Tổn thất áp đường ống hơi: lò báo đủ áp, vì sao máy cuối xưởng vẫn “đói hơi”?

Tổn thất áp đường ống hơi là phần áp suất mất đi khi hơi chạy từ ống góp lò tới điểm dùng. Hơi bão hòa có một mối ràng buộc chặt: áp nào thì nhiệt độ đó. Áp ở máy giảm thì nhiệt độ hơi ở máy cũng giảm, dù đồng hồ phòng lò vẫn đẹp.

Nhiệt độ quyết định tốc độ truyền nhiệt vào sản phẩm. Lấy ví dụ một máy sấy có bề mặt cần giữ quanh 130°C. Hơi 8 bar tạo chênh lệch 45°C, còn hơi gần 7 bar chỉ tạo chênh lệch 40°C. Nếu hệ số truyền nhiệt giữ nguyên, công suất truyền nhiệt của máy giảm khoảng 11%. Người vận hành nhìn thấy điều đó qua việc mẻ hàng lâu hơn, băng tải phải chạy chậm lại hoặc sản phẩm ra còn ẩm.

Nghịch lý nằm ở chỗ nhà máy thường đi tìm lỗi ở lò. Lò được chỉnh, nhiên liệu được đổi, áp được nâng lên. Trong khi đó phần hao hụt nằm trên quãng đường vài chục mét giữa lò và máy, nơi hiếm ai đặt đồng hồ.

Có một điểm dễ nhầm. Hơi áp thấp hơn thực ra mang ẩn nhiệt cao hơn một chút tính trên mỗi kg: khoảng 2.086 kJ/kg ở 5 bar áp kế, so với khoảng 2.031 kJ/kg ở 8 bar áp kế. Vì vậy mất áp không làm mất nhiệt theo kiểu bốc hơi vào không khí. Thứ bị mất là chênh lệch nhiệt độ và khả năng đẩy đủ lưu lượng tới máy. Với thiết bị cần nhiệt độ cao, đó mới là phần quyết định năng suất của cả dây chuyền.

Hơi nén ít so với thể tích nó chiếm, nên một lưu lượng tính theo tấn trở thành một dòng rất lớn tính theo mét khối. Ở 8 bar áp kế, mỗi kg hơi chiếm khoảng 0,215 m³. Tốc độ hơi được tính bằng thể tích hơi mỗi giây chia cho tiết diện trong của ống.

Nhiều tài liệu kỹ thuật lấy 25 m/s làm mốc tham chiếu khi chọn cỡ ống hơi bão hòa, và tránh vượt khoảng 40 m/s. Bảng dưới quy mốc đó ra lưu lượng để anh chị đối chiếu nhanh với tuyến ống đang có.

Hơi bão hòa 8 bar áp kế, ống Sch40. Số tham khảo để sàng lọc, chưa tính chiều dài tuyến và phụ kiện.

Một nấc cỡ ống khác nhau bao nhiêu?

Tổn thất áp tăng theo bình phương tốc độ và tăng khi ống nhỏ đi. Lấy lưu lượng 3 t/h ở 8 bar, chiều dài tương đương 100 m, hệ số ma sát giả định 0,02. Ống DN100 chạy khoảng 22 m/s và mất khoảng 0,22 bar. Ống DN80 chạy khoảng 38 m/s và mất khoảng 0,84 bar, gần gấp bốn lần chỉ vì nhỏ đi một nấc.

“Chiều dài tương đương” là điểm hay bị bỏ sót. Mỗi phụ kiện làm hơi mất áp như một đoạn ống thẳng: co 90° tương đương khoảng 30 lần đường kính ống, van cầu mở hết khoảng 340 lần. Với DN100, một co bằng khoảng 3 m ống, còn một van cầu bằng khoảng 35 m ống. Tuyến ngắn nhưng nhiều co, nhiều van vẫn có thể sụt áp nhiều hơn tuyến dài và thẳng.

Ống quá to cũng không phải lựa chọn an toàn. Nó tốn vật tư, tốn bảo ôn, diện tích tỏa nhiệt lớn hơn và sinh nhiều nước ngưng hơn, nhất là khi tải thấp.

Nhà máy thấy tiếng va đập trong ống thì nên đọc thêm bài búa nước trong đường ống hơi. Với bẫy nghi hỏng, bài bẫy hơi hỏng có cách kiểm tra chi tiết hơn.

Không cần dừng nhà máy để biết áp đang mất ở đâu. Việc cần có là vài đồng hồ áp còn chính xác, lắp đúng chỗ, và đọc cùng lúc ở thời điểm tải cao nhất.

1. Chọn lúc tải đỉnh. Lúc tải thấp tốc độ hơi nhỏ, áp gần như không hụt và mọi thứ trông bình thường.
2. Ghi áp ở ống góp lò và áp ngay trước máy cuối tuyến trong cùng một phút. Hai người gọi điện cho nhau là đủ.
3. Ghi lưu lượng hơi. Chưa có đồng hồ lưu lượng thì ước theo lượng nước cấp của ca, rồi đánh dấu là số ước.
4. Đọc thêm áp ở đầu mỗi nhánh chính để khoanh vùng đoạn sụt nhiều nhất.
5. Trong đoạn đó, đo áp trước và sau lọc, van giảm áp và các van chặn.
6. Tính tốc độ theo cỡ ống thật. Nếu tốc độ cao, vấn đề nằm ở ống. Nếu tốc độ bình thường mà áp vẫn sụt, tìm điểm nghẽn cục bộ.

Nghĩa Lò Hơi lưu ý từ hiện trường

Đừng vội tăng áp lò để bù cho máy cuối tuyến. Tìm đoạn sụt áp trước, vì nâng áp lò làm tốn nhiên liệu mà điểm nghẽn vẫn còn nguyên.

Phần lớn nhà máy không cần thay cả tuyến ống. Nên đi từ việc ít tốn tiền nhất, đo lại sau mỗi bước rồi mới quyết định bước tiếp. Cùng một lúc tải đỉnh, ghi lại áp đầu tuyến và cuối tuyến trước và sau khi sửa. Hai dòng số đó là bằng chứng rõ nhất để biết khoản chi vừa rồi có hiệu quả hay không, và có cần làm bước lớn hơn nữa không.

Khi máy dùng áp thấp hơn nhiều so với áp lò, bài lắp trạm giảm áp hơi giúp anh chị xem có cần trạm giảm áp hay không. Để nhìn tổng thể phần hơi đang mất, anh chị đọc thêm bài hơi thất thoát trong hệ thống lò hơi. Nhà máy đang mở rộng có thể tham khảo lắp đặt hệ thống hơi nhà máy của VLB Boiler.

Tham khảo: bảng hơi bão hòa IAPWS-IF97; công thức Darcy–Weisbach; hệ số chiều dài tương đương theo Crane TP-410; mốc tốc độ hơi theo Manufacturing Chemist. Số trong bài là ví dụ ước tính lý thuyết, không thay cho đo đạc tại nhà máy.