การคำ�านวณ Condensate load เพื่� อใช้�ในการเลื�อก Steam trap2011-01-21

 

การคำ�านวณ Condensate Load เพื่� อใช้�ในการเลื�อก Steam trap ให้�เห้มาะสม

          จุ�ดประสงค์ในการน�าเสนอการค์�านวณ Condensate Load น�� เพื่��อที่��จุะใช้�ในการประมาณค์�าของ Condensate Load ที่��เก ดข!�น โดยอาศั%ยการค์�านวณจุาก ส&ตรการค์�านวณที่��เป(นที่��ยอมร%บ จุากน%�นก*จุะน�า Condensate Load ที่��ค์�านวณได�มาที่�าการเลื�อก Steam trap โดยจุะม�การน�าเอา Safety Factor เข�ามาค์�านวณด�วย เพื่��อให้� Steam trap

สามารถระบาย Condensate ที่��เก ดข!�นได�อย�างเห้มาะสม โดยปราศัจุากการเลื�อก Steam trap ที่��ม�ขนาดเลื*กเก นไป ห้ร�อให้ญ่�เก นไป ซึ่!�งการเลื�อก Steam trap ที่��ม�ขนาดที่��เห้มาะสม จุะช้�วยให้�การที่�างานของ Steam

trap เป(นไปได�อย�างม�ประส ที่ธิ ภาพื่แลืะม�ค์วามเช้��อถ�อได�

 

            โดยที่%�วไปแลื�วผู้&�ผู้ลื ต Steam trap จุะผู้ลื ตแลืะที่�าการที่ดสอบการระบายของ Steam trap เพื่��อให้�สอดค์ลื�องแลืะตรงตามมาตรฐาน โดยที่��การระบาย Condensate ร�อนของ Steam trap จุะเป(นไปตามมาตรฐาน ANSI/ASME PTC39. โดยที่��ผู้&�ผู้ลื ต Steam trap ที่�กรายจุะแสดงการระบายของ Steam trap ที่��ต%วเองผู้ลื ตมาในร&ปแบบของกราฟ ห้ร�อตาราง เพื่��อที่��จุะให้�ที่างลื&กค์�าใช้� กราฟ ห้ร�อตาราง เห้ลื�าน%�นในการเลื�อก Steam trap ให้�สอดค์ลื�องก%บปร มาณของ Condensate Load ที่��เก ดข!�นจุากกระบวนการของลื&กค์�า

 

            ส �งที่��ส�าค์%ญ่ที่��เราจุะสามารถเลื�อก Steam trap ให้�ม�การระบายที่��แม�นย�าแลืะถ&กต�อง ค์�อการที่��เราจุะต�องค์�านวณปร มาณของ

Condensate Load ที่��เก ดข!�นอย�างถ&กต�องเพื่��อให้� Steam trap ที่��เราเลื�อกมาสามารถรองร%บปร มาณ Condensate ที่��เก ดข!�นได� ซึ่!�งถ�าเราเลื�อก Steam trap ที่��ม�ขนาดเลื*กเก นไป จุะที่�าให้�เก ดค์วามเส�ยห้ายข!�นก%บระบบได� รวมที่%�งอาจุที่�าให้�ประส ที่ธิ ภาพื่ในการผู้ลื ตลืดลืง อ�กที่%�งย%งก�อให้�เก ดป7ญ่ห้าของ Water Hammer ในระบบอ�กด�วย การเลื�อก Steam trap

ที่��ม�ขนาดให้ญ่�เก นไปที่�าให้�ใช้�งาน Steam trap ได�ต��ากว�าประส ที่ธิ ภาพื่ โดยส�วนให้ญ่�การเลื�อก Steam trap เราม�แนวโน�มที่��จุะเลื�อก Steam trap

ที่��ม�ขนาดให้ญ่�กว�าปร มาณ Condensate ที่��ค์�านวณได�ซึ่!�งม%นสามารถจุะตอบสนองต�อการระบาย Condensate ที่��เก ดข!�นได�ด� แต�การเลื�อกแบบที่��ม�ขนาดให้ญ่�เก นไปก*ที่�าให้�อาย�การใช้�งานของ Steam trap เห้ลื�าน%�นลืดลืง แลืะที่�าให้�เพื่ �มโอกาสเก ดสภาวะโลืกร�อน (Carbon Footprint)

 

            โดยที่%�วไปถ�าเราที่ราบปร มาณของ Heat output ที่��ต�องการระบายออกจุากอ�ปกรณที่��ใช้�ไอน��า การค์�านวณห้าปร มาณ Condensate

load สามารถที่�าได�ไม�ยาก ซึ่!�งโดยปกต แลื�วผู้&�ผู้ลื ตอ�ปกรณเห้ลื�าน%�นจุะระบ�ปร มาณค์วามร�อนที่��ต�องการ ระบายออกมาเป(น BTU/Hr โดยในกรณ�แบบน��เราสามารถค์�านวณปร มาณ Condensate load ได�โดยน�าเอาปร มาณของ Heat Output ที่��ต�องการระบายออกมาห้ารด�วยค์วามร�อนแฝง (Latent heat) ของไอน��าที่��ค์วามด%นใช้�งาน ( ด&ค์�าค์วามร�อนแฝงได�จุาก Steam table 1-1 ) ก*จุะได�เป(นอ%ตราการเก ด Condensate ที่��เก ดข!�นจุากอ�ปกรณไอน��าเห้ลื�าน%�น

 

ตั�วอย่�างการคำ�านวณ  ต�องการระบายค์วามร�อน 2,500,000 BTU/hr.

โดยใช้�งาน Steam ที่�� 30 Psig โดยข�อม&ลืจุาก Steam table ตาราง 1-1, ค์วามร�อนแฝงของไอน��าที่�� Pressure 30 Psi ค์�อ 929 BTU/Ib

ของ Steam ที่�� 30 Psig

            ด%งน%�นปร มาณ Condensate Load ที่��เก ดข!�นค์�อ = 2,500,000 / 929 (BTU/hr / BTU/lb)

                                                                                 = 2,691 lb / hr ของ Condensate ที่��เก ดข!�น

 

            แต�ถ�าเราไม�สามารถห้าอ%ตราการระบายค์วามร�อน ( Heat

Output rate ) จุากอ�ปกรณห้ร�อผู้&�ผู้ลื ตอ�ปกรณเห้ลื�าน%�นได� เราจุะสามารถค์�านวณห้าอ%ตราการเก ด Condensate load ได�จุากส&ตรการค์�านวณด%งต�อไปน��

 

 

ส�ตัรทั่� วไปในการพื่ จารณาเพื่� อคำ�านวณห้าปร มาณ Condensate Loads

 

ค์วามห้มายของส%ญ่ลื%กษณต�างๆในส&ตรค์�านวณ

 

GPM = อ%ตราการไห้ลื ห้น�วย แกลืลือน ต�อ นาที่�

ΔT = ค์วามแตกต�างของอ�ณห้ภ&ม ห้น�วย องศัา ฟาเรนไฮที่

G = ปร มาตร ห้น�วย แกลืลือน

Cp = ค์�าค์วามจุ�ค์วามร�อนจุ�าเพื่าะของสารที่��เราต�องการให้�ค์วามร�อน ห้น�วย BTU/lb (ด&ได�จุากตาราง 1-3)

L = ค์�าค์วามร�อนแฝงของไอน��า (ด&ได�จุากตารางที่�� 1-1)

s.g. = ค์�าค์วามถ�วงจุ�าเพื่าะของสาร (ด&ได�จุากตารางที่�� 1-3)

t = เวลืาในห้น�วย ช้%�วโมง

U = ค์�าส%มประส ที่ธิ =การถ�ายเที่ค์วามร�อน ห้น�วยเป(น BTU/hr/ft2/oF

CFM = อ%ตราการไห้ลืเช้ งปร มาตร ห้น�วย ลื&กบาศัก ฟ�ต ต�อ นาที่�

d = ค์วามห้นาแน�นของอากาศั (ด&ได�จุากตาราง 1-2)

EDR = ประส ที่ธิ ภาพื่ในการแผู้�ค์วามร�อน (effective direct radiation)

A = พื่��นที่��ผู้ วในการแลืกเปลื��ยนค์วามร�อน ห้น�วย ตารางฟ�ต

W = น��าห้น%กของของแข*ง ห้น�วย lb

D = เส�นผู้�านศั&นยกลืางของ Dryer ห้น�วย ft

Wh = ค์วามกว�างของ Dryer ห้น�วย ft

R = อ%ตราการเก ด Condensate ห้น�วย lb ต�อ ตาราง ฟ�ต ช้%�วโมง

N = จุ�านวนของที่�อ

Lot = ค์วามยาวของที่�อ

P = ค์วามยาวเช้ งเส�นของที่�อ ห้น�วย ตาราง ฟ�ต ต�อ พื่��นที่��ผู้ ว

S = ค์วามร�อนจุ�าเพื่าะ ห้น�วย BTU /lb

 

*** สามารถห้าค์�าค์วามร�อนแฝงของไอน��าได�จุากตารางที่�� 1-1 เพื่��อน�าไปใช้�ในส&ตรค์�านวณ ***

 

ส�ตัรการคำ�านวณสามารถแย่กออกตัาม Application ได้�ด้�งน%&

 

ทั่�อส�งไอน�&าห้ลื�ก (Steam main)

 

            Start up Load = (ค์วามยาวของที่�อ (ฟ�ต) x น��าห้น%กของที่�อต�อค์วามยาว x Cp x ΔT ) / ( L x t )

                                      + Running load ที่��ค์วามด%นเฉลื��ยจุาก 0 ถ!งค์วามด%นส�ดที่�าย

 

Heating water with steam (Heat exchanger ) โด้ย่

ทั่ราบข้�อม�ลืพื่�&นผิ วแลืกเปลื% ย่นคำวามร�อนทั่% แน�นอน

 

            Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (GPM x 500.4 x ΔT) / L 

 

Heating Fuel oil   with steam (Heat exchanger ) โด้ย่ทั่ราบข้�อม�ลืพื่�&นผิ วแลืกเปลื% ย่นคำวามร�อนแน�นอน

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (GPM x 500.4 x s.g. x Cp x ΔT) / L 

ด&ตารางที่�� 1-3 เพื่��อด&ค์�า Cp แลืะ s.g. ของ Fuel oil

 

Heating Other liquid with steam (Heat exchanger ) โด้ย่ทั่ราบข้�อม�ลืพื่�&นผิ วแลืกเปลื% ย่นคำวามร�อนทั่% แน�นอน

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (GPM x 500.4 x s.g. x Cp x ΔT) / L 

            ด&ตารางที่�� 1-3 เพื่��อด&ค์�า Cp แลืะ s.g. ของ Other Liquid 

 

Heating Air with steam coils (Single state coil ) โด้ย่ทั่ราบข้�อม�ลืพื่�&นผิ วแลืกเปลื% ย่นคำวามร�อนทั่% แน�นอน

               

Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (CFM x 0.24 x d x 60 min/hr x ΔT) / L 

            ด&ตารางที่�� 1-2 เพื่��อด&ค์�า ค์วามห้นาแน�นของอากาศั

 

Steam Radiation

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (EDR2)/ 4

 

Heating liquid in Steam jacket kettlea and Steam heated tanks with covers and static internal

Conditions ( โด้ย่ทั่ราบข้�อม�ลืพื่�&นผิ วแลืกเปลื% ย่นคำวามร�อนทั่%

แน�นอน )

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (G x s.g. x Cp x ΔT x 8.34) / (L x t)  

 

Heating Air with steam : pipe coils and radiation

 

            Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (A x U x ΔT) / L

 

Heating Solids in Sterilizers , Autoclaves and retorts

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (W x Cp x ΔT) / (L x t)

 

Steam rotating dryer with product out side dryer steam inside dryer cylinder

 

            Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (3.14 x D x R x Wh)

 

Steam rotating dryer with material inside with   Tube heating material

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (N x Lot x R) / P

 

Low pressure single steam absorption chiller (12 psig operation is normal )

 

            Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = Chiller tonnage x 20

 

High pressure two steam absorption chiller (100 psig + operation )

 

            Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = Chiller tonnage x 10

 

Flash tank trap load       ด้�ตัารางทั่% 1-1 เพื่� อด้�คำ�าคำวามร�อน

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (Incoming Condensate flow (lb/hr)) - (Condensate flow (lb/hr) x

((sensible heat of high pressure - sensible heat of low pressure) / Latent heat of low pressure)

 

Steam separator drainage

 

                Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (Mass flow though separator x 10)

 

 

ตัารางทั่% 1-1 คำ�าคำวามร�อนแฝง แลืะคำวามร�อนข้องจ�าเพื่าะข้องไอน�&าทั่% คำวามด้�นตั�างๆ

 

 

 

 

ในการพื่ จุารณาเพื่��อเลื�อก Steam trap ให้�สอดค์ลื�องก%บอ%ตราการเก ดของ Condensate จุะต�องม�การพื่ จุารณาข�อม&ลืด�านอ��นๆ ด�วยเพื่��อเป(นส�วนห้น!�งในการต%ดส นใจุเลื�อก Steam trap ให้�เห้มาะสมก%บปร มาณ Condensate ที่��เราค์�านวณได� โดยข�อม&ลืที่��จุะน�ามาใช้�ในการพื่ จุารณาเลื�อก Steam trap ให้�เห้มาะสม ม�ด%งน��

1. ค์วามด%นของไอน��าด�านที่างเข�าของ Steam trap (โดยค์วามด%นไอน��าที่��ผู้�านจุาก Control valve แลืะ Pressure drop ที่��ผู้�านอ�ปกรณไอน��าจุะต�องม�การเก*บข�อม&ลืเพื่��อน�ามาพื่ จุารณาด�วย)

2. ในการพื่ จุารณา Back Pressure ในระบบจุะพื่บว�าการยกที่�อ Condensate ห้ลื%งต%ว Steam trap ข!�นส&งที่�ก 28 น �ว (2.33 ฟ�ต) จุะก�อให้�เก ด Back Pressure ข!�นที่�� Trap ประมาณ 1 Psig

3. ต�องค์ ด Back Pressure จุากแห้ลื�งอ��นๆ ด�วยเพื่��อน�ามาพื่ จุารณาในการเลื�อก Steam trap เช้�น ค์วามด%นที่��เก ดข!�นในระบบน�ากลื%บของ Condensate เป(นต�น

4. Load Factor (Safety Factor)

5. ระยะของที่�อในแนวต%�งก�อนเข�า Steam trap (จุะถ&กน�ามาพื่ จุารณาในระบบที่��ใช้� Control Valve ในการค์วบค์�มอ�ณห้ภ&ม )

 

 

 

โดยในการเลื�อก Steam trap ในกรณ�ที่��เป(น Steady State

Applications ซึ่!�งเป(นระบบที่��มกระบวนการที่�างานที่��ค์งที่�� ม�อ%ตราการเก ด Condensate ที่��ค์งที่��ม�การเปลื��ยนแปลืงน�อย ซึ่!�ง Safety Factor จุากตารางที่�� 2-1 จุะสามารถประย�กตใช้�ก%บกระบวนการเห้ลื�าน%�น (Steady

State Applications) ได�ด�

 

            ซึ่!�งเราจุะพื่บว�าในกระบวนการที่��เป(นการค์วบค์�มแบบเร�งห้ร�� เราจุะต�องให้�ค์วามสนใจุแลืะใส�ใจุมากย �งข!�น ในการเลื�อก Steam trap การใช้�งาน Steam trap ส�าห้ร%บกระบวนการค์วบค์�มอ�ณห้ภ&ม ของระบบโดยการใช้� Control valve น%�นต%ว Steam trap ที่��เห้มาะสมก%บกระบวนการในลื%กษณะน��ต�องสามารถระบายปร มาณของ Condensate ที่��เก ดข!�นได�ด�ที่%�งในสภาวะที่��ค์วามด%นในระบบต��าส�ดแลืะในกรณ�ที่��ค์วามด%นใน ระบบส&งส�ด โดยเราพื่บว�าเม��ออ�ณภ&ม ของระบบลืดลืงต��ากว�า 100oC (212oF) Control

valve จุะเก ดการห้ร��ลืงอย�างเต*มที่�� ซึ่!�งจุะที่�าให้�ค์วามด%นไอน��าในระบบลืดลืงเป(น 0 Psig (ต�องม�การต ดต%�ง Vacuum Breaker ในระบบเพื่��อป?องก%นการเก ด ส&ญ่ญ่ากาศั)

 

Steam trap ที่��ใช้�ส�าห้ร%บระบบที่��ม�การค์วบค์�มแบบเร�งห้ร��น��จุะต�องม�ระยะค์วามส&งของจุ�ดที่�� ระบายออกจุากอ�ปกรณไอน��าไปย%งต%ว Steam trap

เพื่��อช้�วยให้�สามารถระบายได�ด�ข!�น โดย Steam trap ที่��ด�ต�องสามารถที่�างานได�ด�ถ!งแม�ในค์วามด%นที่��เก ดข!�นจุากค์วามส&งของ Liquid head ม�ค์�าน�อย (ด&ตารางที่�� 2-2 ด&ค์�าค์วามด%นที่��เก ดข!�นจุาก Liquid head)

 

          อ�ปกรณไอน��าที่��ม�การค์วบค์�มอ�ณห้ภ&ม โดย Control Valve ที่��โอกาศัที่��จุะเก ดส&ญ่ญ่ากาศัในระบบ จุะไม�สามารถต�อที่�อน�ากลื%บ Condensate ได�ถ�าเก ดป7ญ่ห้า Back Pressure ข!�นในระบบน�ากลื%บ เพื่ราะอาจุม�โอกาสที่��จุะเก ดการสะสมของ Condensate ข!�นในระบบได� ซึ่!�ง

ส�วนมากระบบแบบน��ม%กจุะม�การระบาย Condensate ออกส&�บรรยากาศั โดยถ�าต�องการน�า Condensate กลื%บแลืะต�องม�การยก Condensate

ข!�นส&งเพื่��อน�ากลื%บ จุะต�องม�การใช้� Condensate Pump เพื่��อให้�ม% �นใจุได�ว�าสามารถยก Condensate ข!�นไปได� ซึ่!�งระบบแบบน��จุะสามารถที่�าได�โดยการใช้� Flash tank แลืะ Vented Condensate Pump ห้ร�อใช้�ระบบ Pumping Trap แบบ Closed Loop

 

จุากตาราง 2-2 เม��อระบบม�ระยะส&งจุากอ�ปกรณไอน��ามาย%ง Steam trap

ให้�น�าระยะส&งน%�นห้ารด�วย 28 จุะได�ค์วามด%นขาเข�า Steam Trap ที่��เก ดจุาก Liquid Head

 

            Steam Trap ที่��ใช้�ก%บระบบที่��ม�การค์วบค์�มแบบเร�งห้ร��จุะต�องม�การระบาย Condensate ที่��เพื่�ยงพื่อได�ที่��ค์วามด%นที่��เก ดข!�นจุากระยะส&งจุากอ�ปกรณไอน��าถ!งที่างเข�า Steam trap เม��อ Control Valve อย&�ในต�าแห้น�งที่��ม�การเร�งห้ร��  แลืะ Steam trap ที่��ใช้�ต�องสามารถระบาย Condensate ได�จุากค์วามด%นที่��เก ดข!�นโดยระยะส&งของ Liquid head

โดยต�องระบายได�เพื่�ยงพื่อแลืะเห้มาะสมตามอ%ตราการเก ด Condensate

ส&งส�ดของอ�ปกรณที่��ใช้�ไอน��าน%�นๆ

           

ตั�วอย่�างการคำ�านวณ

 

Heat exchanger ใช้�เพื่��ออ��นน��าจุาก อ�ณห้ภ&ม 50 Deg F ไปเป(น 100

Deg F โดยม� Flow rate อย&�ที่�� 50 GPM  โดยม�ระยะต��าจุาก Heat

exchanger ไปย%ง Steam trap ที่�� 28 น �ว , โดย Steam ที่��ใช้�ในระบบน��ค์�อ 20 Psig

จุาก

        Condensate Load (ห้น�วย lb/hr) = (GPM x 500.4 x ΔT) / L 

                                                         = (50 x 500.4 x (100-50)) / 939

                                                         = 2,665 lb/hr.

จุากตาราง 2-2 เราได�ค์วามด%นที่��เก ดข!�นจุากระยะส&งของ Liquid head ที่�� 28 น �ว = 1 Psig

ด%งน%�นเราต�องเลื�อก Steam trap ให้�สามารถระบายอ%ตราการเก ด Condensate ที่�� 2,655 lb/hr ที่�� ΔP ที่�� 1 Psig