Conceptos básicosdel sistema de

vaporTRAMPAS DE VAPOR

2013-2014

Conceptos básicos del sistema de vaporDesde el principio, se requiere una comprensión del circuito de vapor básico, o'de vapor y condensado bucle' - véase la figura 10.1.1. Como vapor se condensa enun proceso, el flujo se induce en la tubería de suministro. El condensado tiene unvolumen muy pequeño en comparación con el vapor, y esto provoca una caída depresión, que hace que el vapor fluya a través de los tubos.

La figura. 10.1.1 Un circuito de vapor básica típica

El vapor generado en la caldera debe ser transmitida a través de tuberías hasta elpunto donde se requiere su energía térmica. Inicialmente habrá una o más tuberíasprincipales, o "red de vapor, que son portadores de vapor de la caldera en ladirección general de la planta de vapor utilizando. Tuberías de derivación demenor tamaño pueden entonces llevar el vapor a las piezas individuales delequipo. Cuando se abre la válvula de aislamiento de la caldera principal(comúnmente llamado la válvula 'corona'), vapor inmediatamente pasa de la calderaen y a lo largo de las líneas de vapor a los puntos a menor presión. La tubería esinicialmente más frío que el vapor de agua, para que el calor se transfiere desdeel vapor a la tubería. El aire que rodea las tuberías es también más frío que elvapor de agua, por lo que la tubería comenzará a transferir calor al aire. vaporen contacto con los tubos más frías comenzará a condensarse inmediatamente. En elarranque del sistema, la tasa de condensación estará en su máximo, ya que este esel momento en que hay una diferencia máxima de temperatura entre el vapor y lastuberías. Esta tasa de condensación que comúnmente se llama la 'carga dearranque'. Una vez que la tubería se haya calentado, la diferencia de temperaturaentre el vapor y la tubería es mínima, pero algunos de condensación se producirácomo los conductos todavía continúa para transferir calor al airecircundante. Esta tasa de condensación que comúnmente se llama la "carga demarcha». La condensación resultante (condensado) cae al fondo de la tubería y esarrastrado por el flujo de vapor y asistido por la gravedad, debido al gradienteen el principal de vapor que debe disponerse a caer en la dirección de flujo devapor. El condensado tendrá entonces que ser drenado desde varios puntosestratégicos en la principal de vapor.Cuando se abre la válvula de la tubería devapor que sirve un elemento de vapor usando planta, de vapor que fluye desde el

sistema de distribución entra en la planta y de nuevo entra en contacto con elrefrigerador superficies. El vapor a continuación, transfiere su energía en elcalentamiento del equipo y el producto (a partir de la carga), y, cuando a latemperatura, continúa para transferir el calor al proceso (carga de marcha). Ahorahay un suministro continuo de vapor de la caldera para satisfacer la cargaconectada y para mantener este suministro más vapor debe ser generado. Con el finde hacer esto, más agua (y el combustible para calentar el agua) se suministra ala caldera para compensar que el agua que ha sido previamente evaporado envapor. El condensado formado en tanto las tuberías de distribución de vapor y enel equipo de proceso es un suministro conveniente de agua de alimentación de lacaldera caliente utilizable. Aunque es importante para eliminar este condensadodesde el espacio de vapor, que es un producto valioso y no se debe permitir quecorrer a perder. Volviendo todo el condensado al tanque de alimentación de lacaldera se cierra el bucle básico de vapor, y se debe practicar siempre que seafactible. El retorno de condensado a la caldera se discute más en el Bloque 13,"La eliminación de condensado" y el Bloque 14, "Gestión de condensados

La presión de trabajo

La presión de distribución de vapor está influenciada por un número de factores,pero está limitada por:

La presión máxima de operación segura de la caldera. Requerida en la planta La presión mínima.

Como el vapor pasa a través de las tuberías de distribución, es inevitable perderpresión debido a:

Resistencia a la fricción dentro de la tubería (detallado en Tutorial 10.2. La condensación dentro de la tubería en forma de calor se transfiere al

medio ambiente.Por lo tanto, es conveniente prever para esta pérdida de presión al momento dedecidir sobre la presión de distribución inicial. Un kilogramo de vapor de agua auna presión más alta ocupa menos volumen que a una presión más baja. De ello sedesprende que, si se genera vapor en la caldera a una presión elevada y tambiéndistribuye a una presión elevada, el tamaño de la red de distribución será máspequeño que el de un sistema de baja presión para la misma carga de calor. Figura10.1.2 ilustra este punto.

La figura. 10.1.2 vapor saturadoseco - la relación presión / volumen específico

La generación y distribución de vapor a alta presión ofrece tres ventajasimportantes:

La capacidad de almacenamiento térmico de la caldera se incrementa, lo que ayuda a hacer frente de manera más eficiente con cargas fluctuantes, lo que minimiza el riesgo de producir vapor húmedo y sucio.

Se requieren más pequeñas de líneas de vapor orificio, lo que resulta en menor costo de capital, para materiales como tuberías, bridas, soportes, el aislamiento y la mano de obra.

Pequeñas líneas de vapor orificio cuestan menos para aislar.Después de haber distribuido a una presión elevada, será necesario reducir lapresión de vapor de cada zona o punto de uso en el sistema con el fin decorresponder con la presión máxima requerida por la aplicación. Reducción de lapresión local para adaptarse a cada planta también producirá vapor más seco en elpunto de uso. (Tutorial 2.3 ofrece una explicación de esto). Nota: A veces sepiensa que la ejecución de una caldera de vapor a una presión inferior a supresión nominal ahorrará combustible. Esta lógica se basa en más de combustibleque se necesita para producir vapor a una presión más alta. Aunque hay un elementode verdad en esta lógica, hay que recordar que se trata de la carga conectada, yno a la potencia de la caldera, lo que determina la velocidad a la que se empleaenergía. La misma cantidad de energía se utiliza por la carga si la caldera devapor aumenta a 4 bar g, 10 bar g o 100 bar g.Pérdidas pie, pérdidas decombustión, y pérdidas de funcionamiento se incrementan por funcionar a presionesmás altas, pero estas pérdidas se reducen en sistemas de recogida de aislamiento ycondensado adecuado. Estas pérdidas son marginales en comparación con losbeneficios de la distribución de vapor de agua a alta presión.

La reducción de presiónEl método común para reducir la presión en el punto donde es vapor de agua a serutilizado es utilizar una válvula reductora de presión, similar a la que semuestra en la estación de reducción de presión de la figura 10.1.3.

La figura. 10.1.3 presión típica estación reductora válvulaUn separador está instalado aguas arriba de la válvula de reducción para eliminarel agua arrastrada del vapor húmedo entrante, asegurando así el vapor de altacalidad para pasar a través de la válvula reductora. Esto se discute en másdetalle en el Tutorial 9.3 y Tutorial de 12,5. Planta de aguas abajo de la válvulareductora de presión está protegido por una válvula de seguridad. Si la válvulareductora de presión falla, la presión de salida puede elevarse por encima de lapresión de trabajo máxima admisible del vapor usando equipo. Esto, a su vez, puedecausar daños permanentes en el equipo, y, más importante, constituye un peligropara el personal. Con una válvula de seguridad instalado, cualquier exceso depresión se ventila a través de la válvula, y evitar que esto suceda (válvulas deseguridad se discuten en el Bloque . 9) Otros componentes incluidos en la unidadde la válvula reductora de presión son:

La válvula de aislamiento primario - Para apagar el sistema de servicio por mantenimiento.

El medidor de presión primaria - Para controlar la integridad del suministro.

El colador - Para mantener el sistema limpio. El medidor de presión secundaria - Para establecer y monitorear la presión

aguas abajo. La válvula de aislamiento secundaria - Para ayudar en el establecimiento de

la presión de salida en condiciones sin carga.

Tubos y Medición de TuberíaDimensionamiento de tuberías es un aspecto crucial del diseño del sistema devapor. Este tutorial ofrece un asesoramiento detallado sobre las normas,programas, materiales y dimensionamiento de diversas funciones vapor saturado yrecalentado.

Utilice los enlaces rápidos a continuación que le llevará a las principalessecciones de este tutorial:

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Normas y grosor de la paredHay una serie de normas de tuberías existentes en todo el mundo, pero sin duda elmás global son las derivadas por el Instituto Americano del Petróleo (API), dondelas tuberías se clasifican en los números de horario. Estos números de horariotienen una relación con la presión de la tuberías. Hay Horarios once que van desdela más baja a la 5 a través de 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 paraprogramar N º 160. Para el tamaño nominal de tubería de 150 mm y más pequeños,cédula 40 (a veces llamado "peso normal") es el más ligero que se especifica paraaplicaciones de vapor. Independientemente del número de calendario, tubos de untamaño determinado, todos tienen el mismo diámetro exterior (no obstante lafabricación tolerancias). A medida que el número de calendario aumenta, el espesorde pared aumenta, y el orificio real se reduce. Por ejemplo:

Un mm Horario 100 40 tubo tiene un diámetro exterior de 114,30 mm, un espesor de pared de 6,02 mm, dando un diámetro de 102,26 mm.

Un mm Horario 100 80 tubo tiene un diámetro exterior de 114,30 mm, un espesor de pared de 8,56 mm, dando un diámetro de 97,18 mm.

Sólo Horarios 40 y 80 cubren toda la gama desde 15 mm hasta 600 mm tamañosnominales como son la programación más utilizado para la instalación de tubos devapor. Este tutorial considera Schedule 40 tuberías como cubiertos en la norma BS1600. Tablas de números de programación se pueden obtener de BS 1600 que seutilizan como una referencia para el tamaño nominal de la tubería y espesor depared en milímetros. Tabla 10.2.1 compara los tamaños reales de agujero dediferentes tubos de tamaño, para diferentes números de horario.En la Europacontinental, pipa está fabricado a los estándares DIN y DIN 2448 tubo estáincluido en la tabla 10.2.1.

Tabla 10.2.1 Comparación de las normas de tubería y diámetros de agujero reales.

En el Reino Unido, la tubería con la norma EN 10255, (tubos de acero y lostubulares adecuados para atornillar a BS 21 hilos) también se utiliza enaplicaciones en las que el tubo se atornilla en lugar de brida. Se les conocecomúnmente como 'Blue Band' y 'Red Band', lo que se debe a sus marcas deidentificación en bandas. Los diferentes colores se refieren a determinados gradosde tubería:

Red Band, siendo el grado pesado, se utiliza comúnmente para aplicaciones detuberías de vapor.

Blue Band, siendo de grado medio, es de uso común para los sistemas de distribución de aire, a pesar de que a veces se utiliza para sistemas de vapor de baja presión.

Las bandas de colores son de 50 mm de ancho, y sus posiciones en la tuberíadenotan su longitud. Tubos de menos de 4 metros de longitud sólo tienen una bandade color en un extremo, mientras que los tubos de 4 a 7 metros de longitud tienenuna banda de color en cada extremo.

La figura. 10.2.1 banda roja, tubería de marca, - pesados

La figura. 10.2.2 banda azul, tubería de marca, - gradomedio, entre 4-7 metros de longitud

Material de la tuberíaTubos para sistemas de vapor se fabrican comúnmente de acero al carbono ASME B16.9 A106. El mismo material puede utilizarse para líneas de condensado, aunque seprefiere la tubería de cobre en algunas industrias. para la temperatura alta de lared de vapor sobrecalentado, elementos de aleación adicionales, tales como cromo ymolibdeno, se incluyen para mejorar la resistencia a la tracción y resistencia ala fluencia a altas temperaturas. Típicamente , tubos se suministran en longitudesde 6 metros.

Dimensionamiento de tuberíasEl objetivo del sistema de distribución de vapor es para suministrar vapor a lapresión correcta para el punto de uso. De ello se deduce, por lo tanto, que lacaída de presión a través del sistema de distribución es una característicaimportante.

LíquidosTeorema de Bernoulli (Daniel Bernoulli 1700-1782) se discute en el Bloque 4 -Medición de caudal. D'Arcy (D'Arcy Thompson 1860-1948) añadió que para el flujo defluido que se produzca, tiene que haber más energía en el punto 1 del punto 2(véase la figura 10.2.3). La diferencia en energía se utiliza para superar laresistencia de fricción entre el tubo y el fluido que fluye.

Lafigura. 10.2.3 fricción en las tuberías

Bernoulli relaciona los cambios en la energía total de un fluido que fluye a ladisipación de energía, expresados en términos de un hf pérdida de carga (m) oespecífica la pérdida de energía hf g (J / kg). Esto, en sí mismo, no es muy útilsin ser capaz de predecir las pérdidas de presión que tendrán lugar encircunstancias particulares. Aquí, se introduce uno de los mecanismos másimportantes de la disipación de energía dentro de un fluido que fluye, es decir,la pérdida en total mecánico . de energía debido a la fricción en la pared de untubo uniforme que lleva un flujo constante de fluido La pérdida en la energíatotal que fluye a través de un tubo circular de fluido debe depender de:

L =La longitud del tubo (m)

D =El diámetro de la tubería (m)

u =La velocidad media del flujo de fluido (m / s)

μ =La viscosidad dinámica del fluido(kg / ms = Pa s)

ρ =La densidad del fluido (kg / m 3 )

k s

=La rugosidad de la pared * tubería (m)

* Dado que la disipación de energía está asociada con la tensión de cizallamientoen la pared de la tubería, la naturaleza de la superficie de la pared seráinfluyente, como una superficie lisa va a interactuar con el fluido de una maneradiferente a una superficie rugosa. Todas estas variables se unen en la ecuación deD'Arcy-Weisbach (a menudo referida como la ecuación de D'Arcy), y se muestra comola ecuación 10.2.1. Esta ecuación también introduce un término adimensional que serefiere como el factor de fricción, que relaciona la rugosidad de la tuberíaabsoluta a la densidad, la velocidad y la viscosidad del fluido y el diámetro de

la tubería. El término que se refiere la densidad del fluido, la velocidad y laviscosidad y el diámetro de la tubería es llamó al número de Reynolds, el nombrede Osborne Reynolds (1842-1912, de Owens College, Manchester, Reino Unido), quefue pionero en este enfoque técnico a las pérdidas de energía en un flujo defluidos alrededor del año 1883. La ecuación de D'Arcy (Ecuación 10.2.1):

Ecuación 10.2.1

Cuando para la ecuación 10.2.1 usando unidades basadas SI:

h f

=Pérdida de carga a la fricción (m)

F =Factor de fricción (adimensional)

L =Longitud (m)

u =La velocidad del flujo (m/ s)

g =Constante gravitacional (9,81 m / s 2 )

D =Diámetro del tubo (m)

Cuando para la ecuación 10.2.1 usando unidades basadas Imperial:

h f

=Pérdida de carga a la fricción (ft)

F =Factor de fricción (adimensional)

L =Largo (pies)

u =Velocidad de flujo (ft / s)

g =Constante gravitacional (32,17 pies / s 2 )

D =Diámetro del tubo (ft)

Interesante puntoLos lectores en algunas partes del mundo pueden reconocer la ecuación de D'Arcy enuna forma ligeramente diferente, como se muestra en la ecuación 10.2.2. Ecuación10.2.2 es similar a la ecuación 10.2.1, pero no contiene la constante de 4.

Ecuación 10.2.2

La razón de la diferencia es el tipo de factor de fricción utilizado. Es esencialque la versión correcta de la ecuación de D'Arcy ser utilizado con el factor defricción seleccionada.Coincidencia de la ecuación erróneo el factor de fricciónmal dará lugar a un error de 400% y por lo tanto es importante que se utiliza lacombinación correcta de la ecuación y el factor de fricción. Muchos libros detexto simplemente no indican que la fricción se definen factores, y un juicio aveces se deben basar en las magnitudes citadas. Ecuación 10.2.2 tiende a serutilizado por aquellos que tradicionalmente trabajan en unidades imperiales, ytodavía tiende a ser utilizado por los profesionales en Estados Unidos y la Cuencadel Pacífico regiones, incluso cuando se cotizan tamaños de tuberíasmétricas. Ecuación 10.2.1 tiende a ser utilizado por aquellos que tradicionalmentetrabajan en unidades del SI y tiende más a ser utilizada por los profesionaleseuropeos. Para el mismo número de Reynolds y la rugosidad relativa, el 'factor defricción basado Imperial' será exactamente cuatro veces más grande que el 'factorde fricción basado SI'. factores de fricción pueden determinarse a partir de ungráfico de Moody, o, se puede calcular para flujos turbulentos partir de laecuación 10.2.3, un desarrollo de la Colebrook - fórmula Blanco.

Ecuación 10.2.3

Dónde:

F =Factor de fricción (Se refiere a la tabla SI Moody)

k s

=Rugosidad de la tubería absoluta (m)

D =Diámetro de la tubería (m)

R e

=Número de Reynolds (adimensional)

Sin embargo, la ecuación 10.2.3 es difícil de usar debido a que el factor defricción aparece en ambos lados de la ecuación, y es por esta razón que loscálculos manuales son propensos a ser llevado a cabo mediante el uso de la tablade Moody. En un gráfico de Moody estilo SI, la escala de factor de fricción puedevariar típicamente desde 0,002 hasta 0,02, mientras que en un gráfico de Moodyestilo Imperial, esta escala puede variar 0,008 hasta 0,08. fricción Como reglageneral, para el flujo turbulento con números de Reynolds entre 4.000 y 100.000,'basa SI' factores serán del orden sugerido por la ecuación 10.2.4, mientras quelos factores de fricción 'basado Imperial' serán del orden sugerido por la

ecuación 10.2.5.

Ecuación 10.2.4 - factores de fricción 'basado SI'

Ecuación 10.2.5 - factores de fricción 'basado Imperial'

El factor de fricción utilizado determinará si se utiliza el D'Arcy ecuación10.2.1 o 10.2.2. Para los factores de fricción 'basado SI', utilice la ecuación10.2.1, porque los factores de fricción 'basado Imperial', utilice la ecuación10.2.2.

Ejemplo 10.2.1 - Tubo de aguaDetermine la velocidad, factor de fricción y la diferencia de presión entre dospuntos 1 km entre sí en una perforación constante del sistema de tuberíahorizontal 150 mm si el caudal de agua es de 45 m³ / h a 15 º C.

En esencia, el factor de fricción depende del número de Reynolds (Re) del líquidoque fluye y de la rugosidad relativa (kS / d) de la parte interior de la tubería,el primero calcula a partir de la ecuación 10.2.6, y el segundo de la Ecuación10.2. 7. número de Reynolds (R e )

Ecuación 10.2.6

Dónde:

R e

=Número de Reynolds

ρ =Densidad del agua = 1000 kg / m

u =Velocidad del agua = 0,71 m / s

D =Diámetro del tubo = 0,15 m

μ =La viscosidad dinámica del agua (a 15 ° C)= 1,138 x 10-3 kg / ms (a partir de las tablas de vapor)

De la ecuación 10.2.6:

La rugosidad de la tubería o el valor 'ks' (a menudo citado como «e» en algunostextos) se toman de las tablas estándar, y por 'la pipa de acero comercial"generalmente se toman como 0.000045 metros. Desde esta la rugosidad relativa sedetermina (como este es lo que el diagrama de Moody requiere).

Ecuación 10.2.7

De la ecuación 10.2.7:

El factor de fricción puede ser determinada a partir de la tabla de Moody y lapérdida de carga por fricción calculada a partir de la correspondiente D'Arcyecuación. Desde la carta Moody Europea (figura 10.2.4), Donde: k s / D = 0,0003R e = 93585: factor de fricción (f) = 0,005

Lafigura. Gráfico de Moody 'basado SI' 10.2.4 (abreviada

De la ecuación Europea D'Arcy (Ecuación 10.2.1):

En la carta de EE.UU. / AUS Moody (figura 10.2.5), Donde: k s / D = 0,0003 R e = 93 585 Factor de fricción (f) = 0,02

La figura. Gráfico de Moody 'basado Imperial' 10.2.5 (abreviado)

A partir de la ecuación de EE.UU. / AUS D'Arcy (Ecuación 10.2.2):

La misma pérdida de carga por fricción se obtiene mediante el uso de losdiferentes factores de fricción y las ecuaciones pertinentes D'Arcy. En lapráctica, ya sea para las tuberías de agua o tuberías de vapor, se dibuja unequilibrio entre el tamaño de la tubería y la pérdida de presión.

VaporTuberías de gran tamaño significa:

Tuberías, válvulas, accesorios, etc serán más caros de lo necesario. Costos de instalación más elevados se incurren, incluyendo el trabajo de

apoyo, aislamiento, etc Para tuberías de vapor se formará un mayor volumen de condensado debido a la

mayor pérdida de calor. Esto, a su vez, significa que o bien: - Se requiere más de purga de vapor, o - El vapor húmedo se entrega al punto de uso.

En un ejemplo particular:

El costo de instalación de 80 mm tubería de vapor se encontró que era 44% más alto que el costo de 50 mm de tuberías, lo que habría tenido la capacidad adecuada.

El calor perdido por la tubería aislada era algunos 21% superior de la tubería 80 mm de lo que hubiera sido de las tuberías 50 mm. Las partes no aisladas de la tubería de 80 mm perderían un 50% más de calor que el tubo de50 mm, debido a la superficie de transferencia de calor adicional.

Tuberías Undersized significa: Una presión más baja sólo está disponible en el punto de uso. Esto puede

dificultar el rendimiento del equipo debido a que el vapor de presión sólo inferior disponible.

Hay un riesgo de inanición de vapor. Hay un mayor riesgo de erosión, golpes de ariete y el ruido debido a la

inherente aumento en la velocidad de vapor.Como se mencionó anteriormente, el factor de fricción (f) puede ser difícil dedeterminar, y el propio cálculo es mucho tiempo especialmente para el flujo devapor turbulento. Como resultado, hay numerosos gráficos, tablas y reglas decálculo disponibles para relacionar tamaños de tuberías de vapor para caudales ycaídas de presión. Una caída de presión método de encolado, que ha resistido laprueba del tiempo, es el método de "factor de presión". Una tabla de valores delos factores de presión se utiliza en la ecuación 10.2.2 para determinar el factorde caída de presión para una instalación en particular.

Ecuación 10.2.8

Dónde:

F =Factor de presión

P 1

=Factor en la presión de entrada

P 2

=Factor de a una distanciade L metros

L =Longitud equivalente de

tubería (m)

Ejemplo 10.2.2Considere el sistema mostrado en la figura 10.2.6, y determinar el tamaño de latubería requerida desde la caldera hasta la línea de unidad de derivación delcalentador. Unidad de carga de vapor del calentador = 270 kg / h.

Lafigura. 10.2.6 Sistema utilizado para ilustrar el ejemplo 10.2.2

Aunque el calentador unidad sólo requiere 270 kg / h, la caldera tiene quesuministrar más de esto debido a las pérdidas de calor de la tubería.

La reserva para las instalaciones de tuberíasLa longitud del recorrido de la caldera para la calefacción unidad se conoce, perouna asignación debe ser incluido para la resistencia a la fricción adicional delos accesorios. Esto se expresa generalmente en términos de "longitud de tuberíaequivalente». Si se conoce el tamaño de la tubería, la resistencia de losaccesorios se puede calcular. A medida que el tamaño de la tubería no se conocetodavía en este ejemplo, una adición a la longitud equivalente se puede utilizarsobre la base de la experiencia.

Si la tubería es de menos de 50 metros de largo, agregue una asignación paraaccesorios de 10% a 20%.

Si la tubería es de más de 100 metros de largo y es una carrera bastante sencillo con pocos accesorios, se efectuó un ajuste para las guarniciones de5% a 10%.

Un tramo de tubería similar, pero con más accesorios, que aumentaría la asignación para el 20%.

En este caso, la longitud revisada = 150 M + 10% = 165 m

La reserva para las pérdidas de calor del tuboEl calentador de unidad requiere 270 kg / h de vapor, por lo que la tubería debellevar a esta cantidad, más la cantidad de vapor condensado por las pérdidas decalor de la principal. A medida que el tamaño de la principal es aún pordeterminar, los verdaderos cálculos no se pueden hacer, pero, suponiendo que elprincipal está aislado, puede ser razonable añadir 3,5% de la carga de vapor porcada 100 m de la longitud revisada como las pérdidas de calor . En este caso,la asignación adicional =

Carga de la caldera Revisada = 270 kg / h + 5,8% = 286 kg / h

De la Tabla 10.2.2 (un extracto de la tabla de factores de presión completa, Tabla10.2.5, que se puede encontrar en el Apéndice al final de este tutorial) "P" sepuede determinar mediante la búsqueda de los factores de presión P 1 y P 2 , ysustituyendo en la ecuación 10.2.8 ellos.

Tabla 10.2.2 Extracto de la tabla de factores de presión (Tabla 10.2.5)

A partir de la tabla de factores de presión (véase la Tabla 10.2.2):

P 1 (7,0 bar r) = 56.38 P 2 (6,6 bar r) = 51.05 Sustituyendo estos factores depresión (P 1 y P 2 ) en la ecuación 10.2.8 determinarán la valor de 'F':

Ecuación 10.2.8.

Siguiendo hacia abajo la columna de la mano izquierda de la capacidad de losgasoductos y la tabla de factores de caída de presión (Tabla 10.2.6 - Extracto demuestra en la Tabla 10.2.3); las dos lecturas más cercanas alrededor de laexigencia de 0.032 son 0.030 y 0.040. El siguiente factor menor siempre seselecciona, en este caso, 0.030.

Tabla 10.2.3 Extracto de la capacidad del gasoducto y la tabla de factores depresión (Tabla 10.2.6)

Aunque los valores se pueden interpolar, la tabla no se ajusta exactamente a ungráfico de línea recta, por lo que la interpolación no puede ser absolutamentecorrecto. Además, es una mala práctica a la medida de cualquier tubería, hasta ellímite de su capacidad, y es importante contar con un margen de maniobra para

permitir que los inevitables cambios en el futuro en el diseño. Desde factor de0.030, siguiendo la fila de figuras a la derecha se se verá que:

Una tubería de 40 mm llevará a 229,9 kg / h. Una tubería de 50 mm llevará a 501,1 kg / h.

Dado que la aplicación requiere 286 kg / h, se seleccionaría el tubo de 50 mm.

Habiendo dimensionado de la tubería utilizando el método de caída de presión, lavelocidad se puede comprobar si es necesario.

Dónde:

Visto de forma aislada, esta velocidad puede parecer baja en comparación con lasvelocidades máximas permitidas. Sin embargo, este vapor principal se hadimensionado para limitar la caída de presión, y el siguiente tamaño de la tuberíamás pequeña habría dado una velocidad de más de 47 m / s, y una presión finalmenor que el requisito de 6,6 bar r, lo cual es inaceptable. Como puede verse,este procedimiento es bastante complejo y se puede simplificar mediante el uso delnomograma se muestra en la figura 10.2.9 (en el Apéndice de este tutorial). Elmétodo de uso se explica en el ejemplo 10.2.3.

Ejemplo 10.2.3Utilizando los datos del Ejemplo 10.2.2, determinar el tamaño de la tuberíautilizando el nomograma se muestra en la figura 10.2.7.

Presión de entrada = 7 bar g caudal de vapor = 286 kg / h mínimo permisible P 2 =6,6 bar r

Método Seleccione el punto de la línea de vapor saturado a 7 bar g, y marca el

punto A . Desde el punto A , trace una línea horizontal a la velocidad de flujo de

vapor de 286 kg / h, y marca el punto B . Desde el punto B , trace una línea vertical hacia la parte superior del

nomograma (punto C ). Dibuja una línea horizontal desde 0,24 bar/100 m en la escala de pérdida de

presión (línea DE ). El punto en el que las líneas de DE y BC cruz indican el tamaño de la

tubería requerida. En este caso, un tubo de 40 mm es demasiado pequeño, y untubo de 50 mm se utiliza.

La figura. 10.2.7 tabla de tallas de tuberías de vapor - Pérdida de carga

Dimensionamiento de tuberías de la velocidadDe los conocimientos adquiridos en el comienzo de este tutorial, y en particularlas indicaciones de la ecuación de D'Arcy (Ecuación 10.2.1), se reconoce que lavelocidad es un factor importante en las tuberías de tamaño. Se deduce entonces,que si una velocidad razonable podría ser utilizado para un fluido particular quefluye a través de tuberías, a continuación, la velocidad podría ser utilizado comoun factor de tamaño práctico. Como regla general, se utiliza una velocidad de 25 a40 m / s cuando el vapor saturado es el medio. 40 m / s se debe considerar unlímite extremo, como por encima de este, el ruido y la erosión se llevarán a cabo

en particular si el vapor es húmedo . Incluso estas velocidades pueden ser altosen términos de su efecto sobre la pérdida de carga. En las líneas de suministromás largas, a menudo es necesario para restringir las velocidades de 15 m / s paraevitar caídas de presión.Se recomienda que las tuberías de más de 50 m de largosiempre se comprueban para la caída de presión, no importa lo que lavelocidad. Mediante el uso de la Tabla 10.2.4 como una guía, es posibleseleccionar tamaños de tubería a partir de datos conocidos; presión del vapor, lavelocidad y el caudal.

Tabla 10.2.4 saturados capacidades de los gasoductos de vapor en kg / h para

diferentes velocidades (Anexo 40 tubos)

Alternativamente, el tamaño de la tubería puede calcularse aritméticamente. Serequiere la siguiente información, y el procedimiento utilizado para el cálculo sedescribe a continuación.información necesaria para calcular el tamaño de latubería requerida:

u = La velocidad del flujo (m/ s)

v g

= Volumen específico (m³ / kg)

 s

= Caudal másico (kg / s)

= Caudal volumétrico (m³ / s) = ms x vg

A partir de esta información, el área de la sección transversal (A) de la tuberíase puede calcular:

Reordenando la fórmula para dar el diámetro de la tubería (D) en metros:

Ejemplo 10.2.4Un proceso requiere de 5 000 kg / h de vapor saturado seco a 7 bar g. Para lavelocidad de flujo no debe exceder los 25 m / s, determine el tamaño de latubería.

Donde

Por lo tanto, usando:

Dado que la velocidad del vapor no debe superar los 25 m / s, el tamaño de latubería debe ser de al menos 130 mm, el tamaño disponible en el mercado máscercano, 150 mm, sería seleccionado. Una vez más, un nomograma se ha creado parasimplificar este proceso, véase la Figura 10.2 0.8.

Ejemplo 10.2.5Utilizando la información del ejemplo 10.2.4, 10.2.6 Figura uso para determinar eltamaño mínimo aceptable tubería

Presión de entrada =7 bar g

Caudal de vapor =5000 kg/ h

La velocidad máxima =25 m / s

Método: Dibuja una línea horizontal desde la línea de temperatura de saturación a 7

bar g (Punto A ) en la escala de presión al caudal másico de vapor de 5 000 kg / h (punto B ).

Desde el punto B , trace una línea vertical a la velocidad del vapor de 25 m/ s (punto C ). Desde el punto C , trace una línea horizontal a través de laescala de diámetro de la tubería (punto D ).

Se requiere un tubo con un diámetro de 130 mm; el tamaño disponible comercialmente más cercana, 150 mm, sería seleccionado.

La figura. 10.2.8 tabla de tallas de tuberías de vapor - Velocity

Dimensionamiento de tuberías de vapor sobrecalentado deberEl vapor sobrecalentado se puede considerar como un gas seco y por lo tanto noconlleva la humedad. Por consiguiente no hay ninguna posibilidad de erosióntubería debido a las gotas de agua en suspensión, y las velocidades de vapor puedeser tan alta como 50 a 70 m / s si la caída de presión permite esto. Losnomogramas en las figuras 10.2.5 y 10.2.6 también se pueden utilizar paraaplicaciones de vapor sobrecalentado.

Ejemplo 10.2.6Utilizar el calor residual de un proceso, una caldera / sobrecalentador genera 30t / h de vapor sobrecalentado a 50 bar g, y 450 ° C para la exportación a unacentral eléctrica vecina.Si la velocidad no debe exceder los 50 m / s, determine:

1. El tamaño de la tubería sobre la base de la velocidad (uso figura 10.2.8).2. La caída de presión si la longitud de la tubería, incluyendo subsidios, se

encuentra a 200 m (uso Figura 10.2.9).

Parte 1 Utilizando la figura 10.2.8, dibuje una línea vertical desde 450 ° C en el

eje de temperatura hasta que cruce la línea de la barra 50 (Punto A ). Desde el punto A , el proyecto de una línea horizontal hacia la izquierda

hasta que se cruza con el vapor de escala 'caudal de masa' de 30 000 kg / h (30 t / h) (punto B ).

Desde el punto B , proyecto de una línea vertical hacia arriba hasta que corte 50 m / s en la escala de 'velocidad del vapor' (punto C ).

Desde el punto C , proyectar una línea horizontal hacia la derecha hasta quese cruza con la escala 'en el interior de diámetro de la tubería'.

La escala 'en el interior de tubo de diámetro' recomienda una tubería con undiámetro interior de unos 120 mm. De la Tabla 10.2.1 y suponiendo que la tuberíaserá la Lista 80 de tubería, el tamaño más cercano sería de 150 mm, que tiene undiámetro de 146,4 mm.

Parte 2 Utilizando la figura 10.2.7, dibuje una línea vertical desde 450 ° C en el

eje de temperatura hasta que cruce la línea de la barra 50 (Punto A ). Desde el punto A , el proyecto de una línea horizontal hacia la derecha

hasta que se cruza con la escala 'caudal másico de vapor' de 30 000 kg / h (30 t / h) (punto B ).

Desde el punto B , proyecto de una línea vertical hacia arriba hasta que se cruza con la escala 'en el interior de diámetro de la tubería "de (aproximadamente) 146 mm (punto C ).

Desde el punto C , proyecto de una línea horizontal hacia la izquierda hastaque se cruza con la escala 'pérdida de presión bar/100 m' (punto D ).

La escala de 'pérdida de presión bar/100 m' lee aproximadamente 0,9 bar/100 m. Lalongitud del tubo en el ejemplo es de 200 m, por lo que la caída de presión es:

Esta caída de presión debe ser aceptable en la planta de proceso.

Uso de fórmulas para establecer el caudal de vapor en la caída de presiónExisten fórmulas empíricas para aquellos que prefieren utilizar. Ecuaciones 10.2.9y 10.2.10 se muestran a continuación. Estos se han probado durante muchos años, yque parecen dar resultados cercanos al método del factor de presión. La ventaja deutilizar estas fórmulas es que pueden programarse en una calculadora científica, ouna hoja de cálculo, y por lo tanto utilizarse sin la necesidad de mirar lastablas y gráficos. La ecuación 10.2.10 requiere el volumen específico del vapor aser conocido, lo que significa que es necesario buscar este valor a partir de unamesa de vapor. También, la ecuación 10.2.10 debe restringirse a una longitudmáxima de tubería de 200 metros.

Fórmula de la caída de presión 1

Ecuación 10.2.9.

Dónde:

P  =Presión UpsTeam

1 (bar a)

P2 =Presión de salida (bar a)

L =Longitud del tubo (m)

s =Caudal másico (kg / h)

D =Diámetro del tubo (mm)

Fórmula de la caída de presión 2 (La longitud máxima de tubería: 200 metros)

La ecuación 10.2.10.

? P =Pérdida de carga (bar)

L =Longitud del tubo

vg =Volumen específico del vapor (m3/kg)

=Caudal másico (kg / h)

D =Diámetro del tubo (mm)

Dónde:

Superior

Resumen La selección del material de la tubería y el espesor de pared requerido para

una instalación en particular se estipula en las normas como la EN 45510 y ASME 31.1.

Selección del tamaño de la tubería adecuada (diámetro nominal) para una aplicación en particular se basa en la identificación precisa de la presión y el caudal. El tamaño de la tubería se puede seleccionar sobre la base de: - Velocidad (generalmente tubos de menos de 50 m de longitud). - Pérdidade carga (como regla general, la caída de presión no debe sobrepasar 0,1 bar/50 m.

Apéndice

F

actor de caída de presión Tabla 10.2.5 mesa (F)

Tabla 10.2.6 capacidad de canalización del factor de pérdida de carga

Gráfico de la figura 10.2.9 tubería de vapor de tamaño - Pérdida de carga

Gráfico de la figura 10.2.10 tubería de vapor de tamaño - Velocity