เครื่องควบคุมอุณหภูมิไอน้ำ (Desuperheater or Attemperator or Desh)
ไอน้ำความร้อนยวดยิ่ง (Superheat steam) คือไอน้ำอิ่มตัว (Saturated steam or vaporzed steam) ที่ทำให้อุณหภูมิสูงเกินอุณภูมิไอน้ำปรกติที่ความดัน (Pressure) นั้นๆ ซึ่งเกิดจากน้ำดูดความร้อนแฝง (Latent heat) จนถึงจุดที่น้ำเปลี่ยนสภาพของน้ำ (Vaporize) เป็นไอน้ำ (Saturated steam) แล้วไอน้ำจะดูดความร้อนโดยตรง (Sensible heat) ต่อไปเพี่อเพิ่มอุณหภูมิเป็นไอน้ำความร้อนยวดยิ่ง (Superheat steam)
รูปแสดงการดูดพลังงานความร้อน (Enthalpy) ของน้ำเพื่อกลายเป็นไอน้ำ
- เส้นสีแดง คือเส้นการดูดความร้อนแฝง (Latent heat)
- เส้นดำคือเส้นอิ่มตัว (Saturated line) ของน้ำ
กำเนิดของไอน้ำ
ไอน้ำได้มาจากแหล่งกำเนิด
1. เกิดจากการให้ความร้อนแก่น้ำโดยตรง เช่นหม้อไอน้ำ (Boiler) เครื่องถ่ายเทความร้อน (Heat exchanger)
2. เกิดจากการเก็บความร้อนในกระบวนการผลิต (Heat recovery, heat exchanger)
ประโยชน์ของไอน้ำยวดยิ่ง
1. การขนส่งไอน้ำผ่านท่อยาว จะมีความร้อน (Sensible heat) สูญเสียออกไปผ่านฉนวนความร้อน ไอน้ำบางส่วนจะควบแน่นเป็นน้ำ (Condensed) จะเกิดการกระแทกของน้ำ (Water hamer) ในท่อจนระบบท่อเสียหายได้ ซึ่งสามารถป้องกันโดยทำไอน้ำให้เป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง เวลาจะใช้งานค่อยลดอุณหภูมิลงมาโดยใช้ Desh
2. ใช้ในกระบวนการผลิตโดยตรง โดยใช้ความร้อนจากไอน้ำ และน้ำจากการกลั่นตัวของไอน้ำผสมกันไป
3. ใช้ในการให้ความร้อน อุ่นอุปกรณ์หรือวัสดุในขบวนการผลิต โดยทำผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อน (Heat exchanger)
5. ใช้ขับกังหันไอน้ำ หรือสตีมเทอร์ไบน์ (Steam turbine) ในการผลิตไฟฟ้า เพราะการทำงานของเทอร์ไบน์จะมีประสิทธิภาพสูงขึ้นมากถ้าใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (Superheat steam)
5.1 การควบแน่นของไอน้ำเป็นหยดน้ำหลังจากการถ่ายพลังงานจะทำความเสียหายต่อใบพัดของเทอร์ไบน์ และเกิดแรงเสียดทาน (Friction) เพิ่ม
5.2 ใช้ความเร็วไอน้ำที่ความเร็วสูงได้ (ถึง 100 m/s)
5.3 ไม่เกิดการควบแน่นของไอน้ำในท่อ ยกเว้นตอนเริ่มเดินเครื่อง
เครื่องควบคุมอุณหภูมีไอน้ำ(Desuperheater or Attemperator or Desh)
คือ อุปกรณ์ (Device) ที่ออกแบบเป็นส่วนหนึ่งของระบบท่อ (Section of piping system) ใช้ในการลดอุณหภูมิของไอน้ำหรือแก๊สที่มีความร้อนสูงเกิน (Superheat steam) อุณภูมิที่เกิดการระเหย (Saturated or vaporized steam) โดยใช้หลักการระเหยของน้ำบริสุทธิ์ (Deminerized or condensated water) ที่ฉีดเข้าไปผสมกัน (Mixing หรือ Contact) กับไอน้ำร้อนจัดหรือแก๊สในระบบท่อ ซื่งน้ำที่เข้าไปผสมจะดูด (Absorb) ความร้อนแฝง (Latent heat) ออกจากไอน้ำ เป็นไอน้ำอิ่มตัว น้ำซึ่งดูดความร้อนแฝงจากไอน้ำ จะเพิ่มอุณหภูมิเปลี่ยนคุณสมบัติเป็นเป็นไอน้ำ (Evaprated) ผสมไปกับกระแสของการใหลของไอน้ำ ทำให้กระแสของไอน้ำที่ร้อนจัดเย็นตัวลงมาอยู่ในระดับอุณหภูมิที่ต้องการ
Desuperheater ที่มีประสิทธิภาพต้องราคาไม่แพง ใช้งานได้ทนทาน ไม่สึกหรอ ไม่ทำให้ระบบท่อด้านหลัง (Downstream) Desh เสียหาย ไม่ทำให้การนำเครื่องเข้าใช้งานหรือหยุดเครื่องช้าลง
ซ่อมง่าย จะต้องไม่ลดประสิทธิภาพของกระบวนการผลิต
ข้อดีของ Desuperheater
1. ออกแบบง่ายๆ ใช้งานดี ใว้ใจได้
2. ฉีดเป็นฝอยได้เป็นอย่างดี ใช้เทคโนโลยีของหัวฉีด (Nozzle) กับวาล์วควบคุม (Control valve) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปรงความดันเปลี่ยนแปลง (Variable pressure) ที่หัวฉีด
3 มีปลอกภายใน (Sleeve) เพื่อกันช็อคเนื่องจากความร้อน (Thermal shock) ของวัสดุเนื่องจากอุณหภูมิต่างกับของน้ำกับไอน้ำ
4. สามารถควบคุมอุณหภูมิได้แม่นยำ +/- 3 องศาจากจุดอิ่มไอน้ำอิ่มตัว
5. ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย
การใช้งาน Desuperheater
Desuperheater ใช้งานแพร่หลายในอุตสาหกรรม เช่น
- Power generation
- Process controllability
- Thinner pipe and lighter flanges
- Preventing lubricant degradation
- Protecting downstream equipment
- Gas desuperheaters
- Small flow rate desuperheater with low turndown
- Steam ejectors
- Nox vapor on Gaz turbine
- Tire mould
- Vulcanization
- Cooking pot
- Boiler and steam exchangers protection.
- Etc..
หลักการทำงานง่ายๆของ Desh
Desuperheating คือกระบวบการทำให้อุณหภูมิของไอน้ำยวดยิ่ง (Superheat steam) ลดลงมาที่อุณหภูมิไอน้ำอิ่มตัว (Saturated steam) โดยผ่านอุปกรณ์ Desh ซึ่งโดยทั่วไปจะควบคุมอุณหภุมิขาออก Desh ใว้ที่ + 3 องศาเหนือจุดอุภูมิอิ่มตัว แต่สูงกว่าก็มีใช้กัน
ชนิดของ Desh (Types of Steam Desuperheaters)
1. Direct Contact Type:SH สัมผัสกับน้ำเย็นตรงๆ (Directly) แบ่งเป็น
1.1 แบบเวนทูรี่นอสซึล (Venturi nozzle type)
1.2 แบบออริฟิช (Orifice type)
2. Indirect Contact Type:
Superheat steam และน้ำเย็นไม่สัมผัสกันโดยตรง ใช้ถ่ายเทความร้อนผ่านเครื่องถ่ายเทความร้อน (Heat exchanger) ในกระบวนการผลิต
3. Integral Type:
วาล์วฉีดน้ำ (Spray nozzle) จะติดมากับตัว Desh
4. Non-Integral Type:
วาล์วฉีดน้ำ (Spray nozzle) จะไม่ติดมากับตัว Desh ต้องติดในภายหลัง
การออกแบบ Desh และขนาด (Desuperheater Design and Size)
การคำนวณและการเลือกชนิดและขนาดของ Desh ขึ้นกับชนิดของการใช้งาน เช่น
- ขนาดของมาสุดและน้อยสุด (Max and Min load) ของการใช้งาน (Rangeability) ของ Desh
- ความเร็วต่ำสุดของการใหล (Minimum flow) ของไอน้ำ
- ความยาวอย่างน้อยของท่อตรงและจุดวัดอุณหภูมิของไอน้ำหลังจากผ่าน Desh
- ขนาดของท่อไอน้ำ
- ความแตกต่างของความดัน (Differential pressure) ระหว่างน้ำเย็นกับไอน้ำ
ขอบเขตการใช้งานของ Desuperheater (Turn down ratio or Rangeability)
ขนาดปริมาณของการใหล (Flow) ที่ใช้งานของ Desh คือค่าปริมาณการใหลสูงสุด (Maximum) และต่ำสุด (Minimum) ของไอน้ำที่สัมพันธ์กับการปริมาณการใหลของน้ำเย็น (Cooling water) เรียกว่า Turn down ratio จะมี 2 ค่าที่ใช้คู่กัน คือ
- Turndown ratio ของวาล์วควบคุมของไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ใหลผ่าน Desh ที่มีประสิทธิผล
- Turndown ratio ของวาล์วควบคุมของน้ำเย็น ที่ใช้อย่างสัมพันธ์กันกับระบบไอน้ำ
Turndown ratio คือค่าสูงสุดและต่ำสุดที่สามารถควบคุมประสิทธิผลของการทำงานได้
บางครั้งก็ต้องใช้ Desh มากกว่า 1 ตัวจึงเพียงพอ และควบคุมได้
น้ำที่ใช้ใน Desuperheater (Desh Cooling water)
โดยทั่วไปจะใช้น้ำซึ่งสอาดมากๆ เช่นน้ำเติมหม้อน้ำ (Boiler feed water) น้ำกลั่น (Demineralized water) หรือน้ำในระบบผลิต (Condensate water) ทั้งนี้เพื่อป้องกันสิ่งเจือปน (Contaminated) มากับน้ำเข้าไปในระบบไอน้ำ และเศษผงเกาะที่ตัว Desperheater
การติดตั้ง Desh ใช้งาน
ความมีประสิทธิผลของ Desh ขึ้นกับระบบการทำงานของวาล์วควบคุม การเลือกวาล์วและออกแบบระบบให้สัมพันธ์กันจึงเป็นเรื่องที่สำคัญมาก มิฉนั้นปัญหาในการใช้งานจะตามมา Desh จะไม่ฟันค์ชั่นตรงกับที่ต้องการ
รูปการติดตั้ง Desh ใช้งาน
จะมีวาล์วควบคุมทั้งระบบน้ำเข้ากับระบบไอน้ำร้อนยวดยิ่ง วาล์วควบคุมทั้งสองงจะทำงานสัมพันธ์กัน
