Steam Sparger: Aplikasi, Kriteria Seleksi, dan Panduan Praktis

Steam sparger adalah sepotong pipa yang murah hingga saat pipa tersebut mulai membentur penyangganya, dan pada saat itu tangki yang ditempatinya biasanya sudah mengalirkan jalur produksi.

Ambil tangki berukuran 20 meter kubik yang harus berubah dari 15 derajat C menjadi 80 derajat C dalam 45 menit. Tugasnya sekitar 2.000 kW. Pada 6 bar g, dengan kondensat yang keluar mendekati suhu tangki, satu kilogram steam melepaskan sekitar 2.400 kJ setelah panas masuk akal dimasukkan, sehingga sparger harus mengeluarkan sekitar 3,0 t/jam. Angka tersebut menentukan ukuran lubang, jumlah lubang, dan kecepatan pipa agar dapat bertahan.

Ukurannya terlalu kecil dan batchnya tidak pernah mencapai suhu. Ukurannya terlalu besar dan pipa akan bersiul, bergetar, dan retak di antara barisan lubang dalam beberapa musim.

Apa yang Dilakukan Steam Sparger

Steam sparger adalah pemanas kontak langsung: pipa yang dibor dimasukkan ke dalam bejana berisi cairan, di mana uap disuntikkan dan dikondensasikan ke dalam cairan itu sendiri.

Definisi: steam sparger, disebut juga pipa sparge, adalah pipa injeksi uap berlubang yang dibuang di bawah permukaan cairan tangki atau bejana. Panas berpindah melalui kondensasi langsung pada antarmuka gelembung, bukan melalui dinding logam.

Cara kerja perpindahan panas

Uap meninggalkan setiap lubang sebagai pancaran berkecepatan tinggi, pecah menjadi gelembung dan pecah saat panas laten berpindah ke cairan di sekitarnya. Tidak ada dinding yang memisahkan uap dari produk, sehingga efisiensi pada titik injeksi mendekati 100 persen. Kendalanya terletak pada hal lain: kondensat mengencerkan batch, cairan tidak dapat melewati suhu saturasi steam pada tekanan suplai, dan energi pencampuran harus berasal dari jet itu sendiri.

Dimana sparger digunakan

• Cuci, bilas, dan bersihkan tangki di pabrik makanan dan minuman
• Pencucian komponen dan rendaman fosfat dalam finishing logam
• Deaerator air umpan boiler dan tangki kondensat
• Kolam pengolahan dan netralisasi air

Kebanyakan sparger beroperasi dengan uap antara 2 dan 8 bar g dan mampu mengalirkan kecepatan antara 500 kg/jam hingga 15 t/jam, sehingga jendela desainnya lebar namun mode kegagalannya konsisten.

Mengukur Sparger: Beban Uap, Luas Lubang dan Lubang

Ukuran sparger dikurangi menjadi tiga angka, dan segala hal lainnya, termasuk kebisingan dan getaran, mengikuti dari angka tersebut: aliran massa uap, lubang pipa sparge, dan total luas lubang.

Aliran uap berasal dari keseimbangan energi. Kalikan massa cairan ditambah jumlah air yang setara dengan dinding tangki dengan panas jenis dan kenaikan suhu, bagi dengan waktu pemanasan untuk mendapatkan kW, lalu bagi dengan panas setiap kilogram uap yang dilepaskan: panas laten pada tekanan suplai ditambah panas masuk akal yang dilepaskan kondensat saat turun ke suhu cair.

Pada 6 bar g penyebutnya kira-kira 2.400 kJ/kg. Pada tekanan 3 bar g, tekanannya turun menjadi sekitar 2.250 kJ/kg, dan sparger memerlukan sekitar 7 persen lebih banyak uap untuk tugas yang sama. Tambahkan 5 hingga 10 persen untuk kehilangan panas dari permukaan tangki.

Pola lubang dan aturan tata letak

Pola lubang menentukan apakah tangki memanas secara merata atau mengembangkan gradien 10 hingga 15 derajat C dari satu ujung ke ujung lainnya.

1. Atur lubang dari aliran uap maksimum pada 20 hingga 25 m/s, kemudian periksa pipa yang sama tidak jatuh di bawah 10 m/s pada penurunan minimum.
2. Hitung total luas lubang dari batas kecepatan keluar, lalu tambahkan 50 hingga 100 persen lebih banyak lubang untuk memungkinkan penyumbatan sebagian.
3. Susun lubang dalam dua baris terhuyung-huyung 45 derajat di bawah horizontal, atau satu baris menghadap ke bawah. Jangan pernah menghadapkannya ke atas.
4. Beri jarak lubang dengan jarak 8 hingga 12 diameter di sepanjang lintasan sehingga jet menyapu tangki, bukan di satu sudut.
5. Miringkan pipa kembali ke arah saluran masuk dan tiriskan bagian bawahnya, sehingga kondensat tidak dapat mengalir sebagai slug ketika katup terbuka.

Sparger bukanlah alat pencampur. Jika tidak ada agitasi lain yang terjadi, pancaran harus menyapu seluruh volume, yang biasanya berarti aliran yang lebih panjang dengan lubang yang lebih banyak dan lebih kecil daripada pipa pendek dengan beberapa lubang besar.

Mode Kegagalan dan Perbandingannya

Ada tiga jenis kegagalan yang menyebabkan waktu henti yang paling jarang terjadi: water hammer saat start-up, keretakan kelelahan termal di antara deretan lubang, dan kerusakan akibat getaran pada penyangga dan sambungan cabang.

• Mengetuk saat katup uap terbuka menunjukkan kondensat berada di saluran. Pasang kantong pembuangan di ujung bawah dan buka katup secara perlahan.
• Retakan yang menjalar di antara lubang setelah 12 hingga 24 bulan berarti bagian atas pipa mengalami siklus antara basah dan kering. Tingkatkan perendaman atau kencangkan pita pengatur level.
• Penopang yang aus dan las cabang yang retak berasal dari getaran. Bawa kecepatan keluar lubang di bawah 30 m/s dan tambahkan pemandu di dekat titik tengah.
• Zona panas dekat saluran masuk dengan cairan dingin lebih jauh berarti terlalu sedikit lubang dengan diameter terlalu besar. Hitung ulang total luas lubang terlebih dahulu.

Sparging adalah cara termurah untuk memanaskan cairan dan paling tidak dapat dikontrol. Ketika proses membutuhkan dua derajat terakhir, sparger saja tidak akan mampu mewujudkannya.

Bahan, Kode dan Pemeriksaan Pengadaan

Untuk air dan sebagian besar cairan proses, baja tahan karat 316L dengan ketebalan dinding minimum jadwal 40 adalah standar praktis untuk pipa sparge. Baja karbon hanya dapat diterima dalam sistem tertutup dan diolah dimana kimia air dikontrol.

• Konfirmasikan kode perpipaan mana yang mengatur saluran: ASME B31.1 untuk perpipaan daya, B31.3 untuk perpipaan proses.
• Mintalah gambar pola lubang dengan diameter, jarak, jumlah baris dan toleransi posisi.
• Memerlukan uji hidrostatik pada tekanan desain 1,5 kali dan inspeksi penetran pewarna pada baris lubang pada garis kritis.
• Minta sertifikat material ke EN 10204 3.1 dan peta las dengan catatan kualifikasi tukang las.
• Beli dari fabrikator yang bisa konfirmasi masukan panas dan konversi model tata letak 3D sebelum pengelasan dimulai, karena disitulah sebagian besar pengerjaan ulang lapangan dimulai.

Pipa sparge adalah bagian bertekanan. Ini harus dibeli dengan dokumentasi yang sama seperti komponen tekanan lainnya dalam sistem uap, meskipun terlihat seperti pipa bor yang panjang.

Sistem Pemulihan Panas di Balik Sparger

Di sebagian besar pabrik, uap yang disuntikkan sparger tidak dihasilkan untuk tujuan tersebut. Energi ini diperoleh dari gas buang atau panas limbah proses, dan itulah yang membuat perekonomian berhasil.

Spesifikasi sparger biasanya hadir dengan sumber uap yang sudah diperbaiki: generator uap pemulihan panas pada knalpot turbin gas, ketel uap panas limbah di bagian hilir tanur atau tungku, atau saluran utama uap pembangkit listrik. Memulihkan 10 persen panas lagi dalam gas buang akan mengubah keuntungan pemasangan sparger dari tahun ke bulan, dan hal ini sering kali meningkatkan tekanan yang tersedia di sparger, sehingga memperluas kisaran suhu yang dapat dicapai tangki.

Boiler Panas Limbah Industri untuk Pemulihan Gas Buang HRSG Beradaptasi dengan baja, bahan kimia, semen, dan gas buang peleburan, memulihkan limbah panas dengan kapasitas uap fleksibel dan desain tahan korosi. Lihat Produk →

Rantai pemulihan sama pentingnya dengan sparger itu sendiri. Tabung bersirip adalah elemen perpindahan panas dasar dalam economizer dan generator uap pemulihan panas, dan pilihan antara desain tipe H, spiral, dan pipa panas menentukan seberapa banyak pengotoran yang dapat ditoleransi oleh suatu unit dan seberapa mudah unit tersebut dapat dibersihkan. Dalam gas buang yang berdebu, tabung bersirip tipe H menjaga jalur gas tetap lurus dan lebih mudah terkena jelaga, sedangkan tabung bersirip spiral mengemas lebih banyak permukaan ke dalam volume yang sama dan cocok untuk gas yang lebih bersih.

Tabung Bersirip Spiral untuk Boiler dan Pemulihan Panas Limbah Komponen penukar panas berefisiensi tinggi dengan geometri sirip yang dapat disesuaikan, cocok untuk gas buang yang lebih bersih yang memerlukan permukaan perpindahan panas yang kompak. Lihat Produk →

Di bagian hilir bundel tabung, economizer melakukan pekerjaan bersuhu rendah, mengeluarkan panas terakhir yang berguna dari gas buang sebelum mencapai tumpukan. Dalam pembuangan peralatan proses, korosi ujung dingin dan titik embun asam harus diseimbangkan dengan panas ekstra yang diperoleh kembali.

Economizer untuk Peralatan Proses Kimia dan Petrokimia Gas Buang Memulihkan limbah panas bersuhu rendah dari kilang dan pembuangan proses metanol dengan konstruksi tahan korosi tersegel dan pemantauan untuk pengoperasian variabel. Lihat Produk →

Apapun konfigurasinya, permukaan perpindahan panas adalah tempat terjadinya pengotoran, erosi dan getaran pertama kali perencanaan inspeksi tabung bersirip termasuk dalam percakapan yang sama dengan pemeliharaan sparger.

Sebuah sparger hanya semurah uap di belakangnya. Pulihkan uap itu di hulu dan seluruh perhitungan berubah.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Bagaimana cara menghitung aliran uap untuk sparger?

Kalikan massa cairan ditambah jumlah air yang setara dengan tangki dengan kalor jenis dan kenaikan suhu, bagi dengan waktu pemanasan untuk mendapatkan kW, lalu bagi dengan kalor yang dilepaskan per kilogram uap. Pada 6 bar g dengan kondensat yang keluar pada suhu tangki sekitar 2.400 kJ/kg, maka tugas 2.000 kW memerlukan sekitar 3,0 t/jam. Tambahkan 5 hingga 10 persen untuk kehilangan panas selama pemanasan.

Mengapa pipa sparge terbentur saat katup uap terbuka?

Kondensat. Pipa sparge yang menganggur terisi dengan air, dan uap yang masuk dengan aliran penuh mendorong slug tersebut di sepanjang saluran. Miringkan pipa kembali ke kantong pembuangan, keluarkan kondensat sebelum katup terbuka, dan naikkan aliran secara perlahan. Pada jalur yang lebih besar, biaya bypass pemanasan jauh lebih murah dibandingkan kerusakan yang diakibatkan oleh peristiwa palu air.

Seberapa dalam sparger harus direndam?

Setidaknya 300 mm di bawah level cairan operasi terendah, dengan jarak bebas 100 hingga 200 mm di atas lantai tangki. Perendaman yang lebih dangkal menyebabkan percikan dan kebisingan, dan menyebabkan bagian atas pipa menjadi kering dan berputar, yang merupakan penyebab umum terjadinya retakan lelah di antara deretan lubang.

Tiga angka mengatur sparger: aliran uap, luas lubang, dan kedalaman perendaman. Lakukan ketiganya dengan benar dan sisanya adalah dokumentasi.

Spargers tidak perlu rumit, tapi perlu diperhitungkan. Volume tangki menentukan tugas, tugas menentukan aliran uap, aliran uap menentukan lubang dan luas lubang, dan perendaman menentukan apakah pipa akan bertahan sesuai umur desainnya atau retak pada musim kedua.

Sparger adalah bagian tekanan dengan fungsi proses. Ukur dari keseimbangan energi, buat lubang untuk rentang turndown penuh, dan beli dengan dokumen yang sama dengan sistem uap lainnya.