Các cơ hội tối ưu hóa hệ thống phân phối hơi trong các nhà máy công nghiệp

 Phần này tập trung vào khu vực phân phối hơi nước, các cơ hội tối ưu hóa và cách thức vận hành tối ưu đối với một hệ thống hơi nước công nghiệp.

1. Tổng quan

Khu vực phân phối hơi nước rất quan trọng vì nó vận hành để di chuyển hơi nước từ khu vực sinh hơi (phân xưởng lò hơi) đến khu vực sử dụng cuối cùng. Một số hệ thống hơi nước công nghiệp có qui mô  rất nhỏ và ở đó không có mạng lưới phân phối hơi nước. Nhưng trong hầu hết các nhà máy công nghiệp, hơi nước được phân phối qua một mạng lưới các ống góp có qui mô lớn. Hơi nước được tạo ra ở áp suất cao và sau đó có thể được giảm áp suất để cung cấp cho các ống góp có áp lực khác nhau. Ngoài ra, trong một số trường hợp, có thể chỉ có một ống góp với một mức áp suất và hơi nước được giảm áp suất tại mỗi điểm sử dụng. Cần lưu ý rằng hơi nước không yêu cầu bất kỳ thiết bị cơ khí nào (máy nén, bơm…) để phân phối cho các ống góp. Áp suất hơi nước chính là động lực để phân phối hơi nước đến nơi và thời điểm mà nó được yêu cầu.

Các thành phần chính của một hệ thống phân phối hơi nước bao gồm:

  • Đường ống hơi nước và phụ kiện
  • Trạm giảm áp suất
  • Van
  • Bảo ôn
  • Van an toàn
  • Bẫy nước ngưng
  • Cụ dụng/đồng hồ đo (áp suất, nhiệt độ, lưu lượng)

Từ khía cạnh một qui trình công nghệ, điều rất quan trọng là cần phải đảm bảo qui trình đó nhận được hơi nước với lưu lượng đúng yêu cầu với các thông số nhiệt độ và áp suất hơi nước cũng theo đúng yêu cầu. Lưu ý rằng các yêu cầu của qui trình công nghệ và thiết bị sử dụng cuối cùng có thể thay đổi theo thời gian nhưng hệ thống phân phối có thể không thay đổi. Do đó, điều quan trọng là tập trung, đánh giá và tối ưu hóa hệ thống phân phối trên cơ sở liên tục. Điều này là then chốt để hệ thống hoạt động tin cậy. Mặc dù khu vực sản xuất hơi nước có thể tối ưu hóa và có thể sản xuất hơi nước theo yêu cầu của qui trình, nhưng các vấn đề trong hệ thống phân phối có thể gây ra có một số vấn đề đối với các qui trình sản xuất như:

  • Thiếu áp suất hơi tại ống góp gần thiết bị tiêu thụ cuối cùng
  • Thiếu lưu lượng hơi tại ống góp cung cấp cho thiết bị tiêu thụ cuối cùng
  • Các vấn đề về chất lượng hơi nước (hơi ẩm đi vào qui trình công nghệ)
  • Thủy kích trong các ống góp

Mục đích của đánh giá hệ thống phân phối hơi nước trên cơ sở liên tục là luôn luôn tìm kiếm tối ưu hóa hệ thống nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động tin cậy (tại thiết bị sử dụng cuối cùng) và nhận dạng các cơ hội tiết kiệm năng lượng để tối ưu hóa toàn bộ hệ thống hơi nước.

2. Các cơ hội tối ưu hoá phân phối hơi nước và cách thức vận hành tối ưu

Tối ưu hóa hệ thống phân phối hơi nước trong một nhà máy công nghiệp có thể tập trung vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Các lĩnh vực này là cơ bản trong hệ thống quản lý năng lượng và nhìn chung có kết quả hấp dẫn xét trên khía cạnh kinh tế khi các cơ hội tiết kiệm năng lượng được xác định. Các lĩnh vực này cũng cần thiết để các hệ thống hơi nước hoạt động hiệu quả liên tục và đáng tin cậy.

Có một số cơ hội tối ưu hóa trong hệ thống phân phối hơi nước bao gồm:

  • Sửa chữa rò rỉ hơi nước
  • Giảm thiểu lượng hơi nước thoát theo thông hơi
  • Đảm bảo rằng các bộ phận của hệ thống hơi nước, bao gồm đường ống, van, phụ kiện và các bình chứa được cách nhiệt tốt
  • Cách ly hơi nước khỏi các đường ống không sử dụng
  • Tối thiểu lưu lượng hơi đi qua trạm giảm áp
  • Giảm sụt áp trong ống góp
  • Xả hết nước ngưng từ ống góp hơi

2.1 Sửa chữa rò rỉ hơi nước

Hơi nước là một tiện ích đắt tiền, do vậy khi hơi nước bị tổn thất từ ​​hệ thống thông qua rò rỉ có thể dẫn đến thiệt hại kinh tế đáng kể. Rò rỉ hơi nước xảy ra ở khắp mọi nơi nhưng hầu hết các nơi phổ biến nhất như:

  • Mặt bích và khớp nối đệm
  • Các phụ kiện đường ống
  • Van, ti van và chèn kín
  • Bẫy hơi
  • Van an toàn
  • Các vị trí hỏng hóc trên đường ống

Rò rỉ hơi nước từ các vị trí hỏng hóc trên đường ống có thể là một nguồn tổn thất hơi nước chính  trong nhà máy công nghiệp. Tuy nhiên, điều này lại cho thấy đang tồn tại “vấn đề an toàn”, đặc biệt nếu những điểm rò rỉ này ở gần nơi nhân viên nhà máy thường xuyên lui tới khu vực. Tuy nhiên, những rò rỉ hơi nước tại các vị trí từ xa như giá đỡ ống sẽ không được chú ý và có thể tồn tại ở đó mãi mãi.

Các hỏng hóc của bẫy hơi cũng chiếm phần lớn rò rỉ trong một nhà máy công nghiệp và chúng sẽ được xử lý trong phần đề cập về “Thu hồi nước ngưng”. Nói chung, các hỏng hóc của bẫy hơi khó quan sát hơn so với hỏng hóc trên ống, đặc biệt là trong các hệ thống nước ngưng kín.

Một chương trình bảo trì liên tục dựa trên việc tìm kiếm và loại bỏ rò rỉ hơi nước là cần thiết cho  hoạt động hiệu quả của một hệ thống hơi nước. Trong hầu hết các trường hợp, các chương trình bảo trì như vậy được yêu cầu thực hiện trong nhà máy công nghiệp liên quan đến hiệu quả chi phí và ảnh hưởng chung tới vận hành. Nhưng trong tất cả các trường hợp, việc duy trì một chương trình quản lý rò rỉ hơi nước có thể rất có lợi cả về kinh tế như cũng như từ góc độ đảm bảo vận hành của cho một nhà máy công nghiệp.

Thông thường, mức độ tổn thất hơi nước thông qua rò rỉ là rất khó để xác định, trừ khi có một qui trình/thủ tục thích hợp được tuân thủ. Tuy nhiên, mức độ rò rỉ hơi nước là tất cả những gì cần thiết để lập kế hoạch/chiến lược sửa chữa. Một số phương pháp lý thuyết và thực nghiệm đã được xây dựng để ước tính lượng tổn thất hơi nước, bao gồm, nhưng không giới hạn như sau:

  • Mô hình SSAT/SSMT của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ
  • Đo chiều cao Plume
  • Công thức dòng chảy nghẽn của Napier
  • Đo bằng ống Pitot tại hiện trường
  • Kỹ thuật siêu âm theo các thủ tục của nhà sản xuất
  • Các phương pháp cân bằng năng lượng và vật chất nhiệt động học

Hình 1 sau cho thấy lưu lượng rò rỉ gần đúng của hơi nước bão hòa đi qua lỗ nhọn tại một áp suất vận hành và kích thước lỗ tiết lưu cho trước.

Hình 1: Lưu lượng rò rỉ hơi nước qua một lỗ tiết lưu

Hình 1 được phát triển từ công thức dòng chảy nghẽn của Napier. Công thức này như sau:

Trong đó, msteam là lưu lượng hơi rò rỉ (kg/h), Aorifice là diện tích của lỗ tiết lưu qua đó hơi nước rò rỉ (mm2) và Psteam là áp suất ống góp (bars tuyệt đối). Cần lưu ý rằng quan hệ này chỉ có giá trị cho các điều kiện dòng chảy nghẽn, đó là khi áp suất hơi thoát nhỏ hơn 0,51 lần so với áp suất trong ống góp.

Ví dụ

Một rò rỉ hơi nước qua một lỗ tiết lưu đường kính 4mm được tìm thấy trên ống góp có áp suất 2 bar. Ước tính lưu lượng hơi nước rò rỉ và lượng chi phí năng lượng tiết kiệm hàng năm có được do sửa chữa rò rỉ này. Chi phí hơi nước được tính trong khu vực “sản xuất hơi” là 91,67 USD/tấn hơi nước. Giả sử rằng rò rỉ hơi nước này tồn tại trên ống góp hơi hoạt động quanh năm (8.760 giờ).

Từ thông số đã cho, ta có:

Sử dụng công thức dòng chảy nghẽn Napier

Lưu lượng hơi rò rỉ ước tính là 26,2 kg/h và lượng tiết kiệm chi phí năng lượng hàng năm do sửa chữa rò rỉ này như sau:

Rò rỉ hơi nước xảy ra theo thời gian và điều quan trọng cần nhận thức rằng việc sửa chữa rò rỉ hơi nước một lần và sau đó quên chúng đi thì không phải là giải pháp tối ưu hóa hệ thống phân phối hơi. Một khi ​​chương trình quản lý rò rỉ hơi nước liên tục được đưa vào thực hiện thì ta có thể theo dõi liên tục và sửa chữa định kỳ rò rỉ hơi nước.

2.2 Giảm thiểu lượng hơi nước thoát theo thông hơi

Thông hơi không nên nhầm lẫn như với rò rỉ hơi nước. Thông hơi xảy ra khi van an toàn  hoặc các thiết bị điều chỉnh áp suất khác xả hơi nước ra môi trường xung quanh từ các bình góp  hơi. Điều này thường xảy ra do mất cân bằng hơi nước trên các bình góp khi hơi nước sản xuất ra nhiều hơn mức cần thiết của quá trình sử dụng cuối cùng. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng và chi phí có thể rất lớn trên cơ sở chi phí nhiên liệu. Thông hơi thường xảy ra tự động khi  áp suất hơi nước trong bình góp đạt đến giới hạn cho phép. Đôi khi thông hơi được thực hiện thông qua việc mở bằng tay một van “thông hơi” hoặc “thông ra ngoài trời”.

Các nhà máy công nghiệp đồng phát nhiệt điện (CHP) sử dụng tua bin hơi nước có thể nhìn thấy thông hơi nước nhiều hơn những nơi khác, đặc biệt là nếu chỉ có tua bin đối áp chạy các tải quá trình hoặc hoạt động trong điều kiện phát điện (hoặc lưu lượng hơi) cố định. Các nhà máy công nghiệp có tua bin ngưng hơi hầu như không có thông hơi nước, trừ khi đạt tới giới hạn công suất cực đại của tua bin. Trong một số trường hợp, phân tích kinh tế dựa trên chi phí biên về nhiên liệu và điện phải được thực hiện để xác định giá trị thực của lượng xả hơi nước. Hầu hết các trường hợp, có thể thấy rằng thông hơi nước là không kinh tế đối với các đơn vị CHP, nhưng có thể có trường hợp như thời gian nhu cầu cao điểm, khi sản xuất điện là cách lợi hơn so với chi phí cận biên của hơi nước bị xả. Chủ đề này sẽ được thảo luận thêm trong phần “Các cơ hội sản xuất đồng phát nhiệt – điện”.

Các tính toán lợi ích năng lượng và chi phí do giảm thiểu (hoặc loại bỏ) thông hơi nước được thực hiện theo các thủ tục tương tự như đã đề cập trong phần “rò rỉ hơi” và không lặp lại ở đây.

2.3 Đảm bảo rằng đường ống hơi, van, phụ kiện và các bình chứa được cách nhiệt tốt

Cách nhiệt là một lĩnh vực nữa đi kèm theo bảo trì liên tục và cần được kiểm tra định kỳ trong tất cả các nhà máy công nghiệp. Cần lưu ý rằng mặc dù cách nhiệt đang được thảo luận trong phần “phân phối hơi nước”, nhưng nó có tác động đến tất cả các lĩnh vực liên quan đến hơi nước. Lý do chính để đưa phần thảo luận về nó vào “phần phân phối” là bởi vì nó có ảnh hưởng lớn nhất ở đây.

Cách nhiệt là vô cùng quan trọng trong các hệ thống hơi nước vì những lý do sau đây:
○ An toàn cho nhân viên nhà máy
○ Giảm thiểu tổn thất năng lượng
○ Duy trì các thông số trạng thái hơi nước cho yêu cầu sử dụng cuối cùng của quá trình
○ Bảo vệ thiết bị, đường ống,… từ các tác động của điều kiện môi trường xung quanh
○ Bảo tồn tính toàn vẹn của toàn bộ hệ thống
Có một vài lý do của việc cách nhiệt bị hư hại hoặc bị bong mất bao gồm:
○ Mất cách nhiệt do hoạt động bảo dưỡng
○ Mất/ hư hại cách nhiệt do lạm dụng
○ Cách nhiệt bị hư hại do tai nạn
○ Hao mòn thông thường của vật liệu cách nhiệt do điều kiện môi trường xung quanh
○ Van và các thành phần khác không được cách nhiệt vì cách nhiệt không được quy định ngay khi thiết kế.
Các khu vực phổ biến nhất của cách nhiệt thường bị thiếu hoặc bị hư hại bao gồm:
○ Các bình chứa/ống góp phân phối hơi
○ Van
○ Đường dành cho người kiểm tra
○ Thiết bị sử dụng cuối cùng
○ Bình và bể chứa
○ Đường thu hồi nước ngưng

Xác định ban đầu lượng tổn thất năng lượng và lượng tiết kiệm chi phí từ các khu vực không được cách nhiệt (hoặc cách nhiệt kém) trong hệ thống hơi nước sẽ tạo cơ sở để xác định sự cần thiết thực hiện một dự án cách nhiệt. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng tổn thất năng lượng từ ​​các khu vực không được cách nhiệt hoặc cách nhiệt kém là:
○ Nhiệt độ môi chất của qui trình công nghệ
○ Nhiệt độ môi trường
○ Diện tích bề mặt tiếp xúc với môi trường xung quanh
○ Tốc độ gió
○ Số giờ hoạt động
○ Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ống (hoặc thiết bị)
○ Nhiệt trở của vật liệu cách nhiệt (nếu có)

Một mô hình truyền nhiệt cấp một được xây dựng và sử dụng để xác định các tổn thất năng lượng do truyền nhiệt bức xạ và đối lưu (tự nhiên và/hoặc cưỡng bức), các tổn thất này tồn tại trên tất cả các bề mặt không được cách nhiệt hoặc cách nhiệt kém. Tuy nhiên, điều này có thể rườm rà và yêu cầu các mối tương quan truyền nhiệt phụ thuộc vào dạng hình học và phương thức truyền nhiệt đối lưu tự nhiên hay cưỡng bức. Tuy nhiên, phải phân tích để xác định mức tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí cũng như chiều dày cách nhiệt kinh tế. Nhiều công cụ thực nghiệm và phần mềm máy tính có sẵn hỗ trợ cho việc đánh giá các dự án cách nhiệt. Một công cụ như vậy là phần mềm đánh giá cách nhiệt 3EPlus® được phát triển bởi Hiệp hội các nhà sản xuất vật liệu cách nhiệt Bắc Mỹ (NAIMA).

Phần mềm 3EPlus® là một công cụ quản lý năng lượng công nghiệp được sử dụng để đơn giản hóa nhiệm vụ xác định mức tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí cũng như độ dày cách nhiệt kinh tế. Độ dày cách nhiệt kinh tế liên quan đến xác định lớp cách nhiệt sao cho chi phí vòng đời của toàn hệ thống là thấp nhất.

3EPlus® có sẵn thư viện với khoảng 30 vật liệu cách nhiệt kèm theo các đặc tính nhiệt. Ngoài ra, một số vật liệu và tấm cách nhiệt khác nhau (với hệ số bức xạ khác nhau) cũng được xây dựng trong phần mềm cho phép người dùng sử dụng các menu để chọn vật liệu cụ thể cho các ứng dụng của họ. Cuối cùng, các dạng bề mặt hình học và các ứng dụng khác nhau có thể được mô phỏng trong phần mềm. Khả năng của công cụ phần mềm này được thể hiện trong ví dụ dưới đây.

Ví dụ

Một đoạn dài 10m của ống góp hơi 10 bar được quan sát thấy là không được cách nhiệt. Ống góp có đường kính danh định là 10 inch (25,4 cm) với nhiệt độ hơi nước ~ 362°C. Ước tính ảnh hưởng về tính kinh tế của cách nhiệt với ống góp hơi này.

Hình 2 thể hiện màn hình nhập dữ liệu cho tính toán tổn thất nhiệt từ ống góp hơi này.

Hình 2: 3EPLus® màn hình nhập dữ liệu

Hình 2 thể hiện màn hình kết quả “Tổn thất nhiệt theo giờ” từ phần mềm 3EPlus®.

Hình 3: Màn hình kết quả 3EPLus®

Mức tiết kiệm năng lượng có thể tính toán như sau:

Trong đó HeatLossbare và HeatLossinsulated là các giá trị thu được từ chương trình 3EPlus®. Lượng tiết kiệm chi phí có thể tính toán dựa trên chi phí nhiên liệu (kfuel), hiệu suất lò hơi (ηboiler), nhiệt trị cao của nhiên liệu (HHVfuel) và thời gian vận hành (T) như sau:

Việc sửa chữa và bảo trì cách nhiệt trong nhà máy công nghiệp có thể thuê ngoài và hầu hết sẽ có hiệu quả kinh tế nếu một số khu vực cần sửa lớp cách nhiệt bằng cách xử lý cùng một lúc. Điều này ngụ ý rằng nhân viên nhà máy theo định kỳ nên thực hiện việc thẩm định (kiểm toán) các lớp cách nhiệt của nhà máy và xác định các khu vực chính cần nâng cấp hoặc bổ sung thêm các lớp cách nhiệt/bảo ôn. Việc này nên được thực hiện liên tục định kỳ và sẽ đảm bảo rằng hệ thống hơi nước luôn luôn được cách nhiệt tốt và có tổn thất nhiệt nhỏ nhất.

2.4 Cách ly hơi nước khỏi các đường ống không sử dụng

Khi thay đổi các quá trình công nghiệp, nhu cầu hơi cũng thay đổi và đôi khi hơi nước không được sử dụng nữa tại một quá trình, thiết bị cụ thể nữa. Tuy nhiên, các dòng hơi nước vẫn còn tại các chỗ này và hơi được chứa đến tận van cách ly với thiết bị sử dụng cuối cùng. Đôi khi thiết bị ngừng hoạt động và không được sử dụng lại, nhưng các đường ống cấp hơi nước tới thiết bị đó vẫn kết nối với các ống góp hơi mới và luôn nóng. Tình trạng này cũng có thể xảy ra trong quá trình thay đổi theo mùa khi nhà máy đi từ chế độ sưởi ấm (mùa đông) đến chế độ làm mát (vào mùa hè), khi đó các đường hơi nước vẫn còn nóng và do vậy tăng thêm tải cho hệ thống làm mát. Có vô số những trường hợp như vậy có thể tồn tại trong các nhà máy công nghiệp và tất cả đều dẫn đến các cơ hội tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí đáng kể, chính vì vận việc tối ưu hóa hệ thống hơi nước nên thực hiện thông qua phân tích có tính hệ thống toàn bộ bao gồm cả hệ thống phân phối kết hợp với các hộ sử dụng dụng cuối cùng theo qui trình.

Từ quan điểm tiết kiệm năng lượng và chi phí, việc cách ly hơi nước khỏi các đường ống không sử dụng sẽ:
○ Loại bỏ các tổn thất truyền nhiệt
○ Loại bỏ rò rỉ hơi nước
○ Loại bỏ nước ngưng hình thành trong các ống góp có thể dẫn đến thủy kích
○ Giảm bớt yêu cầu bảo trì các bộ phận hệ thống hơi trong khu vực không sử dụng đó.

Ngoài ra, có thể các qui trình cuối nguồn có thể bị ảnh hưởng bởi chất lượng của hơi nước và có thể có những ảnh hưởng đến sản xuất, dẫn đến yêu cầu bổ sung thêm hơi nước, làm tăng chi phí vận hành.

Tất cả các phương pháp mô tả trước đây có thể dùng để xác định mức tiết kiệm năng lượng và chi phí có được từ việc cách ly hơi nước.

2.5 Tối thiểu lưu lượng hơi đi qua trạm giảm áp

Thông thường, hơi nước được tạo ra tại một áp suất cao hơn và phân phối thông qua các ống góp  có áp suất thấp hơn khác nhau hoặc thông qua một ống góp duy nhất. Tuy nhiên, có một số trạm (thiết bị) giảm áp để điều chỉnh giảm áp suất hơi nước theo đúng yêu cầu. Khi hơi nước đi  qua van giảm áp, nó giãn nở (đồng thời giảm áp suất) và giảm nhiệt độ. Do đó, hơi nước đi qua một van giảm áp sẽ không làm mất năng lượng của nó (kJ/kg) bởi vì nó là một quá trình đẳng entanpi – tức là entanpi hơi nước không thay đổi. Tuy nhiên, giá trị entropy của hơi nước thay đổi và làm giảm khả năng sinh công của hơi nước. Đây không phải là một vấn đề lớn khi nhà máy công nghiệp không có tua bin hơi. Tuy nhiên, mỗi nhà máy công nghiệp nên đánh giá khả năng sử dụng tua bin hơi nước nếu tồn tại một dòng chảy hơi nước liên tục và đáng kể qua các van giảm áp suất. Việc phân tích chi tiết tua bin hơi nước và lợi ích kinh tế sẽ được giải thích trong phần “Đồng phát nhiệt điện”.

Cơ hội tối ưu hóa đã được liệt kê trong phần này nhằm đảm bảo hơi nước được sinh ra trong các nhà máy công nghiệp có áp suất đúng theo yêu cầu và không có bất kỳ tổn thất đáng kể nào do giãn nở hơi nước. Một trạm giảm áp cần được bảo dưỡng định kỳ và thường không được cách nhiệt. Ngoài ra, bộ phận ti van và chèn kín là nơi dễ xảy ra rò rỉ hơi nước do chu kỳ giãn nở nhiệt  và chuyển động của ti van do nhu cầu hơi nước thay đổi.

2.6 Giảm sụt áp trong các ống góp

Cơ hội tối ưu hóa này bắt nguồn từ thực tế rằng qua thời gian, quá trình công nghệ thay đổi và nhu cầu sử dụng hơi nước cũng thay đổi. Ngoài ra, hiệu quả của hệ thống phân phối bị giảm do hao mòn và có sự gia tăng sự sút áp trong ống góp hơi. Trong một hệ thống hơi nước bão hòa, điều này làm giảm nhiệt độ hơi nước và do đó trực tiếp ảnh hưởng đến quá trình công nghệ. Ngoài ra, nó có nghĩa là cần nhiều hơi nước hơn do sự suy giảm entanpy hơi nước gây ra bởi các tổn thất nhiệt.

Không có tiêu chuẩn công nghiệp đối với sụt áp trong các ống góp hơi, nhưng có ba lý do chính làm tăng việc sụt áp trong các ống góp hơi. Đó là:
○ Tăng nhu cầu hơi nước và do đó lưu lượng hơi qua ống góp nhiều hơn
○ Giảm áp suất của ống góp hơi
○ Nước ngưng và dòng 2 pha trong ống góp hơi
○ Kết hợp của các lý do trên

Khi lưu lượng hơi nước tăng lên, tốc độ dòng hơi tăng lên và mức sụt áp tỷ lệ với bình phương của tốc độ. Trong khi tối ưu hóa hệ thống hơi nước, điều quan trọng là hiểu được thiết kế của các ống góp và tải hơi nước thiết kế của các ống góp này. Thông thường, tốc độ thiết kế của dòng hơi có thể là 15-25 m/s. Vượt quá những giá trị này sẽ dẫn đến gia tăng đáng kể độ ồn và rung động kết cấu hệ thống, đặc biệt tại các vị trí gần chỗ uốn cong và giá đỡ ống.

Khi áp suất ống góp giảm, do mật độ hơi nước thấp hơn (thể tích riêng cao hơn), vận tốc hơi nước tăng lên với cùng lưu lượng khối lượng. Do đó, dẫn đến sụt áp tăng quá mức như giải thích ở trên. Trong một số nhà máy công nghiệp, khuyến nghị chung cho tiết kiệm năng lượng là giảm áp suất vận hành nồi hơi. Điều này nên được thực hiện một cách thận trọng và trừ khi các ống góp hơi nước được thiết kế với công suất dư thừa (thường rất hiếm gặp), khuyến nghị này không nên thực hiện.

Sự ngưng tụ hơi nước bão hòa xảy ra ngay khi một lượng nhỏ nhiệt bị mất mát từ các ống góp do mất cách nhiệt… Điều này có nghĩa là ống góp hoạt động trong điều kiện dòng 2 pha. Nếu hệ thống bẫy nước ngưng không hoạt động đúng, điều này làm cho hơi nước và nước đi vào trong ống góp với cùng một vận tốc. Điều này kết hợp với chế độ dòng chảy (dựa trên lượng nước) có thể dẫn đến mức sụt áp lực rất lớn và gây ra thủy kích đáng kể. Thông tin chi tiết hơn về chủ đề này được cung cấp trong phần dưới đây.

Các cơ hội tối ưu hóa để giảm sụt áp suất trong các ống góp hơi có thể thực hiện bằng đánh giá theo các chiến lược sau đây:
○ Tăng kích thước ống góp thay thế cho ống góp hiện tại
○ Bổ sung một ống góp khác cho cùng một mức độ áp suất
○ Giảm nhu cầu hơi nước của ống góp bằng cách dịch chuyển nhu cầu hơi nước đến mức áp suất  khác
○ Tăng kích cỡ van và/hoặc hiệu chỉnh lại
○ Loại bỏ bất kỳ bộ phận hạn chế dòng chảy trong các ống góp
○ Tất cả các chiến lược tối ưu hóa trong phần này như:

  • Loại bỏ rò rỉ hơi nước
  • Cải thiện cách nhiệt
  • Đảm bảo vận hành đúng đắn các điểm xả nước ngưng, vv.

2.7 Xả nước ngưng từ các ống góp hơi

Một hệ thống phân phối hơi nước có thể được mở rộng và có thể có hàng dặm đường ống hơi nước trong một nhà máy công nghiệp. Ngay cả khi các dòng hơi nước được cách nhiệt tốt vẫn có một lượng tổn thất nhiệt xảy ra, dẫn đến ngưng tụ hơi nước trong các ống góp hơi, đặc biệt đối với các hệ thống hơi nước bão hòa. Trong một số hệ thống, đường ống vận chuyển hơi đi trên cao ngay từ lò hơi, gây ra vấn đề này bị làm trầm trọng hơn và tồn tại dòng 2 pha ngay từ khu vực sinh hơi.

Hầu hết các nhà máy công nghiệp có bẫy nước ngưng (hơi) để loại bỏ nước ngưng được hình thành trong ống góp hơi. Loại bỏ nước ngưng từ các ống góp hơi đảm bảo hệ thống hơi nước  hoạt động có độ tin cậy cao và hình thành các “cách thức vận hành tối ưu” sau đây:
○ Ống góp hơi không có sụt áp quá mức
○ Không tạo thành thuỷ kích trong ống góp hơi do chế độ dòng chảy hai pha
○ Hộ sử dụng cuối cùng của quá trình nhận được hơi khô
○ Thiết bị chính chẳng hạn như tua-bin nhận được hơi khô
○ Không ăn mòn, rỗ hoặc mài mòn trên phụ kiện đường ống, van, vv

Nước ngưng được lấy từ các ống góp hơi có thể được hoá hơi trong bình giãn nở để đưa tới ống góp hơi khác có áp suất thấp hơn. Lượng nước ngưng còn lại có thể đưa trực tiếp về lò hơi hoặc đưa tới hệ thống thu hồi nước ngưng áp suất thấp hơn.

Một số nhà máy công nghiệp thực hiện loại bỏ nước ngưng từ các ống góp hơi rất hiệu quả, nhưng có thể không có thu hồi nước ngưng hoặc trộn lẫn tất cả các loại nước ngưng với nhau. Việc trộn lẫn nước ngưng thu được từ các ống góp có thể dẫn tới cả tổn thất năng lượng và tổn thất kinh tế. Việc này sẽ được đánh giá trong phần “Thu hồi nước ngưng”. Tuy nhiên, việc xác định các cơ hội tiềm năng trong lĩnh vực phân phối hơi nước là rất quan trọng, ở đó nước ngưng có thể và cần phải được thu thập và đưa về phân xưởng nồi hơi.

(Ban quản lý dự án – trích từ “Hướng dẫn tối ưu hóa hệ thống hơi công nghiệp” của Dự án hiệu quả năng lượng trong công nghiệp của Tổ chức Phát triển công nghiệp Liên hợp quốc – UNIDO)