Naczynia wzbiorcze i zbiorniki ciśnieniowe w obiegach chłodzenia centrów danych
Utworzono Dzisiaj
Zbiorniki wyrównawcze i zbiorniki ciśnieniowe w obiegach chłodzenia centrów danych
Zamknięta pętla wody lodowej wymaga granicy ciśnieniowej z trzech powodów, które ciągną w przeciwnych kierunkach: woda rozszerza się pod wpływem ciepła, ssanie pompy wymaga dodatniego ciśnienia, aby pozostać powyżej ciśnienia parowania, a górna część systemu wymaga drogi odprowadzenia nadmiaru ciśnienia, zanim najwytrzymalszy element osiągnie swoje dopuszczalne ciśnienie. Naczynie wzbiorcze odprowadza wodę do pętli w niskiej temperaturze, aby zastąpić objętość, którą woda oddaje podczas kurczenia się, i przyjmuje ją z powrotem, gdy pętla się nagrzewa. Dobór rozmiaru jest dwuetapowy. Pierwszy etap to zmiana objętości termicznej całkowitej wody w systemie w projektowym zakresie temperatur. Drugi etap to kwestia ciśnienia: ta objętość musi zostać zaabsorbowana między ciśnieniem wstępnym naczynia a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem, a stosunek między tymi dwiema wartościami, a nie sam zakres temperatur, określa fizyczny rozmiar naczynia. Wybór między naczyniem membranowym lub przeponowym a zbiornikiem ciśnieniowym z cechą zgodności wynika z tej klasy ciśnienia oraz z obowiązujących przepisów dotyczących urządzeń ciśnieniowych w miejscu eksploatacji instalacji dla zbiornika wyrównawczego wody lodowej
Dlaczego obieg zamknięty wymaga granicy ciśnieniowej
Otwarty system chłodni kominowej nie wymaga zbiornika ciśnieniowego w obiegu, ponieważ zbiornik wieży jest pod ciśnieniem atmosferycznym, a pompa wytwarza całe ciśnienie. Obieg zamknięty usuwa to odniesienie, więc pojawiają się jednocześnie trzy wymagania, które muszą być spełnione przy jednym poziomie ciśnienia w każdym punkcie obiegu dla wody lodowej w naczyniu wzbiorczym
Pierwszym jest rozszerzalność wody, która w obiegu zamkniętym nie ma gdzie się podziać. Drugim jest dolna granica: gdy instalacja jest zimna lub sekcja zostanie opróżniona, ciśnienie ssania pompy musi pozostać powyżej ciśnienia pary wodnej w najniższej oczekiwanej temperaturze. Trzecim jest górna granica: droga upustowa powyżej dopuszczalnego ciśnienia najsłabszego elementu. Określają one użyteczne pasmo ciśnienia dla wody lodowej w naczyniu wzbiorczym
Dobór naczynia wzbiorczego na podstawie objętości i zakresu temperatur
Pierwsze obliczenie jest obliczeniem cieplnym. Weź całkowitą objętość wody w systemie, w tym samo naczynie wzbiorcze, orurowanie, wymienniki ciepła oraz wszelkie podłączone naczynie lub zbiornik, i pomnóż ją przez współczynnik rozszerzalności objętościowej wody w zakresie projektowym. Współczynnik wynika z objętości właściwej wody w dwóch temperaturach: 1,000 L/kg przy 5 C i 1,008 L/kg przy 40 C dla wody chłodzonej w zbiorniku wyrównawczym
Używając wyłącznie przykładowych danych wejściowych, system zawierający 1000 m3 wody napełniony przy 5 C i zaprojektowany na 40 C wytwarza objętość rozszerzenia około 8,0 m3, co jest objętością, którą naczynie musi przyjąć i oddać. Mieszanka glikolu ma inną objętość właściwą, więc obieg wypełniony glikolem wykorzystuje właściwości glikolu do rozszerzalności wody chłodzonej w zbiorniku wyrównawczym
Etap | Dane wejściowe | Metoda | Wynik poglądowy |
Zmiana objętości termicznej | Całkowita objętość wody w systemie | Pomnóż przez współczynnik rozszerzalności wody | 1 000 m3 x 0,008 = 8,0 m3 |
Zakres ciśnienia | Ciśnienie wstępne i maksymalne dopuszczalne ciśnienie | Ustaw zakres, w którym pracuje zbiornik | Od 200 kPa abs do 700 kPa abs |
Współczynnik akceptacji | Te same dwa ciśnienia | Maksymalna dopuszczalna podzielona przez różnicę | 700 / (700 - 200) = 1,40 |
Objętość naczynia | Objętość rozszerzalna i współczynnik akceptacji | Pomnóż obie liczby | 8,0 x 1,40 = 11,2 m3 |
Ciśnienie wstępne, ciśnienie systemowe i kontrola akceptacyjna
Ciśnienie wstępne to ciśnienie poduszki gazowej w naczyniu, gdy jest ono odłączone od systemu i nie zawiera wody. Ustawia się je na podstawie zimnego ciśnienia statycznego na wysokości naczynia plus margines, dzięki czemu naczynie jest gotowe do przyjęcia skurczu instalacji podczas jej stygnięcia, zamiast być opróżniane przy każdym rozruchu. Nigdy nie ustawia się go na ciśnienie tłoczenia pompy dla wody lodowej w naczyniu wzbiorczym
Kontrola odbiorcza to zestaw odczytów, a nie obliczeń, i to właśnie tam wychwytuje się błędnie ustawione naczynie. Gdy system jest pełny, zimny i pompy są zatrzymane, ciśnienie na naczyniu powinno wynosić w przybliżeniu ciśnienie wstępne. Poniżej tej wartości poduszka gazowa utraciła ciśnienie lub nabrała wody; powyżej niej ciśnienie statyczne jest wyższe niż zakładane dla wody lodowej w naczyniu wzbiorczym
Porównanie naczyń przeponowych, workowych i z kodowanym oznaczeniem
Dwie konstrukcje bez kodowanego oznaczenia różnią się jednym szczegółem istotnym dla konserwacji: miejscem mocowania elastycznej membrany. W naczyniu przeponowym membrana jest przyspawana do płaszcza i do dennic, więc nie jest częścią utrzymującą ciśnienie i powolna utrata gazu nie tworzy ścieżki wycieku. W naczyniu workowym membrana jest osobnym workiem mocowanym przez denniki dla wody lodowej w naczyniu wzbiorczym
Membrana może być wymieniona bez spawania, dlatego jest powszechnie stosowana w większych zbiornikach i tam, gdzie okresowa wymiana membrany jest częścią planu konserwacji, ale z czasem absorbuje wodę na styku i musi być odnowiona z prawidłowo ustawionym ciśnieniem wstępnym. Zbiornik ciśnieniowy z cechą kodową to inny produkt, a nie lepsza wersja: jest projektowany, wytwarzany, testowany, cechowany i rejestrowany zgodnie z kodem zbiorników ciśnieniowych dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
Kiedy wymagany jest zbiornik z cechą kodową i co musi wykazywać dokumentacja
Decyzja jest podejmowana w dwóch etapach. Pierwszy jest regulacyjny: rozporządzenie dotyczące urządzeń ciśnieniowych w jurysdykcji, w której działa zakład, jest sprawdzane pod kątem ciśnienia projektowego, objętości zbiornika, klasyfikacji płynu i wszelkich wyłączeń specyficznych dla danej usługi. Organy regulacyjne zazwyczaj definiują próg jako kombinację objętości i ciśnienia, a zbiornik powyżej niego podlega certyfikacji projektowej dla naczynia wzbiorczego wody chłodzonej
Drugi etap to maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze systemu, a nie ciśnienie nominalne: obieg, w którym podczas rozruchu pompy może wystąpić skok do 900 kPa, może wymagać zbiornika z oznaczeniem kodowym, nawet jeśli ciśnienie robocze w stanie ustalonym jest umiarkowane. Dokumentacja jest wówczas konkretną listą: dla zbiornika według ASME Section VIII Div 1 — znak U z oznaczeniem i upoważnioną agencją inspekcyjną, rejestracja National Board, raport Form U-1, próba hydrostatyczna przy 1,3-krotności maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego oraz zapisy identyfikowalności materiałów dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej.
Odpowietrzanie, usuwanie powietrza i sekwencja rozruchu
Naczynie wzbiorcze, które nigdy nie zostało prawidłowo odpowietrzone, jest najczęstszą przyczyną sytuacji, w której instalacja ma ciśnienie, ale naczynie wzbiorcze nie działa. Uwięzione powietrze zalega nad słupem wody wewnątrz naczynia, spręża się dokładnie w taki sposób, w jaki powinna sprężać się poduszka gazowa, a naczynie zachowuje się wtedy tak, jakby miało jedynie ułamek swojej deklarowanej pojemności. Objawem jest powoli rosnące ciśnienie w instalacji z gorącym pęcherzem gazowym w naczyniu wzbiorczym wody chłodzonej
Sekwencja uruchomienia przebiega zgodnie z fizyczną kolejnością instalacji. Obieg napełnia się z punktu przyłączenia przy otwartych odpowietrznikach w najwyższych punktach, tak aby powietrze było wypychane do przodu, a nie uwięzione. Następnie naczynie zostaje odizolowane i odpowietrzone u góry po stronie wodnej w celu zweryfikowania ciśnienia po stronie gazowej względem ciśnienia wstępnego i uzupełnienia go, jeśli spadło, a ciśnienie na naczyniu odczytuje się w warunkach zimnego stanu statycznego dla naczynia wzbiorczego wody chłodzonej
Gdzie naczynie znajduje się w obiegu i jak jest odizolowane
Naczynie należy umieścić po stronie ssawnej pomp, podłączone do kolektora ssawnego w najniższym dostępnym punkcie. Po stronie ssawnej jest ono poddane najniższemu ciśnieniu w instalacji, co pozwala na utrzymanie niewielkiego ciśnienia wstępnego chroniącego pompę przed tworzeniem się pary, i to tam woda z niego wypływająca dociera do wlotu pompy. Można również zastosować naczynie po stronie tłocznej pompy, ale wtedy jest ono poddane pełnemu ciśnieniu pompy w przypadku wody chłodzonej w zbiorniku wyrównawczym
Szczegóły przyłączenia mają większe znaczenie niż położenie na rysunku. Każde naczynie wymaga zaworów odcinających, aby można je było zdemontować bez spuszczania wody z obiegu, zaworu spustowego w najniższym punkcie, aby można było opróżnić naczynie i wymienić przeponę lub membranę, oraz przyłącza do napełniania i odpowietrzania po stronie gazowej do ustawiania ciśnienia wstępnego. Przyłącze musi być również tak dobrane, aby nie ograniczało przepływu do naczynia podczas rozszerzania w przypadku wody chłodzonej w naczyniu wzbiorczym
Jakość wody, zgodność z glikolem i korozja
Płyn w obiegu determinuje jednocześnie kilka rzeczy: współczynnik rozszerzalności stosowany przy wymiarowaniu, zachowanie korozyjne materiałów mających kontakt z płynem oraz zgodność membrany z płynem znajdującym się wewnątrz niej. Obieg napełniony glikolem musi być zwymiarowany z uwzględnieniem właściwości glikolu, a membrana musi być przystosowana do tego glikolu przy projektowym stężeniu i temperaturze. Glikol z czasem ulega degradacji, a produkty degradacji są bardziej agresywne, dlatego pakiet inhibitorów i interwał wymiany płynu należą do programu jakości wody dla wody chłodzonej w naczyniu wzbiorczym.
Kwestia korozji jest odrębna od zgodności z płynem. W obiegu zamkniętym zwykle inicjatorem jest wnikanie tlenu, dlatego obiegi utrzymuje się pod ciśnieniem i odpowietrza przez urządzenie, które nie wpuszcza powietrza. Gdy napełnianie odbywa się przez otwarte przyłącze uzupełniające, należy uwzględnić naddatek na korozję oraz wybór między stalą węglową a stalą nierdzewną. W przypadku zbiornika powłokowego powłoka musi być zgodna z płynem i zweryfikowana przed napełnieniem w kontekście wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym
Lista specyfikacji i lista kontrolna przed rozruchem
Specyfikacja naczynia ciśnieniowego musi określać zakres ciśnień, zanim zostanie nazwane naczynie, ponieważ wszystko poniżej zależy od tego. Zapytanie ofertowe powinno zawierać całkowitą objętość wody w systemie wraz z orurowaniem, temperatury napełniania i maksymalną projektową, czynnik i jego stężenie, ciśnienie statyczne na wysokości naczynia przy zimnym napełnieniu, maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze obiegu, lokalne przepisy i ścieżkę certyfikacji oraz układ odcinania i odpowietrzania dla schłodzonej wody w zbiorniku wyrównawczym
Lista kontrolna przed uruchomieniem zamyka następnie lukę między obliczeniami a zainstalowanym naczyniem i jest krótka: identyfikacja naczynia i tabliczka znamionowa w porównaniu z projektem, ciśnienie wstępne zarejestrowane przed i po podłączeniu, odczyt ciśnienia zimnego napełnienia w porównaniu z ciśnieniem wstępnym, odpowietrzenie naczynia i najwyższych punktów obiegu, potwierdzone ustawienie zaworu bezpieczeństwa oraz położenie i zablokowanie każdego zaworu odcinającego dla wody chłodzonej w naczyniu wzbiorczym
· Całkowita objętość wody w instalacji, w tym rurociągi, wymienniki ciepła i ewentualny zbiornik dla wody chłodzonej w naczyniu wzbiorczym
· Temperatura napełniania i maksymalna temperatura projektowa oraz czynnik wraz z jego stężeniem dla wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym
· Ciśnienie statyczne na poziomie naczynia przy zimnym napełnieniu, używane do ustawienia ciśnienia wstępnego zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze obiegu oraz nastawa zaworu bezpieczeństwa dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Współczynnik akceptacji między ciśnieniem wstępnym a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Ścieżka certyfikacji: lokalne przepisy i wymagane oznakowanie dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Specyfikacja materiałów mających kontakt z wodą oraz materiał membrany wraz z jego klasą odporności na płyn i temperaturę dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Zawory odcinające, zawór spustowy, przyłącze napełniania i punkt odpowietrzania przy naczyniu dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
· Zapisy weryfikacji powłoki, w tym próba szczelności, przed napełnieniem dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
Studium przypadku projektu
Referencyjna dostawa dla tego zadania, zaczerpnięta ze zweryfikowanej biblioteki projektów. Poziom dopasowania C. Spawany zbiornik ciśnieniowy zaprojektowany zgodnie z EN 13445, ze stali ASTM A516 Gr.70, z powłoką epoksydową C5M do środowiska półmorskiego. Stanowi dowód zdolności inżynieryjnych i produkcyjnych w zakresie zbiorników ciśnieniowych. Nie jest to zbiornik certyfikowany według ASME Section VIII, dlatego nie jest używany jako przypadek ASME w tym artykule, zgodnie ze szczegółami dotyczącymi zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej.
Identyfikator projektu | Kraj | Produkt | Pojemność | Liczba zbiorników | Wymiary | Ukończenie | Zakres dostawy |
MT-PRESS-2.29 | Malta | Naczynie ciśnieniowe | 2,29 m3 | 2 | ID1240 × 1840 mm i ID1200 × 1665 mm | Nie odnotowano w dostępnym źródle | Nie odnotowano |
Spawany zbiornik ciśnieniowy zaprojektowany zgodnie z EN 13445, ze stali ASTM A516 Gr.70, z powłoką epoksydową C5M do środowiska półmorskiego. Świadczy to o zdolności inżynieryjnej i produkcyjnej w zakresie zbiorników ciśnieniowych. Nie jest to zbiornik certyfikowany według ASME Section VIII, więc nie jest używany jako przypadek ASME w tym artykule, jak szczegółowo opisano dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej.
Często zadawane pytania
P1. Dlaczego obieg zamknięty potrzebuje granicy ciśnieniowej?
Zamknięta pętla traci odniesienie atmosferyczne, które zapewnia system otwartej wieży, więc trzy wymagania muszą być spełnione wyłącznie przez poziom ciśnienia: woda rozszerza się podczas nagrzewania, ssanie pompy wymaga dodatniego ciśnienia, aby pozostać powyżej ciśnienia parowania, gdy instalacja jest zimna, a najwyższy punkt wymaga drogi odprowadzenia nadmiaru ciśnienia powyżej dopuszczalnego ciśnienia najsłabszego komponentu dla naczynia wzbiorczego wody chłodzonej
P2. Jak dobiera się pojemność naczynia wzbiorczego?
W dwóch etapach. Najpierw rozszerzalność cieplna całkowitej wody w systemie w zakresie projektowym jest obliczana na podstawie objętości właściwych wody, co daje objętość, którą naczynie musi przyjąć. Następnie ta objętość musi zostać zaabsorbowana między ciśnieniem wstępnym a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem, a stosunek tych dwóch wartości daje współczynnik akceptacji dla naczynia wzbiorczego wody chłodzonej
P3. Jaki jest związek między ciśnieniem wstępnym a ciśnieniem w systemie?
Ciśnienie wstępne jest ustalane na podstawie zimnego ciśnienia statycznego na wysokości naczynia plus margines obejmujący zmienność wysokości podnoszenia statycznego i spadek ciśnienia w rurociągach, dzięki czemu naczynie jest gotowe do przyjęcia skurczu, zamiast być opróżniane przy każdym rozruchu. Nigdy nie jest ustawiane na ciśnienie tłoczenia pompy. Kontrola akceptacji odczytuje ciśnienie naczynia przy zimnym napełnieniu dla naczynia wzbiorczego wody chłodzonej
P4. Jak wybrać naczynie z przeponą zamiast naczynia z pęcherzem?
Membrana jest przyspawana do płaszcza i pokryw końcowych, więc nie jest elementem utrzymującym ciśnienie i powolna utrata gazu nie staje się drogą wycieku. Pęcherz to oddzielny zamknięty worek mocowany pokrywami końcowymi i to on jest elementem utrzymującym ciśnienie, co czyni go wymiennym bez spawania, ale oznacza, że pochłania wodę chłodzoną w zbiorniku wyrównawczym
P5. Kiedy wymagane jest naczynie z kodem ASME?
Gdy lokalne przepisy dotyczące urządzeń ciśnieniowych klasyfikują zbiornik powyżej jego progu certyfikacji, zwykle określanego przez kombinację ciśnienia projektowego, objętości zbiornika i klasyfikacji płynu, lub gdy specyfikacja właściciela, ubezpieczyciela lub klienta wymaga certyfikacji niezależnie od tego progu. Sprawdzenie przeprowadza się względem maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego, a nie ciśnienia nominalnego dla wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym
P6. Jak przeprowadza się rozruch odpowietrzania i usuwania powietrza?
Obieg napełnia się z punktu przyłączenia przy otwartych odpowietrznikach w najwyższych punktach, tak aby powietrze zostało wyparte w kierunku przepływu. Następnie zbiornik zostaje odizolowany i odpowietrzony u góry w celu porównania ciśnienia po stronie gazowej z ciśnieniem wstępnym i uzupełniony, jeśli spadło, a ciśnienie na zbiorniku odczytuje się w zimnych warunkach statycznych w kontekście wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym
P7. Gdzie naczynie znajduje się w obiegu i w jaki sposób jest odizolowane?
Po stronie ssącej pomp, podłączone do kolektora ssącego w najniższym dostępnym punkcie, tak aby widziało najniższe ciśnienie w obiegu i mogło chronić pompę przed tworzeniem się pary przy niskim ciśnieniu wstępnym. Każde naczynie wymaga zaworów odcinających, zaworu spustowego do wymiany przepony oraz przyłącza do napełniania i odpowietrzania po stronie gazowej dla wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym
P8. Czego wymagają jakość wody i korozja?
Czynnik określa współczynnik rozszerzalności stosowany przy doborze, zachowanie korozyjne materiałów mających kontakt z cieczą oraz kompatybilność i klasę temperaturową membrany. Obiegi glikolowe są dobierane z uwzględnieniem właściwości glikolu, a pakiet inhibitorów i interwał wymiany czynnika należą do programu jakości wody, zgodnie ze szczegółami dla wody chłodzącej w naczyniu wzbiorczym.
Ciśnienie projektowe i temperatura projektowa muszą zostać ustalone przed wyborem jakiegokolwiek naczynia wzbiorczego, ponieważ zakres ciśnień między ciśnieniem wstępnym a maksymalnym dopuszczalnym ciśnieniem określa fizyczne wymiary naczynia, a lokalne przepisy dotyczące urządzeń ciśnieniowych decydują, czy naczynie jest oznakowanym urządzeniem ciśnieniowym, czy nieoznakowaną częścią ciśnieniową. Ta kolejność stanowi całą treść tego tematu: naczynie określone wyłącznie na podstawie zakresu temperatur będzie miało niewłaściwy rozmiar, a naczynie określone na podstawie ciśnienia nominalnego będzie miało niewłaściwą klasę certyfikacji. Dwa etapy obliczeń — kontrola akceptacji ciśnienia wstępnego i sekwencja rozruchu — to właśnie to, co przekształca specyfikację w naczynie, które można zweryfikować jako spełniające swoje zadanie, do którego zostało zakupione, dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
Porozmawiaj z inżynierem
Dla naczynia wzbiorczego lub zbiornika ciśnieniowego w obiegu wody chłodzonej należy podać całkowitą objętość wody w instalacji, w tym rurociągi i wymienniki ciepła, temperaturę napełniania i projektową temperaturę maksymalną, czynnik i jego stężenie, ciśnienie statyczne na wysokości naczynia przy zimnym napełnieniu, maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze obiegu i zamierzone ustawienie zaworu bezpieczeństwa, lokalne przepisy dotyczące urządzeń ciśnieniowych i wymaganą ścieżkę certyfikacji oraz układ odcinania i odpowietrzania. Zwrócimy opracowanie doboru rozmiaru pokazujące objętość rozszerzalności cieplnej, współczynnik akceptacji, wynikową objętość naczynia, ciśnienie wstępne do ustawienia i odczyty akceptacji do zarejestrowania, zalecenie materiału i membrany oraz listę kontrolną przed uruchomieniem dla miejsca instalacji zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej
O Center Enamel
Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) to profesjonalny producent od 2008 roku, specjalizujący się w projektowaniu i wytwarzaniu zbiorników magazynowych skręcanych. Zakres produktów obejmuje zbiorniki ze stali powlekanej szkłem (GFS), zbiorniki z żywicy epoksydowej utwardzanej termicznie (FBE), zbiorniki ze stali nierdzewnej, zbiorniki ze stali ocynkowanej oraz aluminiowe kopuły geodezyjne, wraz ze wsparciem technicznym EPC i osprzętem do zbiorników. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001, ISO 14001 i ISO 45001, a zakres produktów posiada certyfikaty NSF/ANSI 61, WRAS, CE i EN 1090, ISO 28765, AWWA D103-09 i NFPA, tam gdzie wymaga tego zastosowanie. Firma posiada blisko 200 patentów na emaliowanie, prowadzi bazę produkcyjną o powierzchni 150 000 m2, produkuje około 300 000 blach stalowych powlekanych emalią rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarczyła zbiorniki do ponad 100 krajów. Zdolność projektowania inżynieryjnego obejmuje zbiorniki o pojemności do 60 000 m3, zgodnie ze szczegółami dla zbiornika wyrównawczego wody chłodzonej.
WhatsApp