Bình giãn nở và bình áp lực trong vòng tuần hoàn làm mát trung tâm dữ liệu
Tạo vào Hôm nay
Bình giãn nở và bình áp lực trong vòng làm mát trung tâm dữ liệu
Một vòng nước lạnh kín cần một ranh giới áp suất vì ba lý do kéo theo những hướng ngược nhau: nước giãn nở khi bị đốt nóng, đầu hút của bơm cần một cột áp dương để duy trì trên áp suất hơi, và đỉnh của hệ thống cần một đường xả trước khi bộ phận chịu lực mạnh nhất đạt tới áp suất cho phép của nó. Một bình giãn nở xả vào vòng tuần hoàn ở nhiệt độ thấp để bù lại thể tích mà nước mất đi khi co lại và thu hồi lại khi vòng tuần hoàn ấm lên. Việc tính toán kích thước gồm hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất là sự thay đổi thể tích nhiệt của tổng lượng nước trong hệ thống trên phạm vi nhiệt độ thiết kế. Giai đoạn thứ hai là một câu hỏi về áp suất: thể tích đó phải được hấp thụ giữa áp suất nạp trước của bình và áp suất tối đa cho phép, và tỷ lệ giữa hai con số đó, chứ không chỉ riêng phạm vi nhiệt độ, quyết định kích thước vật lý của bình. Việc lựa chọn giữa bình màng hoặc bình túi và bình áp suất có đóng dấu mã tuân theo cấp áp suất đó và theo quy định về thiết bị áp suất đang có hiệu lực tại nơi nhà máy vận hành đối với bình giãn nở nước lạnh
Tại sao vòng kín cần một ranh giới áp suất
Hệ thống tháp giải nhiệt hở không cần bình chịu áp trong vòng tuần hoàn, vì bể chứa của tháp ở áp suất khí quyển và máy bơm tạo ra toàn bộ cột áp. Vòng tuần hoàn kín loại bỏ mốc tham chiếu đó, nên ba yêu cầu xuất hiện cùng lúc và phải được đáp ứng bằng một mức áp suất tại mọi điểm trong mạch đối với nước lạnh của bình giãn nở
Yêu cầu thứ nhất là sự giãn nở của nước, vốn không có nơi nào để đi trong vòng tuần hoàn kín. Yêu cầu thứ hai là giới hạn dưới: khi hệ thống nguội, hoặc một đoạn xả nước, đầu hút của máy bơm phải duy trì trên áp suất hơi của nước ở nhiệt độ thấp nhất dự kiến. Yêu cầu thứ ba là giới hạn trên: một đường xả áp trên mức áp suất cho phép của bộ phận yếu nhất. Những yêu cầu này xác định dải áp suất khả dụng cho nước lạnh của bình giãn nở
Tính toán kích thước bình giãn nở từ thể tích và dải nhiệt độ
Phép tính đầu tiên là phép tính nhiệt. Lấy tổng thể tích nước trong hệ thống, bao gồm cả bình giãn nở, đường ống, bộ trao đổi nhiệt và bất kỳ bình chứa hoặc bể chứa nào được kết nối, rồi nhân với hệ số giãn nở thể tích của nước trong khoảng thiết kế. Hệ số này xuất phát từ thể tích riêng của nước ở hai nhiệt độ: 1,000 L/kg ở 5 °C và 1,008 L/kg ở 40 °C đối với nước lạnh của bình giãn nở
Chỉ sử dụng các đầu vào minh họa, một hệ thống chứa 1.000 m3 nước được nạp ở 5 °C và thiết kế cho 40 °C tạo ra thể tích giãn nở khoảng 8,0 m3, đây là thể tích mà bình phải tiếp nhận và trả lại. Hỗn hợp glycol có thể tích riêng khác, vì vậy một vòng tuần hoàn nạp glycol sử dụng các đặc tính của glycol để tính giãn nở cho nước lạnh của bình giãn nở
Giai đoạn | Đầu vào | Phương pháp | Kết quả minh họa |
Thay đổi thể tích do nhiệt | Tổng thể tích nước của hệ thống | Nhân với hệ số giãn nở của nước | 1.000 m3 x 0,008 = 8,0 m3 |
Dải áp suất | Áp suất nạp trước và áp suất cho phép tối đa | Thiết lập dải áp suất mà bình hoạt động trong đó | 200 kPa tuyệt đối đến 700 kPa tuyệt đối |
Hệ số chấp nhận | Hai áp suất giống nhau | Tối đa cho phép chia cho hiệu số | 700 / (700 - 200) = 1,40 |
Thể tích bình chứa | Thể tích giãn nở và hệ số chấp nhận | Nhân hai con số | 8,0 x 1,40 = 11,2 m3 |
Áp suất nạp trước, áp suất hệ thống và kiểm tra chấp nhận
Áp suất nạp trước là áp suất của đệm khí trong bình chứa khi bình được ngắt khỏi hệ thống và không chứa nước. Áp suất này được đặt từ áp suất tĩnh lạnh tại cao độ của bình cộng thêm một biên độ, để bình sẵn sàng tiếp nhận sự co lại của vòng tuần hoàn khi nó nguội đi thay vì bị hút cạn ở mỗi lần khởi động. Áp suất này không bao giờ được đặt bằng áp suất xả của bơm đối với bình giãn nở nước lạnh
Kiểm tra nghiệm thu là một tập hợp các số đọc thay vì một phép tính, và đây là nơi phát hiện bình bị đặt sai. Khi hệ thống đầy, lạnh và bơm đã dừng, áp suất tại bình phải đọc được xấp xỉ áp suất nạp trước. Thấp hơn mức đó, đệm khí đã mất áp suất hoặc bị nước xâm nhập; cao hơn mức đó, áp suất tĩnh cao hơn giả định cho nước lạnh của bình giãn nở
So sánh bình áp lực màng ngăn, bàng quang và bình áp lực có mã
Hai kết cấu không có mã khác nhau ở một chi tiết quan trọng đối với bảo trì: vị trí giữ màng linh hoạt. Trong bình màng ngăn, màng được hàn vào vỏ và vào các nắp đầu, nên nó không phải là bộ phận chịu áp lực và việc rò rỉ khí chậm không tạo ra đường rò. Trong bình bàng quang, màng là một túi riêng được giữ bởi các nắp đầu cho nước lạnh của bình giãn nở
Có thể thay thế ruột bình mà không cần hàn, đó là lý do tại sao nó phổ biến trên các bình lớn hơn và ở những nơi việc thay ruột định kỳ là một phần của kế hoạch bảo trì, nhưng nó hấp thụ nước theo thời gian tại bề mặt tiếp giáp và phải được thay mới với áp suất nạp trước chính xác. Bình chịu áp lực được đóng dấu mã là một sản phẩm khác chứ không phải là một phiên bản tốt hơn: nó được thiết kế, chế tạo, kiểm tra, đóng dấu và đăng ký theo một mã bình chịu áp lực cho bình giãn nở nước lạnh
Khi nào cần bình chịu áp lực được đóng mã và tài liệu phải thể hiện những gì
Quyết định được đưa ra theo hai giai đoạn. Giai đoạn đầu là về mặt quy định: quy định về thiết bị chịu áp lực tại khu vực pháp lý nơi nhà máy hoạt động được đối chiếu với áp suất thiết kế, thể tích bình chứa, phân loại chất lỏng và bất kỳ miễn trừ nào dành riêng cho dịch vụ. Các cơ quan quản lý thường xác định ngưỡng là sự kết hợp giữa thể tích và áp suất, và một bình chứa vượt ngưỡng đó sẽ thuộc diện phải chứng nhận thiết kế đối với bình giãn nở nước lạnh
Giai đoạn thứ hai là áp suất làm việc tối đa cho phép của hệ thống, không phải áp suất danh nghĩa: một vòng lặp có thể thấy mức tăng đột biến 900 kPa trong quá trình khởi động bơm có thể cần một bình chịu áp được mã hóa ngay cả khi áp suất vận hành ổn định ở mức khiêm tốn. Tài liệu sau đó là một danh sách cụ thể: đối với bình chịu áp theo ASME Section VIII Div 1, dấu U với ký hiệu chỉ định và cơ quan kiểm tra được ủy quyền, đăng ký National Board, báo cáo Form U-1, thử nghiệm thủy tĩnh ở mức 1,3 lần áp suất làm việc tối đa cho phép, và hồ sơ truy xuất nguồn gốc vật liệu cho nước lạnh của bình giãn nở
Xả khí, loại bỏ không khí và trình tự chạy thử nghiệm
Bình giãn nở chưa từng được xả khí đúng cách là nguyên nhân phổ biến nhất khiến hệ thống có áp suất nhưng bình giãn nở không hoạt động. Không khí bị giữ lại nằm phía trên cột nước bên trong bình, nó nén lại đúng theo cách mà đệm khí lẽ ra phải nén, và khi đó bình hoạt động như thể chỉ còn một phần nhỏ so với kích thước danh định của nó. Triệu chứng là áp suất hệ thống tăng chậm kèm theo một bọt khí nóng dành cho nước lạnh của bình giãn nở
Quy trình chạy thử nghiệm thu tuân theo thứ tự vật lý của hệ thống. Vòng tuần hoàn được nạp từ điểm kết nối với các van xả khí ở điểm cao nhất được mở, để không khí bị đẩy về phía trước thay vì bị giữ lại. Sau đó bình được cách ly và xả khí ở đỉnh phía nước để kiểm tra áp suất phía khí so với áp suất nạp trước và nạp lại nếu đã giảm, và áp suất tại bình được đọc trong điều kiện tĩnh lạnh dành cho nước lạnh của bình giãn nở
Vị trí của bình trong vòng tuần hoàn và cách nó được cách ly
Bình chứa thuộc về phía hút của máy bơm, được kết nối với ống góp hút tại điểm thấp nhất có sẵn. Ở phía hút, nó chịu áp suất thấp nhất trong hệ thống, điều này cho phép một mức nạp trước vừa phải giữ cho máy bơm được bảo vệ chống lại sự hình thành hơi, và đó là nơi nước mà nó xả ra đi đến đầu vào của máy bơm. Cũng có thể sử dụng một bình chứa ở phía xả của máy bơm, nhưng khi đó nó chịu toàn bộ cột áp của máy bơm để giãn nở nước lạnh của bình chứa
Chi tiết kết nối quan trọng hơn vị trí trên bản vẽ. Mỗi bình cần có van cách ly để có thể tháo ra mà không cần xả nước trong vòng tuần hoàn, một van xả ở điểm thấp nhất để có thể làm rỗng bình và thay bóng hoặc màng ngăn, và một kết nối nạp và xả ở phía khí để thiết lập áp suất nạp trước. Kết nối cũng phải được định cỡ để không hạn chế dòng chảy vào bình trong quá trình giãn nở đối với nước lạnh của bình giãn nở
Chất lượng nước, khả năng tương thích với glycol và ăn mòn
Chất lỏng trong vòng tuần hoàn quyết định nhiều yếu tố cùng một lúc: hệ số giãn nở được sử dụng khi tính toán kích thước, hành vi ăn mòn của các vật liệu tiếp xúc ướt, và khả năng tương thích của màng với chất lỏng bên trong nó. Một vòng tuần hoàn nạp glycol phải được tính toán kích thước theo các đặc tính của glycol, và màng phải được định mức cho loại glycol đó ở nồng độ và nhiệt độ thiết kế. Glycol bị phân hủy theo thời gian và các sản phẩm phân hủy có tính ăn mòn mạnh hơn, do đó gói chất ức chế và khoảng thời gian thay thế chất lỏng thuộc chương trình chất lượng nước cho nước lạnh của bình giãn nở
Vấn đề ăn mòn tách biệt với vấn đề tương thích chất lỏng. Trong một vòng kín, sự xâm nhập của oxy là nguyên nhân khởi phát thông thường, đó là lý do các vòng được giữ ở áp suất và xả khí qua một thiết bị ngăn không khí lọt vào. Khi việc nạp là một kết nối bổ sung hở, phải giải quyết dung sai ăn mòn và lựa chọn giữa thép carbon và thép không gỉ. Đối với bình có lớp phủ, lớp phủ phải tương thích với chất lỏng và được xác minh trước khi nạp cho nước lạnh của bình giãn nở
Danh sách thông số kỹ thuật và danh mục kiểm tra trước khi đưa vào vận hành
Một đặc điểm kỹ thuật của bình áp lực phải xác định dải áp suất trước khi nó đặt tên cho bình, vì mọi thứ phía sau đều phụ thuộc vào đó. Yêu cầu báo giá phải bao gồm tổng thể tích nước của hệ thống bao gồm cả đường ống, nhiệt độ nạp và nhiệt độ tối đa thiết kế, chất lỏng và nồng độ của nó, áp suất tĩnh tại cao độ của bình khi nạp lạnh, áp suất làm việc tối đa cho phép của vòng tuần hoàn, quy định địa phương và lộ trình chứng nhận, cùng với bố trí cách ly và xả khí cho nước lạnh của bình giãn nở.
Danh sách kiểm tra trước khi đưa vào vận hành sau đó lấp đầy khoảng cách giữa tính toán và bình đã lắp đặt, và nó ngắn gọn: nhận dạng bình và bảng tên so với thiết kế, áp suất nạp trước được ghi lại trước và sau khi kết nối, chỉ số áp suất nạp lạnh so với áp suất nạp trước, việc xả khí từ bình và các điểm cao của vòng lặp, cài đặt van xả áp được xác nhận, và vị trí cùng khóa của mọi van cách ly cho nước lạnh của bình giãn nở
· Tổng thể tích nước của hệ thống, bao gồm đường ống, bộ trao đổi nhiệt và bất kỳ bể chứa nào cho nước lạnh của bình giãn nở
· Nhiệt độ tối đa khi nạp và thiết kế, và chất lỏng cùng nồng độ của nó cho nước lạnh của bình giãn nở
· Áp suất tĩnh tại cao độ bình chứa khi nạp lạnh, được dùng để đặt áp suất nạp trước cho bình giãn nở nước lạnh
· Áp suất làm việc tối đa cho phép của vòng tuần hoàn, và cài đặt van xả cho bình giãn nở nước lạnh
· Hệ số chấp nhận giữa áp suất nạp trước và áp suất tối đa cho phép đối với bình giãn nở nước lạnh
· Lộ trình chứng nhận: quy định địa phương và dấu đóng bắt buộc đối với bình giãn nở nước lạnh
· Thông số vật liệu tiếp xúc ướt và vật liệu màng cùng định mức chất lỏng và nhiệt độ của nó đối với bình giãn nở nước lạnh
· Van cách ly, van xả, kết nối nạp và điểm thông hơi tại bình chứa đối với bình giãn nở nước lạnh
· Hồ sơ xác minh lớp phủ, bao gồm thử nghiệm rò rỉ, trước khi nạp đối với bình giãn nở nước lạnh
Nghiên cứu điển hình dự án
Tài liệu tham chiếu giao hàng cho nhiệm vụ này, được trích dẫn từ thư viện dự án đã được xác minh. Cấp độ khớp C. Một bình áp lực hàn được thiết kế theo EN 13445, bằng vật liệu ASTM A516 Gr.70, với lớp phủ epoxy C5M cho môi trường bán biển. Điều này chứng minh năng lực kỹ thuật và chế tạo bình áp lực. Đây không phải là bình được chứng nhận theo ASME Section VIII, vì vậy nó không được sử dụng làm trường hợp ASME trong bài viết này, như được trình bày chi tiết cho bình giãn nở nước lạnh.
ID dự án | Quốc gia | Sản phẩm | Công suất | Số lượng bình | Kích thước | Hoàn thành | Phạm vi cung cấp |
MT-PRESS-2.29 | Malta | Bình chịu áp lực | 2,29 m3 | 2 | ID1240 × 1840 mm và ID1200 × 1665 mm | Không được ghi trong nguồn có sẵn | Không được ghi |
Một bình chịu áp lực hàn được thiết kế theo EN 13445, bằng vật liệu ASTM A516 Gr.70, với lớp phủ epoxy C5M cho môi trường bán biển. Nó chứng minh năng lực kỹ thuật và chế tạo bình chịu áp lực. Đây không phải là bình được chứng nhận theo ASME Section VIII, vì vậy nó không được sử dụng làm trường hợp ASME trong bài viết này, như đã trình bày chi tiết cho bình giãn nở nước lạnh.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1. Tại sao một vòng kín cần một ranh giới áp lực?
Một vòng kín mất đi tham chiếu khí quyển mà hệ thống tháp hở cung cấp, vì vậy ba yêu cầu phải được đáp ứng chỉ bằng mức áp suất: nước giãn nở khi nóng lên, đầu hút của bơm cần cột áp dương để duy trì trên áp suất hơi khi nhà máy còn lạnh, và điểm cao nhất cần có đường xả áp trên mức áp suất cho phép của bộ phận yếu nhất đối với bình giãn nở nước lạnh
Câu hỏi 2. Bình giãn nở được tính toán kích thước như thế nào?
Theo hai giai đoạn. Đầu tiên, độ giãn nở nhiệt của tổng lượng nước trong hệ thống trên phạm vi thiết kế được tính từ thể tích riêng của nước, cho ra thể tích mà bình phải tiếp nhận. Thứ hai, thể tích đó phải được hấp thụ giữa áp suất nạp trước và áp suất tối đa cho phép, và tỷ lệ của hai giá trị này cho ra hệ số tiếp nhận đối với nước lạnh của bình giãn nở
Câu hỏi 3. Mối quan hệ giữa áp suất nạp trước và áp suất hệ thống là gì?
Áp suất nạp trước được đặt từ áp suất tĩnh lạnh tại cao độ của bình cộng với một biên dự phòng bao gồm sự thay đổi cột áp tĩnh và tổn thất áp suất của đường ống, để bình sẵn sàng tiếp nhận sự co lại thay vì bị hút cạn ở mỗi lần khởi động. Nó không bao giờ được đặt bằng áp suất xả của bơm. Việc kiểm tra tiếp nhận đọc áp suất bình tại thời điểm nạp lạnh đối với nước lạnh của bình giãn nở
Câu hỏi 4. Làm thế nào để chọn bình màng ngăn thay vì bình túi?
Màng ngăn được hàn vào vỏ và các nắp đầu, vì vậy nó không phải là bộ phận giữ áp suất và sự rò rỉ khí chậm không trở thành đường rò. Bàng quang là một túi kín riêng biệt được giữ bởi các nắp đầu, và nó là bộ phận giữ áp suất, điều này khiến nó có thể thay thế mà không cần hàn nhưng có nghĩa là nó hấp thụ cho giãn nở nước lạnh của bình chứa
Q5. Khi nào cần bình chịu áp được mã hóa ASME?
Khi quy định về thiết bị áp lực tại địa phương xếp bình chứa vượt ngưỡng chứng nhận của nó, thường được xác định bởi sự kết hợp của áp suất thiết kế, thể tích bình chứa và phân loại chất lỏng, hoặc khi chủ sở hữu, công ty bảo hiểm hoặc thông số kỹ thuật của khách hàng yêu cầu chứng nhận bất kể ngưỡng đó. Việc kiểm tra được thực hiện dựa trên áp suất làm việc tối đa cho phép, không phải áp suất danh nghĩa đối với nước lạnh của bình giãn nở
Câu hỏi 6. Việc xả khí và loại bỏ không khí được đưa vào vận hành như thế nào?
Vòng được nạp từ điểm kết nối với các lỗ xả khí ở điểm cao nhất mở ra để không khí bị đẩy về phía trước. Sau đó bình được cô lập và xả ở đỉnh để so sánh áp suất phía khí với áp suất nạp trước và nạp lại nếu đã giảm, và áp suất tại bình được đọc trong điều kiện tĩnh lạnh cho nước lạnh của bình giãn nở
Q7. Bình nằm ở đâu trong vòng lặp và được cách ly như thế nào?
Ở phía hút của máy bơm, được kết nối với ống góp hút tại điểm thấp nhất có sẵn, để nó chịu áp suất thấp nhất trong mạch và có thể bảo vệ máy bơm chống lại sự hình thành hơi ở áp suất nạp trước thấp. Mỗi bình cần có van cách ly, van xả để thay túi màng, và kết nối nạp và xả khí ở phía khí cho nước lạnh của bình giãn nở
Q8. Chất lượng nước và ăn mòn yêu cầu những gì?
Chất lỏng quyết định hệ số giãn nở được sử dụng khi tính toán kích thước, hành vi ăn mòn của các vật liệu tiếp xúc với chất lỏng và khả năng tương thích cũng như định mức nhiệt độ của màng. Các vòng glycol được tính toán kích thước với các đặc tính của glycol, và gói chất ức chế cùng khoảng thời gian thay thế chất lỏng thuộc chương trình chất lượng nước, như được trình bày chi tiết cho nước lạnh của bình giãn nở.
Áp suất thiết kế và nhiệt độ thiết kế phải được xác định trước khi chọn bất kỳ bình giãn nở nào, vì dải áp suất giữa áp suất nạp trước và áp suất tối đa cho phép quyết định kích thước vật lý của bình, và quy định thiết bị áp lực địa phương quyết định liệu bình đó là bình áp lực được đóng dấu hay là bộ phận áp lực không mã hóa. Thứ tự đó chính là toàn bộ nội dung của chủ đề này: một bình được chỉ định chỉ dựa trên dải nhiệt độ sẽ có kích thước sai, và một bình được chỉ định dựa trên áp suất danh nghĩa sẽ có cấp chứng nhận sai. Hai giai đoạn của tính toán, kiểm tra chấp nhận áp suất nạp trước và trình tự chạy thử nghiệm thu là những gì biến đặc tính kỹ thuật thành một bình có thể được xác minh là đang thực hiện đúng công việc mà nó được mua cho bình giãn nở nước lạnh
Nói chuyện với Kỹ sư
Đối với bình giãn nở hoặc bồn chịu áp trong vòng nước lạnh, vui lòng gửi tổng thể tích nước của hệ thống bao gồm đường ống và bộ trao đổi nhiệt, nhiệt độ nạp và nhiệt độ tối đa theo thiết kế, loại chất lỏng và nồng độ của nó, áp suất tĩnh tại cao độ đặt bình khi nạp lạnh, áp suất làm việc tối đa cho phép của vòng và cài đặt xả áp dự kiến, quy định thiết bị áp lực địa phương và lộ trình chứng nhận yêu cầu, cùng bố trí cách ly và xả khí. Chúng tôi sẽ trả lại một nghiên cứu tính toán kích thước hiển thị thể tích giãn nở nhiệt, hệ số chấp nhận, thể tích bình thu được, áp suất nạp trước cần thiết lập và các chỉ số chấp nhận cần ghi lại, khuyến nghị vật liệu và màng, cùng danh sách kiểm tra trước khi đưa vào vận hành cho công trường đối với bình giãn nở nước lạnh
Giới thiệu về Center Enamel
Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd (Center Enamel) là nhà sản xuất chuyên nghiệp chuyên thiết kế và chế tạo bồn chứa lắp ghép bằng bu lông từ năm 2008. Danh mục sản phẩm bao gồm bồn thép tráng men nung chảy (GFS), bồn epoxy liên kết nung chảy (FBE), bồn thép không gỉ, bồn thép mạ kẽm và mái vòm trắc địa nhôm, cùng với hỗ trợ kỹ thuật EPC và phụ kiện bồn chứa. Quá trình sản xuất được thực hiện theo ISO 9001, ISO 14001 và ISO 45001, và danh mục sản phẩm được chứng nhận theo NSF/ANSI 61, WRAS, CE và EN 1090, ISO 28765, AWWA D103-09 và NFPA khi ứng dụng yêu cầu. Công ty sở hữu gần 200 bằng sáng chế về tráng men, vận hành cơ sở sản xuất rộng 150.000 m2, sản xuất khoảng 300.000 tấm thép phủ men mỗi năm, đã hoàn thành hơn 30.000 dự án đã lắp đặt và đã vận chuyển bồn chứa đến hơn 100 quốc gia. Năng lực thiết kế kỹ thuật bao gồm thể tích bồn chứa lên đến 60.000 m3, được trình bày chi tiết cho bồn mở rộng nước lạnh.
WhatsApp