Đường ống được bọc các nhiệt sơ bộ được dùng để vận chuyển hơi từ hệ thống phân phối tới phần tử gia nhiệt đầu tiên trong mạch.. Thông thường, các ống kim loại mềm được sử dụng để cho ph
Trang 1HỆ THỐNG GIA NHIỆT BẰNG HƠI
Tổng quan về hệ thống hơi:
Sơ đồ tổng quan về hệ thống
Hệ thống gia nhiệt bằng hơi bao gồm các thành phần chính sau:
Lò hơi: Lò hơi sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước, chuyển hóa nước thành hơi ở
một áp suất nhất định Áp suất của lò hơi dùng để điều chỉnh nhiệt độ hơi và đẩy hơi qua hệ thống áo gia nhiệt
Trang 2 Ống góp hơi: Hơi ở trong lò hơi được tập trung tại ống góp hơi Ống góp hơi được
xem như một bể chứa hơi, cung cấp hơi đi những mạch gia nhiệt riêng Ống góp hơi phải đủ lớn để giảm thiểu sự sụt áp suất giữa lò hơi và bộ phân phối hơi
Bộ phân phối hơi: Đường ống có đường kính nhỏ hơn nối giữa ống góp hơi và bộ
phân phối hơi Từ bộ phân phối cung cấp hơi đi các nhánh Thông thường, bộ phân phối hơi có từ 4 – 16 nhánh, mỗi nhánh đều có một van cách ly Một bẫy hơi được đặt tại đáy của bộ phân phối để xả nước ngưng
Mạch gia nhiệt: Một mạch gia nhiệt được tạo nên bởi một nhóm các phần tử gia
nhiệt (jacketed pipe, bolt-on jacketing, tube tracing) được mắc nối tiếp với nhau Đường ống được bọc các nhiệt sơ bộ được dùng để vận chuyển hơi từ hệ thống phân phối tới phần tử gia nhiệt đầu tiên trong mạch Thông thường, các ống kim loại mềm được sử dụng để cho phép dòng hơi từ một phần từ gia nhiệt đi tới phần
tử gia nhiệt tiếp theo trong cùng một mạch Đường ống được bọc các nhiệt sơ bộ cũng được sử dụng để vận chuyển hơi và nước ngưng từ phần tử gia nhiệt cuối cùng từ trong mạch tới bẫy hơi Chiều dài của các mạch gia nhiệt phải được phân tích và thiết kế kỹ lưỡng, đảm bảo hơi có áp lực cao, tươi, sạch được cung cấp tới các phần tử trong hệ thống gia nhiệt trước khi áp lực hơi bị suy giảm
Bẫy hơi: Nhiệm vụ của bẫy hơi là duy trì áp lực hơi trong mạch và loại trừ nước
ngưng ra khỏi hệ thống Một bẫy hơi vận hành tốt có quyết định tới hoạt động của
hệ thống gia nhiệt Mỗi mạch hay mỗi nhánh chỉ bao gồm một bẫy hơi Bẫy hơi thường đứng sau bộ lọc và được đặt giữa hai van cách ly
Bộ thu hồi nước ngưng: tương tự như bộ phân phối hơi
Ống gom nước ngưng: Nước ngưng từ manifold chảy vào ống gom nước ngưng
Phần nước ngưng này nước được cấp lại cho lò hơi và tiếp tục chuyển hóa thành hơi Đây là hệ thống quan trọng góp phần tiết kiệm năng lượng cho toàn bộ hệ thống lò hơi, mạng nhiệt do nước ngưng thu hồi về là nước sạch không cần xử lý
và nó vẫn còn tồn trữ một lượng nhiệt tương đối lớn
Một hệ thống gia nhiệt tốt sẽ đảm bảo được hiệu quả truyền nhiệt và tiết kiệm chi phí bảo trì Và việc lựa chọn hệ thống gia nhiệt phù hợp sẽ cho hiệu suất tối ưu, chi phí bảo trì thấp và giảm thiểu hư hỏng của các bẫy hơi
Trang 3CSI ControTrace®
Giải pháp gia nhiệt bằng hơi cho đường ống, bồn, két chứa Controls Southest, Incorporated (CSI) là nhà sản xuất hàng đầu về các giải pháp
gia nhiệt bằng hơi được thiết kế theo sự đặt hàng riêng Có trụ sở chính và nhà máy tại
Chalotte, Noth Carolina, Hoa Kỳ, với doanh số hàng năm xấp xỉ 50 triệu USD
CSI cung cấp các hệ thống gia nhiệt bằng hơi (ControTrace, ControHeat có đăng kí
độc quyền sản xuất) cho đường ống, bồn chứa, van và các thiết bị đo trong công nghiệp cũng như các đường ống có hai lớp và các sản phẩm được chế tạo đặc trưng cho từng dự
án riêng biệt Các sản phẩm của CSI được dùng để gia nhiệt chất lỏng, nhiên liệu và khí
đốt với dải nhiệt độ rộng trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất, hóa dầu, nhựa dẻo và dược phẩm,…
Kể từ những năm 1980, các phần tử gia nhiệt ControTrace đã có những lợi ích kinh tế đáng kể so với hệ thống gia nhiệt bằng hơi kiểu hai lớp nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả truyền nhiệt ControTrace có độ bền và độ tin cậy tốt hơn, loại trừ khả năng xâm thực Do
đó, ControTrace đã phát triển và trở thành giải pháp gia nhiệt được ưa chuộng cho rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp Ngày nay, xấp xỉ 1000 km phần tử gia nhiệt
ControTrace đang phục vụ trong các nhà máy, xí nghiệp và các nhà máy lọc hóa dầu
Phần tử gia nhiệt ControTrace là một đường ống có dạng hình chữ nhật có chiều ngang 2 inch và chiều rộng 1 inch theo tiêu chuẩn SA-178 Grade A boiler tubes của ASTM
International – (một trong các tổ chức đặt ra các tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất trên thế giới) Một mặt 2 inch của ControTrace được thiết kế có đường bao hình cong để ăn khớp với đường ống cũng như bồn, két chứa cần gia nhiệt Với độ dày tiêu chuẩn là 1/8 inch, ControTrace có độ chắc chắn đảm bảo và khả năng chịu được áp suất cao Mỗi phần tử được thiết kế với độ dài riêng Đầu đầu và đầu cuối của thiết bị được làm kín và có đầu vào, đầu ra để cho phép hơi vào ra Khi cần gia nhiệt cho đối tượng lớn, các phần tử gia nhiệt của ControTrace được chế tạo thành khung để giảm thiểu số lượng đầu vào, đầu ra ControTrace được siết chặt vào đường ống hay bồn chứa bằng dây đai cường độ cao Trước khi siết chặt, một lớp mỏng xi măng truyền nhiệt được phết vào bề mặt của
ControTrace, phần tiếp xúc với đường ống hay bồn chứa
Trang 4
Trong suốt hoạt động của hệ thống, vật mang nhiệt (thường là hơi hoặc dầu nóng) chảy qua ControTrace và nhiệt lượng được truyền qua xi măng truyền nhiệt vào thành ống, bồn hay két chứa Các phần tử ControTrace được thiết kế để duy trì nhiệt độ, giữ cho chất lỏng chảy trong đường ống và ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi CSI sử dụng phần mềm phần
tử hữu hạn để tính toán chính xác số lượng và vị trí của phần tử gia nhiệt để duy trì nhiệt
độ thành ống bên trên nhiệt độ cần sấy tại mọi điểm của đường ống
Các phần tử ControTrace được kiểm tra áp lực qua phần VIII, Quy phạm về lò hơi và thiết bị cao áp – Tiêu chuẩn ASME, Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ Áp suất định mức cho ControTrace là 10.5 kg/cm2 ở 400oF, nhưng áp suất cao hơn vẫn khả dụng khi cần
Lý thuyết về sự truyền nhiệt:
Nhiệt độ liên quan mật thiết đến sự chuyển động phân tử của một vật, các phân tử chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao Nếu hai vật có nhiệt độ khác nhau đặt cạnh nhau thì vật có nhiệt độ cao hơn sẽ truyền nhiệt năng sang vật có nhiệt độ thấp hơn cho tới khi chúng có nhiệt độ bằng nhau Sự trao đổi nhiệt năng này được gọi là sự truyền nhiệt Nhiệt lượng được truyền đi giữa hai vật khi có sự chênh lệch nhiệt độ được xác định theo công thức sau:
q = U × A × ∆T Trong đó,
q – lượng nhiệt được truyền đi giữa hai vật
U – hệ số truyền nhiệt
A – diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai vật
∆T – nhiệt độ chênh lệch giữa hai vật
U - được xem như là hệ số truyền nhiệt, tỷ lệ nghịch với nhiệt trở Một hệ thống có nhiệt trở thấp, tức là truyền nhiệt dễ dàng sẽ có trị số U cao Và một hệ thống có nhiệt trở cao sẽ có trị số U thấp Jacketed pipe – đường ống có hai lớp sẽ có nhiệt trở thấp nhất (giá trị U lớn nhất), tube tracing – hệ thống gia nhiệt bằng một đường ống nhỏ sẽ có nhiệt trở cao nhất Xi măng truyền nhiệt thường được sử dụng với hệ thống bolt-on jacketing
và tube tracing để loại trừ khe hở không khí – cái làm giảm diện tích tiếp xúc giữa phần
tử gia nhiệt và đường ống Một lớp xi măng truyền nhiệt mỏng (1/16 1/8 inch) có hiệu
Trang 5quả truyền nhiệt rất tốt với khả năng truyền nhiệt gấp 20 lần không khí Tuy nhiên, xi măng này không truyền nhiệt tốt như thép các bon (gấp 100 lần), vì vậy một lớp dày hơn
sẽ không có tác dụng
A - diện tích bề mặt tiếp xúc gián tiếp giữa phần tử gia nhiệt và đường ống Jacketed pipe – đường ống hai lớp sẽ có bề mặt tiếp xúc lớn nhất (truyền nhiệt hiệu quả nhất) Với bolt-on jacketing và tube tracing, bề mặt tiếp xúc được xem như là kích cỡ và hình dáng của phần tử gia nhiệt Tube tracing – hệ thống gia nhiệt bằng một đường ống nhỏ sẽ tiếp xúc với đường ống tại một vị trí Nhưng phần tử gia nhiệt của bolt-on jacketing có bề mặt tiếp xúc với đường ống rộng hơn nhiều 2 inch, với đường bao hình cong ăn khớp với đường ống cần gia nhiệt
CÁC SẢN PHẨM CỦA CSI
ControTrace for Vessels ControTrace for Tanks ControTrace for Piping
ControTrace for refinery piping ControTrace for Valves/Instruments
S x Seal TM 1000 S x Seal TM 2000 H∆T – Tube Tracing
Trang 6
ControTrace:
CSI là nhà cung cấp sản phẩm ControTrace - hệ thống gia nhiệt bằng hơi để gia nhiệt cho đường ống, bồn chứa, két chứa,…cho rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp
Hình dạng đường ống có hình chữ nhật 2”×1” được cố định vào đường ống bằng dây đai
Được thiết kế phù hợp tiêu chuẩn ASME phần VIII, Quy phạm về lò hơi và thiết
bị cao áp, Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ
Đường bao hình cong để ăn khớp với đường ống
Hơi nóng, dầu nóng – vật mang nhiệt di chuyển qua phần tử ControTrace
Một lớp mỏng HTC (1/16 1/8 inch) để loại trừ khe hở không khí
Thêm nhiều phần tử ControTrace khi cần gia nhiệt cho đối tượng lớn
1 ControTrace – Gia nhiệt cho đường ống:
Trong các đường ống dẫn lỏng, ControTrace duy trì nhiệt độ, ngăn ngừa sự đông đặc trong đường ống Như hình vẽ dưới thể hiện, với hệ thống gia nhiệt truyền thống, lưu huỳnh trong đường ống bị đông đặc, hóa rắn do không được duy trì nhiệt độ ở trên
120oC (không đủ nhiệt độ)
Trang 7Trong các đường ống dẫn hơi, ControTrace dùng để duy trì nhiệt độ thành ống để ngăn ngừa sự ngưng tụ của lưu chất dẫn tới đông đặc và ăn mòn đường ống
ControTrace loại trừ hai khả năng xâm thực được ghi nhận trong đường ống hai lớp
Ở hình bên trên, mối hàn bị hư hỏng dẫn tới vật mang nhiệt (hơi, dầu nóng) xâm nhập vào trong đường ống Tương tự, hình bên dưới, mối hàn bị hư hỏng dẫn tới lưu chất bên trong đường ống trào ra ngoài Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của hệ thống, dẫn tới thiệt hại lớn, chi phí sửa chữa và khắc phục rất cao
Trang 8Bảng so sánh các hệ thống gia nhiệt Jacketed piping, ControTrace, Tube Tracing cho đường ống
2 ControTrace – Gia nhiệt cho bồn chứa, két chứa:
Như hình vẽ bên dưới thể hiện, hệ thống ống gia nhiệt ở bên trong két chứa không
có hiệu quả trong việc giữ cho lưu chất nóng chảy dẫn tới ăn mòn ở khoang hơi của két chứa
Trang 9Ảnh chụp nóc (mái) của một két chứa lưu huỳnh trong nhà máy lọc dầu Bắc Mỹ
ControTrace làm tốt hơn hệ thống ống gia nhiệt bên trong két chứa, bồn chứa trong việc ngăn ngừa sự động đặc ở khoang lỏng và ngăn ngừa sự ngưng tụ, ăn mòn ở khoang hơi của két chứa
ControTrace cho bồn chứa, két chứa
Trang 10Bảng so sánh các hệ thống gia nhiệt PlateCoil, ControTrace, Internal Coil cho bồn chứa, két chứa
ControHeat:
CSI cung cấp sản phẩm ControHeat – gia nhiệt cho van, bơm, các thiết bị đo,…Áo gia nhiệt được đúc khối bằng hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn ASTM A365 Vật mang nhiệt (hơi hoặc dầu nóng) chảy qua khoang đúc áp lực bằng thép các bon ControHeat được thiết kế để gia nhiệt cho các thành phần trong dải nhiệt độ từ 95 400o
C
Trang 11
Áo gia nhiệt ControHeat được sử dụng đa dạng với rất nhiều ứng dụng để ngăn ngừa sự đông đặc và ngưng tụ bên trong thiết bị ControHeat đang hoạt động tin cậy với trên 50.000 ứng dụng trên thế giới Mỗi áo van được thiết kế đặc trưng dành cho mỗi thương hiệu và mẫu mã riêng, có đường bao hình cong để ăn khớp với mặt ngoài của van Hầu hết các thiết bị đo đều nhạy với nhiệt độ nên cần phải giữ ở một nhiệt độ nhất định
để đảm bảo hoạt động tin cậy Với ứng dụng bơm hoạt động có độ nhớt cao, khởi động rất khó khăn Vì thế cần gia nhiệt trước khi khởi động