Stoomverdelingssysteem: Ontwerp Bedrijfsvoering en Onderhoud

Een stoomdistributiesysteem is een cruciale schakel tussen de stoomgenerator en de stoomgebruiker in elke procesinstallatie. Het vervoert stoom van de centrale bron naar het gebruikspunt met de juiste kwaliteit, hoeveelheid en druk. Deze handleiding zal kijken naar de methoden voor het ontwerpen, bedrijven en onderhouden van een efficiënt en veilig stoomdistributiesysteem.

Wat is een stoomdistributiesysteem?

Een stoomdistributiesysteem wordt gedefinieerd als een netwerk van leidingen, kleppen, verbindingen en accessoires die stoom vervoeren van de ketel of de cogeneratie-installatie naar de stoomverbruikende apparatuur in de procesinstallatie.

Het stoomdistributiesysteem kan worden verdeeld in twee delen: de stoomleidingen en de aftakkingen. De stoomleidingen zijn de grote leidingen die stoom vervoeren van de ketel naar de algemene richting van de installatie. De aftakkingen zijn de kleinere leidingen die stoom vervoeren van de hoofdleidingen naar de individuele apparaten.

De belangrijkste doelstellingen van een stoomdistributiesysteem zijn:

• Droge en verzadigde stoom leveren aan het proces met de vereiste druk en temperatuur.

• Hitteverliezen en condensatie in de leidingen en verbindingen minimaliseren.

• Waterhamer, erosie, corrosie, geluid en andere problemen voorkomen die veroorzaakt worden door onjuist ontwerp of bedrijf.

• Kapitaal- en exploitatiekosten verlagen door de leidingsdoorsnede, isolatie, steun en layout te optimaliseren.

Ontwerp van stoomdistributiesysteem

Het ontwerp van een stoomdistributiesysteem omvat verschillende factoren, zoals:

• Stoomproducerende werkdruk: Dit is de maximale druk waarmee de ketel of de cogeneratie-installatie stoom kan produceren. Het hangt af van het type en de capaciteit van de ketel, de gebruikte brandstof en de procesvereisten.

• Minimumdrukvereiste aan het proces einde: Dit is de minimumdruk waarmee de stoomverbruikende apparatuur efficiënt en veilig kan werken. Het hangt af van het type en de capaciteit van de apparatuur, de procesomstandigheden en de veiligheidsmarges.

• Drukverlies in het systeem: Dit is het verschil tussen de stoomproducerende druk en de processendruk. Het wordt veroorzaakt door wrijvingsweerstand in de leidingen en verbindingen, condensatie in de leidingen door warmteoverdracht naar de omgeving en drukreductieklepjes (PRVs) indien gebruikt.

• Stoomkwaliteit: Dit is een maat voor hoe droog en verzadigd de stoom is. Het hangt af van het ketelontwerp, bedrijf en onderhoud, evenals van het condensaatremsysteem. Slechte stoomkwaliteit kan leiden tot natte stoom, wat problemen kan veroorzaken zoals erosie, corrosie, waterhamer, verminderde warmteoverdrachtefficiëntie en schade aan apparatuur.

Om een stoomdistributiesysteem te ontwerpen dat aan deze doelstellingen en factoren voldoet, zijn enkele basisstappen:

• Bepaal de stoombehoefte van elk apparaat in termen van massa-debiet, druk, temperatuur en kwaliteit.

• Kies een geschikte stoomproducerende druk die de minimumdrukvereiste aan het proces einde met een adequate marge voor drukverlies in het systeem kan voldoen.

• Bereken het drukverlies in elk gedeelte van het systeem met behulp van empirische formules of softwaretools. Rekening houdend met factoren zoals leidingdiameter, lengte, ruwheid, bochten, verbindingen, kleppen, isolatiedikte, omgevingstemperatuur, enz.

• Kies een geschikte leidingsdoorsnede voor elk gedeelte van het systeem die de benodigde stoomstroom met minimaal drukverlies en kosten kan vervoeren. Gebruik standaard leidingsdoorsnedes en vermijd onnodige veranderingen in diameter.

• Installeer PRVs waar nodig om de stoomdruk te verlagen zodat deze geschikt is voor verschillende proceszones of apparatuur. Gebruik scheiders stroomopwaarts van PRVs om ingevoegd condensaat te verwijderen en hoge-kwaliteitsstoom te garanderen. Gebruik veiligheidskleppen stroomafwaarts van PRVs om het systeem te beschermen tegen overdruk als PRVs falen.

• Installeer voldoende condensaatverwijderingsapparatuur zoals stoomtraps, drainkleppen en condensaatpompen langs het systeem om de accumulatie van condensaat te voorkomen en droge stoomlevering te waarborgen. Gebruik verschillende types stoomtraps afhankelijk van de toepassing, zoals thermische of mechanische trappen. Rekening houdend met factoren zoals installatietype (individuele of groepsdrainage), condensaatbelasting (continu of incidenteel), bedrijfsdruk en -temperatuur (hoog of laag), enz.

• Zorg voor passende leidinguitbreiding en steunsystemen om thermische uitzetting en samentrekking van leidingen ten gevolge van temperatuurveranderingen te compenseren. Gebruik uitbreidingsverbindingen of lussen waar nodig om leidingbewegingen toe te laten zonder stress of lekkage te veroorzaken. Gebruik leidinghangsels of steunen op regelmatige afstanden om doorzakken of trilling van leidingen te voorkomen.

• Zorg voor voldoende isolatie voor alle leidingen en verbindingen om hitteverliezen en condensatie te verminderen. Gebruik geschikte isolatiematerialen afhankelijk van temperatuur, vochtbestendigheid, brandbestendigheid, enz. Vermijd gaten of schade in de isolatie die leidingen aan de omgevingslucht kunnen blootstellen.

• Zorg voor passende ventilatie voor alle afgesloten ruimten waar leidingen zich bevinden om oververhitting of vochtaccumulatie te voorkomen. Gebruik ventilaties of ventilatoren waar nodig om luchtcirculatie te waarborgen.

Bedrijf en onderhoud van stoomdistributiesysteem

Het bedrijf en onderhoud van een stoomdistributiesysteem zijn essentieel voor het waarborgen van de efficiëntie, veiligheid en betrouwbaarheid ervan. Enkele algemene praktijken zijn:

• Monitor en controleer belangrijke parameters zoals stoomdebiet, druk, temperatuur en kwaliteit met instrumenten zoals debietmetertjes, drukmeters, thermometer en geleidbaarheidsmeters. Pas de ketelbedrijf, PRVs of andere apparatuur indien nodig aan om optimale omstandigheden te handhaven.

• Inspecteer en test alle componenten regelmatig op goede werking, lekkage, slijtage of schade. Vervang of repareer zo snel mogelijk alle defecte onderdelen.

• Maak en spoel alle leidingen en verbindingen periodiek schoon om aanwas, corrosie of rommel te verwijderen die verstopping, verminderde warmteoverdrachtefficiëntie of verhoogd drukverlies kan veroorzaken.

• Smeer alle bewegende delen, zoals kleppen, stoomtraps of pompen, volgens de aanbevelingen van de fabrikant om wrijving, geluid of vastlopen te voorkomen.

• Controleer en voeg isolatiematerialen toe indien nodig om verslechtering of verlies door blootstelling, vocht of mechanische schade te voorkomen.

Voor- en nadelen van stoomgeneratie onder hoge druk

Stoomgeneratie onder hoge druk heeft enkele voordelen en nadelen vergeleken met lage of middelbare druk.

Enkele voordelen zijn:

• Stoomgeneratie onder hoge druk neemt relatief minder volume in dan bij lagere druk, wat de leidingsdoorsnede, de kosten en de warmteverliezen vermindert.

• Stoomgeneratie onder hoge druk verbetert de stoomkwaliteit door de vochtinhoud te verminderen en de oververhitting te verhogen.

• Stoomgeneratie onder hoge druk biedt meer flexibiliteit in de instellingen van PRVs voor verschillende proceszones of apparatuur.

Enkele nadelen zijn:

• Stoomgeneratie onder hoge druk verhoogt rookgasverliezen door hogere schoorsteenpijpstemperatuur en lagere verbrandingsefficiëntie.

• Stoomgeneratie onder hoge druk verhoogt bedrijfsverliezen door hogere blowdown-ratio's en hogere kosten voor voedingswaterbehandeling.

• Stoomgeneratie onder hoge druk vereist duurdere ketelontwerp, constructie en onderhoud vanwege hogere spanningniveaus.

Echter, de brandstofconsumptie van een ketel hangt af van de verbonden belasting in plaats van de uitvoerdruk.

Daarom moet stoomgeneratie onder hoge druk in balans zijn met de voordelen en nadelen voor elke specifieke toepassing.

Conclusie