Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

HỆ THỐNG GIA NHIỆT BẰNG HƠI
Tổng quan về hệ thống hơi:

Sơ đồ tổng quan về hệ thống

Hệ thống gia nhiệt bằng hơi bao gồm các thành phần chính sau:
 Lò hơi: Lò hơi sử dụng nhiên liệu để đun sôi nước, chuyển hóa nước thành hơi ở
một áp suất nhất định. Áp suất của lò hơi dùng để điều chỉnh nhiệt độ hơi và đẩy
hơi qua hệ thống áo gia nhiệt.
Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

 Ống góp hơi: Hơi ở trong lò hơi được tập trung tại ống góp hơi. Ống góp hơi được
xem như một bể chứa hơi, cung cấp hơi đi những mạch gia nhiệt riêng. Ống góp
hơi phải đủ lớn để giảm thiểu sự sụt áp suất giữa lò hơi và bộ phân phối hơi.
 Bộ phân phối hơi: Đường ống có đường kính nhỏ hơn nối giữa ống góp hơi và bộ
phân phối hơi. Từ bộ phân phối cung cấp hơi đi các nhánh. Thông thường, bộ
phân phối hơi có từ 4 – 16 nhánh, mỗi nhánh đều có một van cách ly. Một bẫy hơi
được đặt tại đáy của bộ phân phối để xả nước ngưng.
 Mạch gia nhiệt: Một mạch gia nhiệt được tạo nên bởi một nhóm các phần tử gia
nhiệt (jacketed pipe, bolt-on jacketing, tube tracing) được mắc nối tiếp với nhau.
Đường ống được bọc các nhiệt sơ bộ được dùng để vận chuyển hơi từ hệ thống
phân phối tới phần tử gia nhiệt đầu tiên trong mạch. Thông thường, các ống kim
loại mềm được sử dụng để cho phép dòng hơi từ một phần từ gia nhiệt đi tới phần
tử gia nhiệt tiếp theo trong cùng một mạch. Đường ống được bọc các nhiệt sơ bộ
cũng được sử dụng để vận chuyển hơi và nước ngưng từ phần tử gia nhiệt cuối

cùng từ trong mạch tới bẫy hơi. Chiều dài của các mạch gia nhiệt phải được phân
tích và thiết kế kỹ lưỡng, đảm bảo hơi có áp lực cao, tươi, sạch được cung cấp tới
các phần tử trong hệ thống gia nhiệt trước khi áp lực hơi bị suy giảm.
 Bẫy hơi: Nhiệm vụ của bẫy hơi là duy trì áp lực hơi trong mạch và loại trừ nước
ngưng ra khỏi hệ thống. Một bẫy hơi vận hành tốt có quyết định tới hoạt động của
hệ thống gia nhiệt. Mỗi mạch hay mỗi nhánh chỉ bao gồm một bẫy hơi. Bẫy hơi
thường đứng sau bộ lọc và được đặt giữa hai van cách ly.
 Bộ thu hồi nước ngưng: tương tự như bộ phân phối hơi.
 Ống gom nước ngưng: Nước ngưng từ manifold chảy vào ống gom nước ngưng.
Phần nước ngưng này nước được cấp lại cho lò hơi và tiếp tục chuyển hóa thành
hơi. Đây là hệ thống quan trọng góp phần tiết kiệm năng lượng cho toàn bộ hệ
thống lò hơi, mạng nhiệt do nước ngưng thu hồi về là nước sạch không cần xử lý
và nó vẫn còn tồn trữ một lượng nhiệt tương đối lớn.

Một hệ thống gia nhiệt tốt sẽ đảm bảo được hiệu quả truyền nhiệt và tiết kiệm chi phí
bảo trì. Và việc lựa chọn hệ thống gia nhiệt phù hợp sẽ cho hiệu suất tối ưu, chi phí bảo
trì thấp và giảm thiểu hư hỏng của các bẫy hơi.



Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

CSI ControTrace®
Giải pháp gia nhiệt bằng hơi cho đường ống, bồn, két chứa
Controls Southest, Incorporated (CSI) là nhà sản xuất hàng đầu về các giải pháp
gia nhiệt bằng hơi được thiết kế theo sự đặt hàng riêng. Có trụ sở chính và nhà máy tại
Chalotte, Noth Carolina, Hoa Kỳ, với doanh số hàng năm xấp xỉ 50 triệu USD.
CSI cung cấp các hệ thống gia nhiệt bằng hơi (ControTrace, ControHeat có đăng kí

độc quyền sản xuất) cho đường ống, bồn chứa, van và các thiết bị đo trong công nghiệp
cũng như các đường ống có hai lớp và các sản phẩm được chế tạo đặc trưng cho từng dự
án riêng biệt. Các sản phẩm của CSI được dùng để gia nhiệt chất lỏng, nhiên liệu và khí
đốt với dải nhiệt độ rộng trong các ngành công nghiệp dầu khí, hóa chất, hóa dầu, nhựa
dẻo và dược phẩm,….
Kể từ những năm 1980, các phần tử gia nhiệt ControTrace đã có những lợi ích kinh tế
đáng kể so với hệ thống gia nhiệt bằng hơi kiểu hai lớp nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả
truyền nhiệt. ControTrace có độ bền và độ tin cậy tốt hơn, loại trừ khả năng xâm thực. Do
đó, ControTrace đã phát triển và trở thành giải pháp gia nhiệt được ưa chuộng cho rất
nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Ngày nay, xấp xỉ 1000 km phần tử gia nhiệt
ControTrace đang phục vụ trong các nhà máy, xí nghiệp và các nhà máy lọc hóa dầu.

Phần tử gia nhiệt ControTrace là một đường ống có dạng hình chữ nhật có chiều ngang 2
inch và chiều rộng 1 inch theo tiêu chuẩn SA-178 Grade A boiler tubes của ASTM
International – (một trong các tổ chức đặt ra các tiêu chuẩn quốc tế lớn nhất trên thế
giới). Một mặt 2 inch của ControTrace được thiết kế có đường bao hình cong để ăn khớp
với đường ống cũng như bồn, két chứa cần gia nhiệt. Với độ dày tiêu chuẩn là 1/8 inch,
ControTrace có độ chắc chắn đảm bảo và khả năng chịu được áp suất cao. Mỗi phần tử
được thiết kế với độ dài riêng. Đầu đầu và đầu cuối của thiết bị được làm kín và có đầu
vào, đầu ra để cho phép hơi vào ra. Khi cần gia nhiệt cho đối tượng lớn, các phần tử gia
nhiệt của ControTrace được chế tạo thành khung để giảm thiểu số lượng đầu vào, đầu ra.
ControTrace được siết chặt vào đường ống hay bồn chứa bằng dây đai cường độ cao.
Trước khi siết chặt, một lớp mỏng xi măng truyền nhiệt được phết vào bề mặt của
ControTrace, phần tiếp xúc với đường ống hay bồn chứa.



Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.


Trong suốt hoạt động của hệ thống, vật mang nhiệt (thường là hơi hoặc dầu nóng) chảy
qua ControTrace và nhiệt lượng được truyền qua xi măng truyền nhiệt vào thành ống,
bồn hay két chứa. Các phần tử ControTrace được thiết kế để duy trì nhiệt độ, giữ cho chất
lỏng chảy trong đường ống và ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi. CSI sử dụng phần mềm phần
tử hữu hạn để tính toán chính xác số lượng và vị trí của phần tử gia nhiệt để duy trì nhiệt
độ thành ống bên trên nhiệt độ cần sấy tại mọi điểm của đường ống.

Các phần tử ControTrace được kiểm tra áp lực qua phần VIII, Quy phạm về lò hơi và
thiết bị cao áp – Tiêu chuẩn ASME, Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ. Áp suất định mức cho
ControTrace là 10.5 kg/cm
2
ở 400
o
F, nhưng áp suất cao hơn vẫn khả dụng khi cần.

Lý thuyết về sự truyền nhiệt:

Nhiệt độ liên quan mật thiết đến sự chuyển động phân tử của một vật, các phân tử
chuyển động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. Nếu hai vật có nhiệt độ khác nhau
đặt cạnh nhau thì vật có nhiệt độ cao hơn sẽ truyền nhiệt năng sang vật có nhiệt độ thấp
hơn cho tới khi chúng có nhiệt độ bằng nhau. Sự trao đổi nhiệt năng này được gọi là sự
truyền nhiệt. Nhiệt lượng được truyền đi giữa hai vật khi có sự chênh lệch nhiệt độ được
xác định theo công thức sau:

q = U × A × ∆T
Trong đó,
q – lượng nhiệt được truyền đi giữa hai vật
U – hệ số truyền nhiệt
A – diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai vật

∆T – nhiệt độ chênh lệch giữa hai vật
U - được xem như là hệ số truyền nhiệt, tỷ lệ nghịch với nhiệt trở. Một hệ thống có
nhiệt trở thấp, tức là truyền nhiệt dễ dàng sẽ có trị số U cao. Và một hệ thống có nhiệt trở
cao sẽ có trị số U thấp. Jacketed pipe – đường ống có hai lớp sẽ có nhiệt trở thấp nhất
(giá trị U lớn nhất), tube tracing – hệ thống gia nhiệt bằng một đường ống nhỏ sẽ có nhiệt
trở cao nhất. Xi măng truyền nhiệt thường được sử dụng với hệ thống bolt-on jacketing
và tube tracing để loại trừ khe hở không khí – cái làm giảm diện tích tiếp xúc giữa phần
tử gia nhiệt và đường ống. Một lớp xi măng truyền nhiệt mỏng (1/16  1/8 inch) có hiệu
Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

quả truyền nhiệt rất tốt với khả năng truyền nhiệt gấp 20 lần không khí. Tuy nhiên, xi
măng này không truyền nhiệt tốt như thép các bon (gấp 100 lần), vì vậy một lớp dày hơn
sẽ không có tác dụng.
A - diện tích bề mặt tiếp xúc gián tiếp giữa phần tử gia nhiệt và đường ống. Jacketed
pipe – đường ống hai lớp sẽ có bề mặt tiếp xúc lớn nhất (truyền nhiệt hiệu quả nhất). Với
bolt-on jacketing và tube tracing, bề mặt tiếp xúc được xem như là kích cỡ và hình dáng
của phần tử gia nhiệt. Tube tracing – hệ thống gia nhiệt bằng một đường ống nhỏ sẽ tiếp
xúc với đường ống tại một vị trí. Nhưng phần tử gia nhiệt của bolt-on jacketing có bề mặt
tiếp xúc với đường ống rộng hơn nhiều 2 inch, với đường bao hình cong ăn khớp với
đường ống cần gia nhiệt.

CÁC SẢN PHẨM CỦA CSI
ControTrace for Vessels ControTrace for Tanks ControTrace for Piping

ControTrace for refinery piping ControTrace for Valves/Instruments

S
x

Seal
TM
1000 S
x
Seal
TM
2000 H∆T – Tube Tracing



Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

ControTrace:
CSI là nhà cung cấp sản phẩm ControTrace - hệ thống gia nhiệt bằng hơi để gia nhiệt
cho đường ống, bồn chứa, két chứa,…cho rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp.






 Hình dạng đường ống có hình chữ nhật 2”×1” được cố định vào đường ống bằng
dây đai.
 Được thiết kế phù hợp tiêu chuẩn ASME phần VIII, Quy phạm về lò hơi và thiết
bị cao áp, Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ.
 Đường bao hình cong để ăn khớp với đường ống.
 Hơi nóng, dầu nóng – vật mang nhiệt di chuyển qua phần tử ControTrace.
 Một lớp mỏng HTC (1/16  1/8 inch) để loại trừ khe hở không khí.

 Thêm nhiều phần tử ControTrace khi cần gia nhiệt cho đối tượng lớn.
1. ControTrace – Gia nhiệt cho đường ống:
Trong các đường ống dẫn lỏng, ControTrace duy trì nhiệt độ, ngăn ngừa sự đông đặc
trong đường ống. Như hình vẽ dưới thể hiện, với hệ thống gia nhiệt truyền thống, lưu
huỳnh trong đường ống bị đông đặc, hóa rắn do không được duy trì nhiệt độ ở trên
120
o
C (không đủ nhiệt độ).






Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

Trong các đường ống dẫn hơi, ControTrace dùng để duy trì nhiệt độ thành ống để
ngăn ngừa sự ngưng tụ của lưu chất dẫn tới đông đặc và ăn mòn đường ống.

ControTrace loại trừ hai khả năng xâm thực được ghi nhận trong đường ống hai lớp.
Ở hình bên trên, mối hàn bị hư hỏng dẫn tới vật mang nhiệt (hơi, dầu nóng) xâm nhập
vào trong đường ống. Tương tự, hình bên dưới, mối hàn bị hư hỏng dẫn tới lưu chất bên
trong đường ống trào ra ngoài. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của hệ
thống, dẫn tới thiệt hại lớn, chi phí sửa chữa và khắc phục rất cao.













Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

Bảng so sánh các hệ thống gia nhiệt
Jacketed piping, ControTrace, Tube Tracing cho đường ống
2. ControTrace – Gia nhiệt cho bồn chứa, két chứa:
Như hình vẽ bên dưới thể hiện, hệ thống ống gia nhiệt ở bên trong két chứa không
có hiệu quả trong việc giữ cho lưu chất nóng chảy dẫn tới ăn mòn ở khoang hơi của két
chứa.




Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

Ảnh chụp nóc (mái) của một két chứa lưu huỳnh trong nhà máy lọc dầu Bắc Mỹ
ControTrace làm tốt hơn hệ thống ống gia nhiệt bên trong két chứa, bồn chứa trong việc
ngăn ngừa sự động đặc ở khoang lỏng và ngăn ngừa sự ngưng tụ, ăn mòn ở khoang hơi
của két chứa.

ControTrace cho bồn chứa, két chứa
Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

Bảng so sánh các hệ thống gia nhiệt
PlateCoil, ControTrace, Internal Coil cho bồn chứa, két chứa
ControHeat:
CSI cung cấp sản phẩm ControHeat – gia nhiệt cho van, bơm, các thiết bị đo,…Áo
gia nhiệt được đúc khối bằng hợp kim nhôm theo tiêu chuẩn ASTM A365. Vật mang
nhiệt (hơi hoặc dầu nóng) chảy qua khoang đúc áp lực bằng thép các bon. ControHeat
được thiết kế để gia nhiệt cho các thành phần trong dải nhiệt độ từ 95  400
o
C.






Hệ thống gia nhiệt bằng hơi

Controls Southest, Inc.

Áo gia nhiệt ControHeat được sử dụng đa dạng với rất nhiều ứng dụng để ngăn
ngừa sự đông đặc và ngưng tụ bên trong thiết bị. ControHeat đang hoạt động tin cậy với
trên 50.000 ứng dụng trên thế giới. Mỗi áo van được thiết kế đặc trưng dành cho mỗi
thương hiệu và mẫu mã riêng, có đường bao hình cong để ăn khớp với mặt ngoài của van.
Hầu hết các thiết bị đo đều nhạy với nhiệt độ nên cần phải giữ ở một nhiệt độ nhất định
để đảm bảo hoạt động tin cậy. Với ứng dụng bơm hoạt động có độ nhớt cao, khởi động

rất khó khăn. Vì thế cần gia nhiệt trước khi khởi động








ControHeat – gia nhiệt cho van, bơm và các thiết bị đo,…