Springen naar inhoud

Directe stoominjectie


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Gosse

    Gosse


  • >25 berichten
  • 88 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 30 oktober 2007 - 09:04

Ik wil een tank met water opwarmen met directe stoominjectie.

De Totale warmte van de stoom gebruik ik dan om het water (in een tank) op te warmen. Waaruit een uiteindelijke temperatuur etc volgt. De vraag gaat echter niet zozeer om de berekening maar meer om de manier waarop we die stoom veilig kunnen injecteren.

Zelf zat ik te denken aan een ringleiding in de tank met daarin een aantal gaten die de stoom in de vloeistof laten.

Stel dat ik 3 bar(a) stoom nodig heb, door een 25mm leiding. De stoomtabel geeft aan dat ik dan 124 kg/uur stoom krijg. De opening moet dan zo gedimensioniseerd worden dat de 3 bar over meerdere gaten verdeeld wordt...

Ik probeer voor mezelf een beeld te krijgen hoe ik hieraan kan rekenen, hebben jullie nog ideeen?

Groet

Gosse

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 30 oktober 2007 - 10:28

Het is voor buitenstaanders niet te volgen hoe je aan die 124 kg/uur komt.

Bedenk wel dat als je stoom in water injecteerde die stoom verloren gaat. Het condensaat mengt met het water en wordt niet teruggevoerd naar het condensaatsysteem van de fabriek. Het waterniveau in de tank stijgt ook.

De 3 bar(a) die je noemt, is die van het stoomsysteem zelf?
Je hebt een regelklep nodig dus de stoomdruk is je ringleiding is lager. Je vertelt niet hoe hoog de tank is dus de tegendruk van het water is niet bekend.

Je moet het stoomsysteem beveiligen tegen terugloop van water uit de tank het stoomsysteem in wanneer daar even (voor wat voor reden dan ook) de druk wegvalt tot beneden de druk van het water (waterhoogte).

De uitlaat op het dak van de tank moet groot genoeg zijn om het maximaal mogelijke stoomdebiet af te voeren zonder dat de tank explodeert. Aangenomen dat de tank en dak heeft. Zonder dak echter verlies je door verdamping waterdamp die in de rest van de fabriek condenseert.

Doordat de stoombellen condenseren/imploderen in het water kan er geluid ontstaan en wellicht trillingen in de tankwand en de leidingen die aan de tank vastzitten. Hoe kleiner de belletjes hoe beter dus je sproeileiding moet veel kleine gaatjes hebben met een filter ervoor dat fijner is dan de gaatjes in je sproeileiding. En de sproeileiding moet van roestvaststaal (of zoiets) zijn om verstopping van gaatjes door roest te voorkomen.

Soms is het beter niet de tank op te warmen maar gewoon met een kleine warmtewisselaar de waterstroom die aan de tank onttrokken wordt. Het condensaat gaat dan niet verloren en de tank verliest geen warmte en hoeft niet geisoleerd, en je krijgt geen verdamping vanuit de warme tank. Aangezien je niet vermeldt hoeveel water opgewarmd moet worden en hoe snel dit water gebruikt wordt is niet te zeggen wat hier het beste is.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Gosse

    Gosse


  • >25 berichten
  • 88 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 november 2007 - 10:54

Fred

Bedankt voor je heldere aanwijzingen. De klant heeft gekozen voor deze vorm, persoonlijk heb ik ook liever een kleine heater / warmtewisselaar.

Ik wil 2000L water opwarmen in een tank van D=1500mm H=1500.

Om 2000L water te verwarmen van 15 naar 85C gebruik ik stoom.

Om het water op te warmen heb ik nodig:
Q=M.Cp.DT = 2000*4.2*70 = 588000 KJ

De stoom moet deze KJ leveren.
Er is 10 bar stoom, (maar het lijkt mij onverstandig rechtsreek 10bar te injecteren.

Stel ik gebruik wel deze 10 bar, door een DN20 leiding. Volgens de stoomtabel van bijvoorbeeld Econosto kom ik dan op 199 kg/uur stoom. Terwijl de stoom een Energie waarde heeft van 2776 KJ/KG

De stoom leverd dus 199*2776 552424 KJ stoom per uur. Om het water optewarem zou dus circa 1,1 uur nodig zijn.

Dat lijkt mij aan de hoge kant, terwijl ik de verliezen etc nog niet eens meeneem. Want ik ga uit van een 100% overdraging, en dat zal hier bij lange na niet het geval zijn.

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 02 november 2007 - 12:08

Terwijl de stoom een Energie waarde heeft van 2776 KJ/KG

Ik denk dat je de enthalpie van verzadigde stoom (~180 oC) van 10 bar bedoelt.
Maar die stoom verandert uiteindelijk in water van 85 oC, dus de energie die vrijkomt is niet die 2776 maar deze stoomenthalpie minus de enthalpie van water bij 85 oC. Het gaat dus om het enthalpieverschil van 2776 - 356 = 2420 kJ/kg. Je hebt dus meer stoom nodig dat je dacht, of het duurt nog langer dan je dacht. En denk eraan dat de stoom condenseert en de totale hoeveelheid water vergroot. Je begint met 2000 kg maar je eindigt met 2243 kg (2320 liter), of je begint met minder koud water om uiteindelijk 2000 liter warm water te krijgen.

Overigens kan het zijn dat de 10 bar stoom niet verzadigd is maar oververhit. Dan is die 2776 wat hoger, en wordt die 2420 ook wat hoger.

Je waterniveau boven de stoomleiding is maar ongeveer 1 meter. Om te vermijden dat een deel van de stoom gewoon uit het wateroppervlak borrelt (dus verloren gaat en uiteindelijk ergens anders condenseert) moet je de bodem van de tank vol leggen met stoomverdeelpijpen met veel kleine gaatjes om zoveel mogelijk en zo klein mogelijke stoombelletjes te produceren. Kleine belletjes lossen sneller op. Ze hebben meer oppervlak (dus betere warmte- en stofoverdracht) voor dezelfde massa en ze stijgen langzamer (meer wrijvingsweerstand).

Stel ik gebruik wel deze 10 bar, door een DN20 leiding. Volgens de stoomtabel van bijvoorbeeld Econosto kom ik dan op 199 kg/uur stoom.

199 kg/u stoom komt bij 180 oC en 1,1 bar (druk bij bodem van de tank) overeen met 380 m3/u. In een DN20 leiding is dat dan 336 m/s. Dat is gigantisch! Voor 10 bar is DN20 wellicht genoeg maar na de onmisbare regelklep heb je een veel lagere druk en dus een vťťl grotere leiding nodig. Eenmaal in de tank kan deze splitsen in een heleboel DN20-leidingen met daarin kleine gaatjes. De uiteinden van alle pijpen in de tank moeten dichtgelast zijn, anders werkt het niet.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

Gosse

    Gosse


  • >25 berichten
  • 88 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 november 2007 - 10:23

Ik snap jou laatste alinea niet,

10 bar stoom door een DN20 leiding, met een snelheid van 25m/s geeft het aantal kg/uur stoom. Jou redenatie naar 336m/s snap ik niet.

Probleem waar ik mee zit, wat gebeurd er als ik 10bar stoom in de tank ga injecteren? Dat kan toch nooit op een veilige manier? Ik moet dus de druk in de injectie leiding verkleinen (hersenspinsel) -> Moet ik dan de injectie openingen in serie, of parrallel van elkaar zetten. Mijn gevoel zegt in serie, de druk zal zich dan verdelen over de openingen toch?

Hoe bepaal ik dan de druk die door 1 opening zal ontsnappen.

Misschien denk ik ook wel compleet de verkeerde kant op...

HELLUP, dit is pittiger dan ik dacht...

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 07 november 2007 - 12:57

De druk onder in de tank is 1,1 bar (=atm + 1 m waterkolom) dus uit de gaatjes stroomt 380 m3/uur het water in (voor 199 kg/uur stoom). Je kunt geen stoom met 10 bar zomaar de tank in blazen.

Je hebt een regelklep nodig om de druk van 10 bar te reduceren naar iets boven die 1,1 bar waardoor het stoomvolume enorm toe neemt en de leidingdiameter dus ook moet toenemen.

Als ik er wat aan reken kom ik tot de conclusie dat het ondoenlijk is om de tankinhoud op te warmen met zo'n groot stoomdebiet. Je hebt een oppervlak aan gaatjes nodig groot genoeg om de stoomsnelheid te beperken tot hooguit 0,1 m/s. Dat betekent een gaatjesoppervlak van ~1 m2. Dat is meer dan 100.000 gaatjes van 3 mm. Bovendien moet je bedenken dan de tankdoorsnede slechts pi/4*D2 = 1,8 m2 is. Volkomen ondoenlijk dus om 199 kg/h in deze tank te sproeien d.m.v geperforeerde pijpen.

In plaats van zelf veel gaatjes in pijpen te boren kun je beter zogenaamde poreus metalen sproeiers (porous metal spargers) gebruiken. Hetzelfde principe als bruisstenen in een aquarium.
Zie bijvoorbeeld deze brochure en speciaal pagina 3:
IN-TANK / STATIC SPARGER DESIGN GUIDE
Gas Exit Velocity Chart.
In-Tank, Not Agitated:
5 - 10 FPM Design
25 FPM Maximum

FPM = feet per minute.
Met 0,1 m/s (= 20 FPM) stoomuitstroomsnelheid heb je dan ~1 m2 aan poreus metalen sproeiers nodig, te installeren op verdeelpijpen over de bodem van de tank. Nog steeds niet simpel.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

Gosse

    Gosse


  • >25 berichten
  • 88 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 november 2007 - 15:46

Fred,

Bedankt voor je heldere uiteenzettingen.

Het is mij inmiddels wel duidelijk dat ik beter voor een stoominjecteur kan gaan in plaats van zelf iets in elkaar te schroeven. Ik heb inmiddels contacten gelegd met Spirax Sarco.

Ben benieuwd wat er uit komt! Bedankt voor je hulp!





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures