Расширительные сосуды и сосуды под давлением в контурах охлаждения центров обработки данных
Создано Сегодня
Расширительные сосуды и сосуды под давлением в контурах охлаждения центров обработки данных
Замкнутый контур охлаждённой воды нуждается в границе давления по трём причинам, которые тянут в противоположные стороны: вода расширяется при нагреве, на всасывании насоса необходим положительный подпор, чтобы оставаться выше давления насыщения, а верхняя точка системы нуждается в пути сброса давления до того, как самый нагруженный компонент достигнет допустимого давления. Расширительный бак разгружается в контур при низкой температуре, чтобы восполнить объём, который вода отдаёт при сжатии, и принимает его обратно по мере нагрева контура. Подбор размера выполняется в два этапа. Первый этап — тепловое изменение объёма всей воды в системе в диапазоне проектных температур. Второй этап — вопрос давления: этот объём должен быть поглощён между давлением предварительной зарядки бака и максимально допустимым давлением, и именно соотношение между этими двумя величинами, а не только диапазон температур, определяет физический размер бака. Выбор между мембранным баком или баком с баллоном и сосудом под давлением с клеймом соответствия следует из этого класса давления и из действующего регламента по оборудованию под давлением в месте эксплуатации установки для расширительного бака охлаждённой воды
Почему замкнутому контуру нужна граница давления
Система открытой охлаждающей башни не требует сосуда под давлением в контуре, поскольку бассейн башни находится при атмосферном давлении, а насос создаёт весь напор. Замкнутый контур устраняет эту точку отсчёта, поэтому сразу возникают три требования, которые должны быть выполнены при одном уровне давления в каждой точке контура для охлаждённой воды расширительного бака
Первое — это расширение воды, которой в замкнутом контуре некуда деваться. Второе — нижний предел: когда установка холодная или участок опорожняется, давление на всасывании насоса должно оставаться выше давления паров воды при наименьшей ожидаемой температуре. Третье — верхний предел: путь сброса давления выше допустимого давления самого слабого компонента. Эти требования определяют рабочий диапазон давления для охлаждённой воды расширительного бака
Подбор расширительного сосуда по объёму и диапазону температур
Первый расчёт — тепловой. Возьмите общий объём воды в системе, включая сам расширительный бак, трубопроводы, теплообменники и любой подключённый сосуд или бассейн, и умножьте его на коэффициент объёмного расширения воды в расчётном диапазоне. Коэффициент получается из удельного объёма воды при двух температурах: 1,000 л/кг при 5 °C и 1,008 л/кг при 40 °C для охлаждённой воды в расширительном баке.
Используя только иллюстративные исходные данные, система, содержащая 1 000 м3 воды, заполненная при 5 °C и рассчитанная на 40 °C, даёт объём расширения около 8,0 м3 — это объём, который бак должен принять и вернуть. Смесь с гликолем имеет другой удельный объём, поэтому контур с гликолем использует свойства гликоля для охлаждённой воды в расширительном баке.
Этап | Входные данные | Метод | Иллюстративный результат |
Тепловое изменение объема | Общий объем воды в системе | Умножить на коэффициент расширения воды | 1 000 м3 x 0,008 = 8,0 м3 |
Диапазон давления | Предварительная зарядка и максимально допустимое давление | Задайте диапазон, в котором работает сосуд | от 200 кПа абс. до 700 кПа абс. |
Коэффициент приёмки | Те же два давления | Максимально допустимое, делённое на разность | 700 / (700 - 200) = 1,40 |
Объём сосуда | Объём расширения и коэффициент запаса | Умножьте две величины | 8,0 x 1,40 = 11,2 м3 |
Предварительная зарядка, давление в системе и проверка запаса
Предварительная зарядка — это давление газовой подушки в сосуде, когда он отключён от системы и не содержит воды. Оно устанавливается исходя из холодного статического давления на высоте установки сосуда плюс запас, чтобы сосуд был готов принять сжатие контура при его остывании, а не опустошался при каждом запуске. Оно никогда не устанавливается равным давлению нагнетания насоса для расширительного бака в системе охлаждённой воды
Приёмочная проверка — это набор показаний, а не расчёт, и именно на этом этапе выявляется неправильно настроенный сосуд. При заполненной системе, холодном состоянии и остановленных насосах давление на сосуде должно показывать приблизительно предварительную зарядку. Ниже этого значения газовая подушка потеряла давление или набрала воду; выше — статическое давление выше, чем предполагалось для расширительного бака системы охлаждения
Сравнение мембранных, баллонных и кодированных сосудов под давлением
Две некодированные конструкции различаются в одной детали, важной для обслуживания: где закреплена гибкая мембрана. В мембранном сосуде мембрана приварена к корпусу и к торцевым крышкам, поэтому она не является частью, удерживающей давление, и медленная потеря газа не создаёт пути утечки. В баллонном сосуде мембрана представляет собой отдельный мешок, удерживаемый торцевыми крышками для расширительного бака системы охлаждения
Мембрана может быть заменена без сварки, поэтому она распространена на более крупных сосудах и там, где периодическая замена мембраны является частью плана технического обслуживания, но она со временем поглощает воду на границе раздела и должна быть заменена с правильной настройкой предварительной зарядки. Сосуд под давлением с кодовым клеймом — это другой продукт, а не улучшенная версия: он спроектирован, изготовлен, испытан, заклеймён и зарегистрирован в соответствии с кодом сосудов под давлением для расширительного бака системы охлаждённой воды
Когда требуется сосуд с кодовым клеймом и что должна показывать документация
Решение принимается в два этапа. Первый — нормативный: регламент по оборудованию, работающему под давлением, в юрисдикции, где эксплуатируется установка, проверяется на соответствие расчётному давлению, объёму сосуда, классификации жидкости и любым исключениям для конкретного применения. Регуляторы обычно определяют порог как комбинацию объёма и давления, и сосуд, превышающий его, подпадает под сертификацию проекта для расширительного бака системы охлаждённой воды
Вторая стадия — это максимально допустимое рабочее давление системы, а не номинальное давление: контур, в котором при запуске насоса возможен скачок давления до 900 кПа, может потребовать маркированного сосуда даже там, где установившееся рабочее давление невелико. Документация в этом случае представляет собой конкретный перечень: для сосуда по ASME Section VIII Div 1 — клеймо U с обозначением и уполномоченным инспекционным органом, регистрация в National Board, отчёт по форме U-1, гидростатическое испытание при давлении, в 1,3 раза превышающем максимально допустимое рабочее давление, и записи о прослеживаемости материалов для охлаждённой воды расширительного бака.
Удаление воздуха, деаэрация и последовательность пусконаладки
Расширительный бак, который никогда не был должным образом проветрен, является наиболее частой причиной системы, в которой есть давление, но нет работающего расширительного бака. Застрявший воздух находится над столбом воды внутри бака, он сжимается точно так же, как должен сжиматься газовый буфер, и бак затем ведёт себя так, как будто он составляет лишь часть своего заявленного размера. Симптом — медленно растущее давление в системе с горячим газовым пузырём для расширительного бака охлаждённой воды
Последовательность ввода в эксплуатацию следует физическому порядку системы. Контур заполняется из точки подключения при открытых верхних воздушниках, чтобы воздух вытеснялся вперёд, а не задерживался. Затем бак изолируется и продувается в верхней части водяной стороны для проверки давления газовой стороны относительно предварительной зарядки и подзаряжается, если оно упало, а давление на баке считывается в холодных статических условиях для расширительного бака охлаждённой воды
Где сосуд расположен в контуре и как он изолирован
Сосуд должен находиться на стороне всасывания насосов и быть подключён к всасывающему коллектору в самой низкой доступной точке. На стороне всасывания он испытывает наименьшее давление в системе, что позволяет умеренной предварительной зарядки защищать насос от образования паров, и именно туда вода, которую он сбрасывает, достигает входа насоса. Сосуд на стороне нагнетания насоса также может использоваться, но тогда он испытывает полный напор насоса для расширительного бака чиллерной воды
Детали подключения важнее, чем положение на чертеже. Каждый сосуд должен иметь изолирующие клапаны, чтобы его можно было снять без слива контура, дренажный клапан в самой низкой точке, чтобы сосуд можно было опорожнить и заменить мембрану или диафрагму, а также соединение для зарядки и выпуска воздуха на газовой стороне для настройки предварительного давления. Соединение также должно быть рассчитано так, чтобы не ограничивать поток в сосуд во время расширения для чиллерной воды расширительного бака
Качество воды, совместимость с гликолем и коррозия
Жидкость в контуре определяет сразу несколько вещей: коэффициент расширения, используемый при подборе, коррозионное поведение смачиваемых материалов и совместимость мембраны с жидкостью внутри неё. Контур, заряженный гликолем, должен подбираться с учётом свойств гликоля, а мембрана должна быть рассчитана на этот гликоль при проектной концентрации и температуре. Гликоль со временем деградирует, и продукты деградации более агрессивны, поэтому пакет ингибиторов и интервал замены жидкости относятся к программе контроля качества воды для чиллерной воды в расширительном баке.
Вопрос коррозии отделён от вопроса совместимости с теплоносителем. В замкнутом контуре обычным инициатором коррозии является попадание кислорода, поэтому контуры поддерживаются под давлением и воздух удаляется через устройство, не пропускающее воздух внутрь. Если подпитка осуществляется через открытое соединение, необходимо учитывать припуск на коррозию и выбор между углеродистой и нержавеющей сталью. Для ёмкости с покрытием покрытие должно быть совместимо с теплоносителем и проверено перед заполнением для охлаждённой воды расширительного бака
Перечень технических требований и контрольный список предпусковых проверок
Спецификация сосуд под давлением должен зафиксировать диапазон давления до того, как он назовёт сосуд, потому что всё последующее зависит от него. Запрос на коммерческое предложение должен содержать общий объём воды в системе, включая трубопроводы, температуры заполнения и максимальную расчётную температуру, теплоноситель и его концентрацию, статическое давление на отметке сосуда при холодном заполнении, максимально допустимое рабочее давление контура, местные нормативные требования и порядок сертификации, а также схему изоляции и вентиляции охлаждённой воды расширительного бака.
Затем предпусковой контрольный перечень закрывает разрыв между расчётом и установленным сосудом, и он краток: идентификация сосуда и заводская табличка в соответствии с проектом, запись предварительной зарядки до и после подключения, показание давления холодной заливки в сравнении с предварительной зарядкой, выпуск воздуха из сосуда и верхних точек контура, подтверждение настройки предохранительного клапана, а также положение и фиксация каждого запорного клапана для охлаждённой воды расширительного бака
· Общий объём воды в системе, включая трубопроводы, теплообменники и любой бак для охлаждённой воды расширительного бака
· Максимальная температура заполнения и расчётная максимальная температура, а также жидкость с её концентрацией для охлаждённой воды расширительного бака
· Статическое давление на уровне сосуда при холодном заполнении, используемое для настройки предварительной зарядки расширительного бака системы охлажденной воды
· Максимально допустимое рабочее давление контура и настройка предохранительного клапана для расширительного бака системы охлажденной воды
· Коэффициент приемлемости между предварительной зарядкой и максимально допустимым давлением для расширительного бака системы охлажденной воды
· Путь сертификации: местные нормативы и требуемое клеймение для расширительного бака системы охлажденной воды
· Спецификация материалов, контактирующих с жидкостью, и материал мембраны с его оценкой по жидкости и температуре для расширительного бака системы охлажденной воды
· Изолирующие клапаны, дренажный клапан, подключение для зарядки и точка выпуска воздуха на сосуде для расширительного бака системы охлажденной воды
· Записи проверки покрытия, включая испытание на герметичность, перед заполнением для расширительного бака системы охлажденной воды
Тематическое исследование проекта
Референсная поставка для этой задачи, взятая из проверенной библиотеки проектов. Уровень соответствия C. Сварной сосуд под давлением, спроектированный по EN 13445, из стали ASTM A516 Gr.70, с эпоксидным покрытием C5M для полуморской среды. Это подтверждает возможности проектирования и изготовления сосудов под давлением. Это не сосуд, сертифицированный по ASME Section VIII, поэтому он не используется в качестве примера ASME в данной статье, как подробно описано для расширительного бака системы охлаждённой воды.
Идентификатор проекта | Страна | Продукт | Мощность | Количество баков | Размеры | Завершение | Объём поставки |
MT-PRESS-2.29 | Мальта | Сосуд под давлением | 2,29 м3 | 2 | ID1240 × 1840 мм и ID1200 × 1665 мм | Не зафиксировано в доступном источнике | Не зафиксировано |
Сварной сосуд под давлением, спроектированный по EN 13445, из стали ASTM A516 Gr.70, с эпоксидным покрытием C5M для полуморской среды. Это подтверждает возможности проектирования и изготовления сосудов под давлением. Это не сосуд, сертифицированный по ASME Section VIII, поэтому в данной статье он не используется как пример ASME, как подробно описано для расширительного бака системы охлаждённой воды.
Часто задаваемые вопросы
В1. Почему замкнутый контур нуждается в границе давления?
Замкнутый контур теряет атмосферную привязку, которую обеспечивает система с открытой башней, поэтому только за счёт уровня давления должны быть выполнены три требования: вода расширяется при нагреве, на всасывании насоса необходим положительный напор, чтобы оставаться выше давления паров, когда установка холодная, а наивысшая точка нуждается в пути сброса давления выше допустимого давления самого слабого компонента для расширительного бака системы охлаждённой воды
В2. Как подбирается размер расширительного бака?
В два этапа. Сначала тепловое расширение общего объёма воды в системе в расчётном диапазоне рассчитывается по удельным объёмам воды, что даёт объём, который должен принять сосуд. Затем этот объём должен быть поглощён между предварительной зарядкой и максимально допустимым давлением, и отношение этих двух величин даёт коэффициент приёма для расширительного бака системы охлаждённой воды
Вопрос 3. Какова связь между предварительной зарядкой и давлением в системе?
Предварительная зарядка устанавливается исходя из холодного статического давления на высоте установки сосуда плюс запас, покрывающий изменение статического напора и потери давления в трубопроводах, чтобы сосуд был готов принять сокращение объёма, а не оказывался пустым при каждом запуске. Она никогда не устанавливается равной давлению на нагнетании насоса. Проверка приёма считывает давление сосуда при холодном заполнении для расширительного бака системы охлаждённой воды
Вопрос 4. Как выбрать мембранный сосуд вместо баллонного?
Диафрагма приварена к корпусу и концевым крышкам, поэтому она не является элементом, удерживающим давление, и медленная утечка газа не становится путём утечки. Баллон представляет собой отдельный закрытый мешок, удерживаемый концевыми крышками, и он является элементом, удерживающим давление, что делает его заменяемым без сварки, но означает, что он поглощает для расширительного бака чиллерной воды
В5. Когда требуется сосуд с маркировкой ASME?
Когда местные правила по оборудованию под давлением относят сосуд к категории выше его порога сертификации, обычно определяемого сочетанием расчётного давления, объёма сосуда и классификации жидкости, или когда спецификация владельца, страховщика или заказчика требует сертификации независимо от этого порога. Проверка выполняется по максимально допустимому рабочему давлению, а не по номинальному давлению для охлаждённой воды в расширительном баке
Q6. Как осуществляется ввод в эксплуатацию систем сброса давления и удаления воздуха?
Контур заполняется из точки подключения при открытых верхних воздушных клапанах, чтобы воздух вытеснялся вперёд. Затем ёмкость изолируется и продувается сверху для сравнения давления в газовой полости с предварительной зарядкой и дозаправляется, если оно упало, а давление на ёмкости считывается в холодных статических условиях для охлаждённой воды расширительного бака
Вопрос 7. Где сосуд расположен в контуре и как он изолируется?
Со стороны всасывания насосов, подключённый к всасывающему коллектору в самой низкой доступной точке, чтобы он воспринимал самое низкое давление в контуре и мог защитить насос от образования паров при низком предварительном давлении. Каждый сосуд требует изолирующих клапанов, дренажного клапана для замены мембраны и соединения для зарядки и выпуска воздуха на газовой стороне для охлаждённой воды расширительного бака
Вопрос 8. Что требуется в отношении качества воды и коррозии?
Жидкость определяет коэффициент расширения, используемый при подборе размера, коррозионное поведение смачиваемых материалов, а также совместимость и температурный класс мембраны. Контуры с гликолем рассчитываются с учётом свойств гликоля, а пакет ингибиторов и интервал замены жидкости должны быть включены в программу качества воды, как подробно описано для охлаждённой воды расширительного бака.
Расчетное давление и расчетная температура должны быть зафиксированы до выбора любого расширительного бака, поскольку диапазон давления между предварительной зарядкой и максимально допустимым давлением определяет физические размеры бака, а местные нормы по оборудованию под давлением определяют, является ли бак клейменым сосудом под давлением или некодированным элементом под давлением. Именно эта последовательность составляет всё содержание данной темы: бак, заданный только по диапазону температур, будет иметь неверный размер, а бак, заданный по номинальному давлению, будет иметь неверный класс сертификации. Два этапа расчета — проверка приемки предварительной зарядки и последовательность ввода в эксплуатацию — это то, что превращает спецификацию в бак, который может быть проверен как выполняющий ту работу, для которой он был приобретен для расширительного бака системы охлажденной воды.
Связаться с инженером
Для расширительного сосуда или напорного бака в контуре охлаждённой воды необходимо предоставить общий объём воды в системе, включая трубопроводы и теплообменники, температуру заполнения и расчётную максимальную температуру, теплоноситель и его концентрацию, статическое давление на отметке установки сосуда при холодном заполнении, максимально допустимое рабочее давление контура и предполагаемую уставку предохранительного клапана, местные нормативные требования к оборудованию под давлением и требуемую схему сертификации, а также схему изоляции и выпуска воздуха. Мы предоставим расчёт подбора, показывающий объём теплового расширения, коэффициент приёмки, результирующий объём сосуда, требуемое предварительное давление и показания приёмки для регистрации, рекомендации по материалу и мембране, а также предпусковой контрольный перечень для объекта для расширительного бака контура охлаждённой воды.
О Center Enamel
Шицзячжуан Чжэнчжун Текнолоджи Ко., Лтд. (Center Enamel) — профессиональный производитель, специализирующийся на проектировании и изготовлении сборных резервуаров для хранения с 2008 года. Ассортимент продукции включает резервуары из стеклоплавильной стали (GFS), резервуары с эпоксидным покрытием методом плавления (FBE), резервуары из нержавеющей стали, оцинкованные стальные резервуары и алюминиевые геодезические купольные крыши, а также техническую поддержку EPC и вспомогательное оборудование для резервуаров. Производство осуществляется в соответствии с ISO 9001, ISO 14001 и ISO 45001, а ассортимент продукции сертифицирован по NSF/ANSI 61, WRAS, CE и EN 1090, ISO 28765, AWWA D103-09 и NFPA там, где этого требует применение. Компания владеет почти 200 патентами на эмалирование, располагает производственной базой площадью 150 000 м2, выпускает около 300 000 стальных пластин с эмалевым покрытием в год, реализовала более 30 000 установленных проектов и поставила резервуары более чем в 100 стран. Возможности инженерного проектирования охватывают объемы резервуаров до 60 000 м3, как подробно описано для расширительного резервуара охлажденной воды.
WhatsApp