แรงต้านลดลงเหลือเท่ากับ 1.2 mbar/m ความเร็วประมาณ 0.5 m/s โดยความเร็วดังกล่าวไม่เกินมาตรฐานดังนั้นจึ่งสามารถเลือกใช้ท่อขนาด 32 mm ได้
ลักษณะการเดินท่องานใช้งาน
สำหรับท่อยาวมาก ๆ หลังจากปั๊มทำงานครบรอบจะเหลือน้ำบางส่วนตกค้างในท่อ โดยน้ำในแนวดิ่งที่ค้างอยู่ในท่อจะก่อให้เกิดความดันย้อนกลับ Black pressure กับน้ำภายในท่อ เมื่อปั๊มน้ำเริ่มทำงานอีกครั้งแรงดันย้อนกลับและแรงเฉื่อยจะทำให้เกิดการกระแทกของน้ำ water hammer ที่วาล์วกันกลับเนื่องจากแรงดันในปั๊มยังไม่สามารถเอาชนะแรงดันในท่อระบายได้เมื่อสะสมแรงดันจนมากพอจึงเกิดการกระแทกออกมา ทำให้เกิดเสียงดัง และเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ แนวทางในการแก้ไขคือการติด วาล์วกันกลับเพิ่มขึ้นอีกเพื่อลดอิทธิพลของแรงดันย้อนกลับภายในท่อลง
สำหรับอีกทางเลือกที่ดีกว่าก็คือการติดตั้งท่อในแนวตั้งใกล้กับปั๊มและด้านบนให้ติดตังเอียงไปจนถึงท่อปลายทาง โดยการเอียงท่อให้เอียงจนกว่าจะชนะแรงเสียดทานภายในเพื่อให้น้ำในแนวนอนไหลออกได้หมด ดังนั้นอิทธิพลของแรงเฉื่อยและความดันย้อนกลับจะมีเฉพาะท่อในแนวตั้งเท่านั้น สำหรับท่อด้านบนให้ติดตั้งวาล์วสุญญากาศ Vacuum breaker ที่ด้านสูงสุดของท่อ เพื่อให้อากาศสามารถเข้ามาแทนที่น้ำที่อยู่ในท่อแนวนอนได้ ในขณะที่ปั๊มทำงานอีกครั้งน้ำจะไหลในท่อแนวนอนเพื่อไล่อากาศออกจากท่อจึ่งต้องติดตั้งอุปกรณ์ไล่อากาศ Automatic air vent ที่ปลายท่อด้านล่างดังรูป
อีกทางเลือกหนึ่งก็คือการติดตั้ง Break tank โดยติดตั้งให้อยู่ใกล้กับปั๊มน้ำ เมื่อปั๊มทำงานน้ำจะถูกนำมาเก็บไว้ที่ Break tank ก่อนเนื่องจากแรงต้านน้อยกว่าหลังจากปั๊มหยุดทำงานน้ำที่อยู่ในนี้จะไหลออกเข้าสู่ Feed tank อีกครั้งหนึ่ง โดยอาศัยแรงจากระดับความดันที่แตกต่าง
 | |||
 |
