Un sparger cu abur este o bucată ieftină de țeavă până în momentul în care începe să bată cu ciocanul împotriva suporturilor sale, iar până atunci rezervorul în care se află alimentează de obicei o linie de producție.
Luați un rezervor de 20 de metri cubi care trebuie să treacă de la 15 grade C la 80 de grade C în 45 de minute. Taxa este de aproximativ 2.000 kW. La 6 bar g, cu condensul care pleacă aproape de temperatura rezervorului, un kilogram de abur cedează aproximativ 2.400 kJ odată ce căldura sensibilă este creditată, astfel încât spargerul trebuie să treacă aproximativ 3,0 t/h. Acea singură cifră stabilește alezajul, numărul de găuri și viteza pe care o are conducta pentru a supraviețui.
Măriți-l prea mic și lotul nu atinge niciodată temperatura. Măriți-l prea mare și țeava fluieră, vibrează și crapă între rândurile de găuri în câteva sezoane.
Ce face un Steam Sparger
Un sparger cu abur este un încălzitor cu contact direct: o țeavă forată introdusă într-un vas umplut cu lichid, prin care aburul este injectat și condensat în lichidul însuși.
Definiție: un sparger de abur, numit și conductă de sparge, este o conductă de injecție de abur perforată care se descarcă sub suprafața lichidă a unui rezervor sau a unui vas. Căldura se deplasează prin condensare directă la interfața cu bule, mai degrabă decât printr-un perete metalic.
Cum funcționează transferul de căldură
Aburul părăsește fiecare gaură ca un jet de mare viteză, se sparge în bule și se prăbușește pe măsură ce căldura latentă trece în lichidul din jur. Niciun perete nu separă aburul de produs, astfel încât eficiența la punctul de injectare este aproape de 100%. Constrângerile se află în altă parte: condensul diluează lotul, lichidul nu poate trece de temperatura de saturație a aburului la presiunea de alimentare, iar energia de amestecare trebuie să provină de la jeturile în sine.
Unde se folosesc spargeri
- Spălați, clătiți și curățați rezervoarele la locul lor din fabricile de alimente și băuturi
- Băi de spălare și fosfatare a pieselor în finisaje metalice
- Dezaeratoare de apă de alimentare a cazanelor și rezervoare de condens
- Bazine de tratare si neutralizare a apei
3,0 t/h Abur pentru un rezervor de 20 m3 în 45 de minute la 6 bar g
4-8 mm Diametrul tipic al găurii de sparge
300 mm Scufundare minimă sub linia apei
Majoritatea spargerilor funcționează cu abur între 2 și 8 bar g și trec oriunde de la 500 kg/h la 15 t/h, astfel încât fereastra de proiectare este largă, dar modurile de defecțiune sunt consistente.
Dimensionarea spargerului: încărcare cu abur, găuri și suprafață
Dimensiunea spargerului se reduce la trei numere și orice altceva, inclusiv zgomotul și vibrațiile, decurg din acestea: debitul masei de abur, orificiul conductei de sparge și suprafața totală a orificiului.
Fluxul de abur provine din balanța energetică. Înmulțiți masa lichidă plus echivalentul de apă al peretelui rezervorului cu căldura specifică și creșterea temperaturii, împărțiți la timpul de încălzire pentru a obține kW, apoi împărțiți la căldura degajată de fiecare kilogram de abur: căldura latentă la presiunea de alimentare plus căldura sensibilă la care condensul o renunță pe drumul până la temperatura lichidului.
Debit de abur (kg/h) = 3600 x sarcină (kW) / (căldură latentă căldură sensibilă)
La 6 bar g, numitorul este de aproximativ 2.400 kJ/kg. La 3 bar g scade la aproximativ 2.250 kJ/kg, iar spargerul are nevoie de aproximativ 7% mai mult abur pentru aceeași sarcină. Adăugați 5 până la 10 la sută pentru pierderile de căldură de la suprafața rezervorului.
| Parametru | Valoare tipică | De ce contează |
| Viteza aburului în conductă | 20-25 m/s | Mai mare provoacă zgomot și eroziune, mai mică înseamnă o conductă supradimensionată |
| Viteza de iesire din gaura | 25-30 m/s | Menține jeturile stabile și limitează vibrațiile |
| Diametrul gaurii | 4-8 mm | Găurile mici se dop cu scară, găurile mari se încălzesc neuniform |
| Scufundare | minim 300 mm | Găurile mai puțin adânci stropesc și se usucă |
| Spațiu liber deasupra podelei rezervorului | 100-200 mm | Evită smulgerea și absorbția nămolului |
| Turndown | 3:1 până la 5:1 | Sub aceasta, distribuția de-a lungul conductei devine neuniformă |
Modelul găurilor și regulile de aranjare
Modelul găurilor decide dacă un rezervor se încălzește uniform sau dezvoltă un gradient de 10 până la 15 grade C de la un capăt la altul.
- Setați orificiul de la debitul maxim de abur la 20 până la 25 m/s, apoi verificați ca aceeași țeavă să nu scadă sub 10 m/s la turndown minim.
- Calculați suprafața totală a găurii din limita vitezei de ieșire, apoi adăugați cu 50 până la 100% mai multe găuri pentru a permite blocarea parțială.
- Aranjați găurile în două rânduri eșalonate la 45 de grade sub orizontală sau un singur rând cu fața în jos. Nu le înfrunta niciodată în sus.
- Spați găurile între 8 și 12 diametre pe toată lungimea cursei, astfel încât jeturile să măture rezervorul mai degrabă decât un colț.
- Înclinați conducta înapoi spre admisie și scurgeți capătul inferior, astfel încât condensul să nu poată circula ca un melc atunci când supapa se deschide.
Un sparger nu este un dispozitiv de amestecare. Acolo unde nu există altă agitație, jeturile trebuie să măture întregul volum, ceea ce înseamnă, în mod normal, o rulare mai lungă cu găuri mai multe, mai mici, decât o țeavă scurtă cu câteva mari.
Moduri de eșec și cum se compară sparging
Trei defecțiuni reprezintă cea mai mare parte a timpului de nefuncționare al spargerului: lovirea de berbec la pornire, fisurarea prin oboseală termică între rândurile de găuri și deteriorarea prin vibrații la suporturi și conexiunile de ramificație.
- Ciocnirea când supapa de abur se deschide indică faptul că condensul se află în linie. Puneți un buzunar de scurgere la capătul inferior și deschideți încet supapa.
- Fisurile care radiază între găuri după 12 până la 24 de luni înseamnă că partea superioară a țevii se deplasează între umed și uscat. Creșteți scufundarea sau strângeți banda de control al nivelului.
- Suporturile uzate și sudurile de ramuri crăpate provin din vibrații. Aduceți viteza de ieșire a găurii sub 30 m/s și adăugați un ghidaj aproape de punctul de mijloc.
- O zonă fierbinte lângă intrare cu lichid rece mai departe înseamnă prea puține găuri cu un diametru prea mare. Recalculați mai întâi suprafața totală a găurii.
Barbotarea cu abur
- Cel mai mic cost de capital: o conductă forată, o supapă de control și o scurgere
- Fără suprafață de transfer de căldură care să se murdărească
- Condensul diluează lotul și trebuie inclus în rețetă
- Turndown depinde în întregime de designul găurii
Incalzire indirecta
- Aburul și produsul rămân separate, deci nu se diluează
- Controlul în intervalul de 1 până la 2 grade C de la punctul de referință este realizabil
- Suprafața de transfer de căldură se murdărește și necesită curățare
- Cost de capital mai mare și o amprentă mai mare
Barbotarea este cea mai ieftină modalitate de a încălzi un lichid și cea mai puțin controlabilă. Când procesul are nevoie de ultimele două grade, un sparger singur nu le va oferi.
Materiale, coduri și verificări de achiziții
Pentru apă și majoritatea lichidelor de proces, oțelul inoxidabil 316L cu o grosime minimă a peretelui de program 40 este implicit practic pentru o țeavă de sparge. Oțelul carbon este acceptabil numai în sistemele închise, tratate, în care chimia apei este controlată.
| Serviciu | Material recomandat | Note practice |
| Rezervoare de apă tratată și condens | Oțel carbon SA-106 Gr B | Cel mai mic cost, permiteți o toleranță de coroziune de 1,5 mm |
| Apă de proces, ușor acidă sau alcalină | Inoxidabil 316L | Alegere standard pentru sarcini alimentare și farmaceutice |
| Saramură, apă de mare, apă cu clor | Duplex 2205 sau 6Mo | Clasele austenitice riscă fisurarea prin coroziune sub tensiune peste 60 de grade C |
| Coloane de abur la temperatură înaltă | Oțel aliat, cum ar fi P11 sau P22 | Potriviți specificațiile liniei părinte și procedurile de sudură |
- Confirmați ce cod de conducte guvernează linia: ASME B31.1 pentru conductele de alimentare, B31.3 pentru conductele de proces.
- Solicitați desenul modelului de găuri cu diametrul, distanța, numărul de rânduri și o toleranță de poziție.
- Necesită un test hidrostatic la presiunea de proiectare de 1,5 ori și o inspecție cu penetrare a colorantului a rândurilor de găuri de pe liniile critice.
- Solicitați certificate de material conform EN 10204 3.1 și o hartă de sudură cu înregistrările de calificare a sudorului.
- Cumpărați de la un producător care poate confirmați aportul de căldură și convertiți modelele de aspect 3D înainte de a începe sudarea, deoarece acolo începe cea mai mare parte a relucării pe teren.
O țeavă de barbotare este o parte sub presiune. Ar trebui cumpărat cu aceeași documentație ca orice altă componentă de presiune din sistemul de abur, chiar și atunci când arată ca o lungime de țeavă forată.
Sistemul de recuperare a căldurii din spatele spargerului
În majoritatea instalațiilor, aburul injectat de un sparger nu este generat în acest scop. Este recuperat din gazele de eșapament sau din căldura reziduală de proces și asta face ca economia să funcționeze.
O specificație a spargerului vine de obicei cu sursa de abur deja fixată: un generator de abur cu recuperare de căldură pe o evacuare a turbinei cu gaz, un cazan de căldură reziduală în aval de un cuptor sau un cuptor sau o magistrală de abur a instalației. Recuperarea a încă 10 la sută din căldura din gazele de ardere modifică amortizarea unei instalații de sparger de la ani la luni și de multe ori crește presiunea disponibilă la sparger, ceea ce mărește intervalul de temperatură pe care îl poate atinge rezervorul.
Cazan de căldură reziduală industrială pentru recuperarea gazelor de ardere HRSG Se adaptează la oțel, produse chimice, ciment și gaze de ardere de topire, recuperând căldura reziduală cu capacitate flexibilă de abur și design rezistent la coroziune. Vizualizare produs → Lanțul de recuperare contează la fel de mult ca și spargerul în sine. Tuburile cu aripioare sunt elementul de bază de transfer de căldură atât în economizoare, cât și în generatoarele de abur cu recuperare de căldură, iar alegerea între modelele de tip H, spirală și conducte de căldură decide cât de multă murdărire suportă o unitate și cât de ușor poate fi curățată. În cazul gazelor de ardere prăfuite, un tub cu aripioare de tip H menține benzile de gaz drepte și este mai ușor de suflat cu funingine, în timp ce tubul cu aripioare în spirală împachetează mai multă suprafață în același volum și se potrivește cu gaz mai curat.
Tub cu aripioare spiralate pentru boiler și recuperarea căldurii reziduale Componentă de schimb de căldură de înaltă eficiență, cu geometrie personalizabilă a aripioarelor, potrivită pentru gazele de ardere mai curate, unde este nevoie de o suprafață compactă de transfer de căldură. Vizualizare produs → În aval de fascicul de tuburi, economizorul efectuează munca la temperatură scăzută, trăgând ultima căldură utilă din gazele de ardere înainte ca acestea să ajungă în coș. În evacuarea echipamentelor de proces, coroziunea la capătul rece și punctul de rouă acid trebuie echilibrate cu căldura suplimentară recuperată.
Economizor pentru echipamente de procese chimice și petrochimice Gaze arse Recuperează căldura reziduală la temperatură scăzută de la rafinărie și evacuarea procesului de metanol cu construcție etanșă rezistentă la coroziune și monitorizare pentru funcționare variabilă. Vizualizare produs → Indiferent de configurație, suprafața de transfer de căldură este locul în care murdărirea, eroziunea și vibrația apar mai întâi, așadar planificarea inspecției tubului cu aripioare aparține aceleiași conversații ca întreținerea spargerului.
Un sparger este la fel de ieftin ca aburul din spatele lui. Recuperați acel abur în amonte și întregul calcul se schimbă.
Întrebări frecvente
Cum se calculează debitul de abur pentru un sparger?
Înmulțiți masa lichidă plus echivalentul de apă al rezervorului cu căldura specifică și creșterea temperaturii, împărțiți cu timpul de încălzire pentru a obține kW, apoi împărțiți cu căldura degajată per kilogram de abur. La 6 bar g cu condens care pleacă la o temperatură a rezervorului care este de aproximativ 2.400 kJ/kg, deci o sarcină de 2.000 kW necesită aproximativ 3,0 t/h. Adăugați 5 până la 10 la sută pentru pierderile de căldură în timpul încălzirii.
De ce bate o conductă de sparge când se deschide supapa de abur?
Condens. O țeavă de sparge inactiv se umple cu apă, iar aburul care intră cu debit maxim împinge acel melc de-a lungul liniei. Înclinați conducta înapoi într-un buzunar de scurgere, îndepărtați condensul înainte ca supapa să se deschidă și creșteți încet debitul. Pe liniile mai mari, un bypass de încălzire costă mult mai puțin decât daunele pe care le poate provoca un eveniment de lovitură de ariete.
Cât de adânc ar trebui să fie scufundat un sparger?
Cel puțin 300 mm sub nivelul cel mai scăzut al lichidului de operare, cu un spațiu liber de 100 până la 200 mm deasupra podelei rezervorului. Scufundarea mai mică provoacă stropire și zgomot și lasă partea superioară a țevii să se usuce și să circule, ceea ce este originea obișnuită a fisurilor de oboseală dintre rândurile de găuri.
Trei numere guvernează un sparger: debitul de abur, zona găurii și adâncimea de scufundare. Înțelege-le pe toate trei și restul este documentație.
Spargers nu trebuie să fie complicate, dar trebuie să fie calculate. Volumul rezervorului stabilește sarcina, sarcina stabilește debitul de abur, debitul de abur stabilește orificiul și zona găurii, iar scufundarea decide dacă țeava își rezistă durata de viață sau se fisurează în al doilea sezon.
Un sparger este o piesă sub presiune cu o funcție de proces. Măriți-l din balanța energetică, aranjați găurile pentru întreaga gamă de turndown și cumpărați-l cu aceleași documente ca și restul sistemului de abur.
