Ống góp hơi lò hơi 5 tấn: Chọn cỡ ống, chia nhánh và xả nước ngưng thế nào?

Ống góp hơi lò hơi là đoạn ống lớn đặt ngay sau van hơi chính, nhận toàn bộ hơi của lò rồi chia về các nhánh. Có nơi gọi là ống phân phối hơi, có nơi gọi là header. Tên gọi khác nhau nhưng việc của nó giống nhau: gom hơi, làm hơi chậm lại, chia hơi ra từng nhánh có van riêng, và cho nước ngưng một chỗ để rơi xuống.

Nhiều xưởng xem đây là chi tiết phụ, nên ống góp được chọn theo cỡ ống có sẵn trong kho. Lò mới chạy thì chưa thấy gì. Tới lúc thêm máy, dấu hiệu mới hiện ra: mở nhánh này thì nhánh kia tụt áp, máy gần lò nóng nhanh còn máy xa thì lề mề, thỉnh thoảng lại có tiếng gõ trong ống vào đầu ca.

Lý do nằm ở bốn vai trò mà ống góp phải làm cùng lúc:

Bài này chỉ nói riêng về đoạn ống góp. Phần đi ống từ phòng lò tới xưởng, độ dốc tuyến và bẫy hơi dọc đường đã có trong bài lắp đặt hệ thống đường ống hơi nhà máy. Còn chuyện lò đủ áp mà máy cuối xưởng vẫn thiếu hơi, anh chị đọc tiếp bài tổn thất áp đường ống hơi.

Cách chọn nhanh nhất là tính tốc độ hơi. Lưu lượng khối lượng đã biết, thể tích riêng của hơi lấy theo áp, đường kính trong lấy theo cỡ ống. Chia ra sẽ có số mét trên giây. Đường ống chính thường được tính quanh 25 m/s. Ống góp thì nên chậm hơn hẳn, vì nó còn phải chia đều và tách nước. Mức nhiều người thiết kế dùng cho ống góp là khoảng từ 10 đến 15 m/s, có thể cao hơn một chút khi mặt bằng hạn chế.

Với lò 5 tấn, kết quả tính cho ba mức áp hay gặp như sau:

Lưu lượng 5 t/h, hơi bão hòa khô, ống Sch40. Áp là áp kế. Số tính lý thuyết, làm tròn.

Đọc bảng sẽ thấy hai điều. Một là cùng lò 5 tấn, chạy áp càng thấp thì hơi càng chiếm chỗ, ống càng phải to. Xưởng hạ áp lò từ 8 xuống 6 bar để đỡ tốn phải kiểm tra lại ống góp, vì tốc độ trong ống tăng khoảng một phần tư. Hai là ở 8 bar, DN100 chỉ hợp làm ống cổ lò hoặc đoạn ngắn, chưa đủ chậm để gọi là ống góp.

DN150 hay DN200 cho lò 5 tấn?

Ở 8 bar, DN150 cho khoảng 16 m/s, dùng được nếu nhà máy chỉ có một lò và ít khi mở rộng. DN200 cho khoảng 9 m/s, hơi đi êm, tách nước tốt hơn và còn chỗ nếu sau này ghép thêm lò thứ hai. Giá thép và công hàn của DN200 cao hơn, nhưng thay ống góp về sau mới là việc tốn kém, vì phải dừng cả nhà máy.

Vì vậy câu hỏi nên đặt không phải là cỡ nào vừa đủ hôm nay, mà là ba năm nữa nhà máy cần bao nhiêu hơi. Xưởng đang chạy sát 5 tấn và có kế hoạch thêm dây chuyền thì nên nghĩ tới mức tải tương lai ngay từ đầu. Nếu có khả năng hai lò cùng cấp vào một ống, hãy tính theo tổng lưu lượng của cả hai lò, không phải của một lò.

Chiều dài ống góp cũng cần tính. Ống phải đủ chỗ cho các cổng nhánh, cộng khoảng trống để tay quay được van, để thợ bọc bảo ôn và để sau này tháo lắp. Nên chừa sẵn một hoặc hai cổng dự phòng có bích mù. Làm sẵn lúc chế tạo rất rẻ so với việc cắt ống, hàn thêm cổng khi nhà máy đang cần chạy.

Nghĩa Lò Hơi lưu ý từ hiện trường

Nhìn một ống góp, tôi đếm số cổng còn trống trước tiên. Xưởng nào mở rộng cũng thiếu cổng. Chừa một cổng có bích mù hôm nay đỡ cho anh chị một lần dừng lò về sau.

Ống góp có đúng cỡ mà nhánh chọn sai thì hơi vẫn không đều. Mỗi nhánh phải được tính theo lưu lượng thật của nhóm máy nó cấp, không chọn theo cỡ của thiết bị đầu cuối. Dưới đây là ví dụ chia lò 5 tấn cho ba nhánh, ở 8 bar, lấy mốc 25 m/s cho ống nhánh:

Phân bổ lưu lượng là giả định để minh họa. Lấy lưu lượng tải đỉnh thật của từng nhánh khi tính cho nhà máy mình.

Ví dụ này có một chỗ cần để ý. Tổng ba nhánh bằng đúng 5 tấn, nhưng các máy hiếm khi cùng đạt đỉnh. Nếu cộng dồn cả công suất trên nhãn máy thì tổng có thể vượt xa công suất lò, và nhánh bị chọn to hơn mức cần. Nếu tính theo lượng hơi trung bình thì nhánh lại nhỏ vào giờ cao điểm. Cách an toàn là ghi lại lịch chạy thực tế, xem máy nào chạy cùng lúc rồi mới cộng.

Bốn quy tắc khi lắp cổng nhánh

Với nhà máy có hai lò dùng chung ống góp, mỗi lò cần van chặn riêng và van một chiều trên đường ra, để hơi không chảy ngược về lò đang dừng hoặc áp thấp hơn. Việc chọn loại van cho từng vị trí, anh chị xem thêm bài chọn van hơi công nghiệp.

Nhánh cấp cho thiết bị dùng áp thấp hơn thì đặt van giảm áp ở gần thiết bị, không đặt ngay tại ống góp nếu nhánh còn đi xa. Hơi áp cao đi được ống nhỏ hơn, tới gần máy mới giảm áp thì đỡ tốn ống và đỡ tổn thất.

Ống góp càng to thì nước càng có chỗ đọng nếu không có đường ra. Lúc lò khởi động, phần lớn hơi đầu tiên ngưng lại trên thành ống lạnh. Thử tính một ví dụ đơn giản: 3 m ống DN200 nặng khoảng 128 kg thép, nâng từ 30°C lên 175°C sẽ ngưng khoảng 4 đến 5 kg hơi. Thêm 30 m ống nhánh DN100 là thêm khoảng 17 kg nữa. Lượng nước đó phải có lối thoát, nếu không nó sẽ bị dòng hơi đẩy đi như một viên đạn nước.

Ví dụ tính lý thuyết, chưa kể phụ kiện và bảo ôn. Dùng để hình dung độ lớn, không dùng để chọn bẫy hơi.

Một điểm xả đúng gồm những gì?

1. Ống góp đặt hơi nghiêng về một đầu, độ dốc thường khoảng 1/100, để nước tự chảy về điểm thấp.
2. Tại đầu thấp có túi gom nước, là đoạn ống đứng hàn ở đáy ống góp. Ống tới DN100 thì túi thường bằng cỡ ống. Ống lớn hơn thì túi khoảng một nửa đường kính ống, không dưới DN100.
3. Đáy túi có van xả tay, dùng lúc khởi động để xả nhanh lượng nước lớn.
4. Cạnh túi, cao hơn đáy một đoạn, là nhánh nối qua lọc Y tới bẫy hơi. Cặn lắng ở đáy túi, không chui vào bẫy.
5. Có van chặn trước và sau bẫy, có điểm xem bẫy làm việc, để kiểm tra và thay mà không phải dừng lò.
6. Đường ra của bẫy dẫn về bồn nước ngưng nếu được, hoặc tới nơi xả an toàn, không xả thẳng ra lối đi.

Có ba lỗi hay gặp. Lỗi thứ nhất là chỉ khoan một lỗ nhỏ ở đáy ống rồi nối bẫy. Nước chạy nhanh trên đáy ống sẽ vượt qua lỗ nhỏ, còn cặn lại chui thẳng vào bẫy. Lỗi thứ hai là chỉ có van tay, không có bẫy, nên vận hành mở hé cả ngày và mất hơi. Lỗi thứ ba là đặt bẫy cao hơn điểm thu nước mà không tính áp đẩy, nên nước ở lại khi áp thấp lúc khởi động.

Túi gom không thay cho bình tách hơi. Nếu lò hay cuốn nước theo hơi, ví dụ do nước lò có TDS cao hoặc mực nước để quá cao, thì phải xử lý từ phía lò. Ống góp chỉ đỡ được phần nào.

Sau cỡ ống và điểm xả, các chi tiết còn lại không đắt nhưng giúp nhà máy dễ vận hành hơn nhiều về sau.

Khi bàn giao, nên chụp ảnh và ghi lại: cỡ ống góp, số cổng, nhánh nào cấp cho đâu, hướng dốc, vị trí từng bẫy. Tờ sơ đồ một trang này sẽ giúp ca sau, thợ sau và đoàn kiểm tra đỡ mất thời gian lần đường ống. Trên ống góp đang dùng, nên kiểm tra định kỳ xem bẫy có làm việc không, van tay có kín không, bảo ôn có rách không và đồng hồ có còn đọc đúng không.

Xưởng đã có ống góp nhỏ thì làm gì?

Chưa cần thay ngay. Trước hết đọc áp ở ống góp và đầu các nhánh lúc tải đỉnh, rồi kéo lại công cụ phía trên theo lưu lượng thật. Nếu tốc độ cao nhưng áp vẫn ổn và không có hiện tượng cuốn nước, có thể giữ nguyên và chỉ bổ sung điểm xả. Nếu áp nhánh dao động mạnh, có búa nước hoặc đang định thêm tải, lúc đó mới tính thay ống góp vào đợt dừng lò có kế hoạch. Với hiện tượng tiếng gõ trong ống, nên xử lý đường thoát nước trước khi nghĩ tới đổi ống.

Nhà máy đang lập mới hoặc mở rộng hệ thống có thể tham khảo thêm trang lắp đặt hệ thống hơi nhà máy của VLB Boiler, nơi có đầy đủ các hạng mục từ phòng lò tới điểm dùng hơi.

Tham khảo: bảng hơi bão hòa IAPWS-IF97; khuyến nghị về thoát nước đường ống hơi trong tài liệu kỹ thuật Spirax Sarco; mốc tốc độ hơi theo Manufacturing Chemist. Số trong bài là ví dụ ước tính lý thuyết.