Stall là gì?

Stall được định nghĩa là: Một tình trạng xảy ra khi chênh lệch áp suất cần thiết qua thiết bị xả như bẫy hơi trở nên âm, khiến nước ngưng không thể thoát ra khỏi thiết bị mà đọng lại bên trong bộ trao đổi nhiệt.

Stall thường liên quan đến các vấn đề sau:

• Nổ bộ gia nhiệt
• Hiện tượng búa nước (water hammer)
• Nhiệt độ gia nhiệt không đồng đều

Nếu hệ thống hơi gặp phải bất kỳ vấn đề nào trong số này, khả năng cao là Stall đang xảy ra.

Stall trong Thiết Bị

Việc nước ngưng đọng trong thiết bị không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất mà còn có thể gây hư hỏng thiết bị.

Bẫy hơi không có khả năng tự hút nước ngưng. Thay vào đó, nước ngưng được xả ra nhờ chênh lệch áp suất giữa áp suất đầu vào (sơ cấp) và áp suất đầu ra (thứ cấp) của bẫy. Do đó, áp suất đầu vào phải cao hơn áp suất đầu ra để đảm bảo dòng nước ngưng chảy đúng cách.

Mặc dù hệ thống hơi được thiết kế để xả nước ngưng thông qua chênh lệch áp suất này, nhiều yếu tố có thể cản trở cơ chế này. Ví dụ, việc sử dụng van điều khiển nhiệt độ đầu vào có thể dẫn đến đảo ngược chênh lệch áp suất hoạt động của bẫy và gây ra Stall.

Nhìn chung, Stall có thể xảy ra do các điều kiện sau:

• Chân không luôn tồn tại trong thiết bị
• Chênh lệch áp suất âm liên tục
• Chênh lệch áp suất thay đổi từ dương sang âm

Cơ Chế Gây Stall trong Bộ Gia Nhiệt Calorifer

Thông thường, bộ calorifer được thiết kế để đáp ứng tải tối đa dự kiến. Diện tích bề mặt truyền nhiệt của bộ calorifer là cố định và không thể thay đổi, nhưng tải nhiệt lại dao động tùy theo điều kiện vận hành. Ví dụ, nếu lưu lượng khí đi qua bộ calorifer giảm, cách duy nhất để duy trì nhiệt độ hiện tại là giảm nhiệt độ (áp suất) của hơi dùng làm nguồn nhiệt.

Nếu van điều khiển nhiệt độ được đóng dần đến mức gần như hoàn toàn, áp suất bên trong bộ calorifer sẽ giảm. Kết quả là áp suất đầu vào bẫy hơi giảm và trở nên thấp hơn áp suất đầu ra, khiến nước ngưng không thể thoát ra mà đọng lại trong thiết bị.

Giải thích:
Trong hệ thống gia nhiệt calorifer, van điều khiển, cảm biến nhiệt độ và bộ điều khiển được sử dụng để điều chỉnh áp suất và duy trì nhiệt độ đồng đều. Video trên minh họa một hệ thống như vậy, sử dụng hơi ở 0.3 MPaG (44 psig) để đạt khí nóng ở 80°C (176°F). Stall thường xảy ra trong trường hợp này.

1. Bộ gia nhiệt khởi động ở nhiệt độ phòng. Hơi điều chỉnh bằng van cung cấp nhiệt cần thiết để đạt nhiệt độ mục tiêu (80°C).
2. Khi nhiệt độ gần đạt 80°C, van điều khiển đóng bớt, giảm áp suất hơi và lượng nhiệt cung cấp.
3. Khi khí được gia nhiệt, áp suất và nhiệt độ hơi trong bộ gia nhiệt giảm. Việc gia nhiệt bằng hơi áp suất thấp khiến áp suất trong bộ trao đổi nhiệt giảm sâu hơn, dẫn đến chênh lệch áp suất không đủ để bẫy hơi hoạt động, khiến nước ngưng đọng lại.
4. Van điều khiển phản ứng bằng cách mở rộng hơn (tăng áp suất hơi), và nước ngưng đọng được xả ra.
5. Chu kỳ này lặp lại, khiến nước ngưng liên tục đọng lại mỗi khi chênh lệch áp suất không đủ.

Hậu Quả của Stall

Dù nước ngưng đọng có thể được loại bỏ bằng cách khôi phục áp suất đầu vào bẫy, các vấn đề vẫn xảy ra trong thời gian chờ áp suất phục hồi. Stall có thể làm bẩn thiết bị, ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng sản phẩm, đồng thời gây hư hại nghiêm trọng do búa nước, bao gồm vỡ ống và hỏng gioăng đầu kênh.

1. Hiện tượng Búa Nước (Water Hammer)

Búa nước xảy ra khi hơi tiếp xúc với nước ngưng đọng và ngưng tụ tức thì do chênh lệch nhiệt độ. Trong các thiết bị có ống hẹp (như bộ trao đổi nhiệt ống chùm), lực búa nước có thể làm vỡ ống.

Khi hơi nóng tiếp xúc với nước ngưng đọng lạnh, một phần hơi ngưng tụ ngay lập tức, tạo ra búa nước.

Khi hơi ngưng tụ tạo búa nước, các vùng chân không cục bộ hình thành. Các khối nước ngưng bị hút theo dòng chảy và va đập mạnh vào thành ống, gây hư hại nghiêm trọng nếu ống mỏng.

Để biết thêm chi tiết, xem: Hướng dẫn về Búa Nước.

2. Nhiệt Độ Không Đồng Đều

Stall trong các thiết bị như nồi áo hơi có thể dẫn đến nhiệt độ sản phẩm không đều.

Khi Stall xảy ra, nước ngưng đọng khiến nhiệt độ phần dưới giảm. Bề mặt truyền nhiệt không đồng đều có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.

Việc chỉ thay bẫy hơi không ngăn được Stall vì không giải quyết được chênh lệch áp suất âm. Do đó, phòng ngừa Stall thường bao gồm một trong hai phương pháp:

• Tăng áp suất đầu vào bẫy (sơ cấp), hoặc
• Giảm áp suất đầu ra bẫy (thứ cấp).
• Nhiệt Độ Đồng Đều ở Bề Mặt Truyền Nhiệt: Nếu Stall không xảy ra, áo hơi luôn chứa đầy hơi, tận dụng được đặc tính gia nhiệt đồng đều của hơi bão hòa: “Nếu áp suất không đổi, nhiệt độ ở mọi vị trí sẽ giống nhau.”

Để biết thêm thông tin về Stall và cách khắc phục, xem tiếp Phần 2: Các Phương Pháp Ngăn Ngừa Stall.

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương