56
The Steam and Condensate Loop 10.1.1 Introduction to Steam Distribution Module 10.1 Block 10 Steam Distribution Module 10.1 Introduction to Steam Distribution

SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

  • Upload
    danenic

  • View
    1.646

  • Download
    11

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.1.1

Introduction to Steam Distribution Module 10.1Block 10 Steam Distribution

Module 10.1Introduction to Steam Distribution

Page 2: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Introduction to Steam Distribution Module 10.1

10.1.2

Block 10 Steam Distribution

Introduction to Steam Distribution

The steam distribution system is the essential link between the steam generator and the steamuser.

This Module will look at methods of carrying steam from a central source to the point of use. Thecentral source might be a boiler house or the discharge from a co-generation plant. The boilersmay burn primary fuel, or be waste heat boilers using exhaust gases from high temperatureprocesses, engines or even incinerators. Whatever the source, an efficient steam distributionsystem is essential if steam of the right quality and pressure is to be supplied, in the right quantity,to the steam using equipment. Installation and maintenance of the steam system are importantissues, and must be considered at the design stage.

Steam system basicsFrom the outset, an understanding of the basic steam circuit, or ‘steam and condensate loop’ isrequired – see Figure 10.1.1. As steam condenses in a process, flow is induced in the supplypipe. Condensate has a very small volume compared to the steam, and this causes a pressuredrop, which causes the steam to flow through the pipes.

The steam generated in the boiler must be conveyed through pipework to the point where itsheat energy is required. Initially there will be one or more main pipes, or ‘steam mains’, whichcarry steam from the boiler in the general direction of the steam using plant. Smaller branchpipes can then carry the steam to the individual pieces of equipment.

When the boiler main isolating valve (commonly called the ‘crown’ valve) is opened, steamimmediately passes from the boiler into and along the steam mains to the points at lower pressure.The pipework is initially cooler than the steam, so heat is transferred from the steam to the pipe.The air surrounding the pipes is also cooler than the steam, so the pipework will begin to transferheat to the air.

Steam on contact with the cooler pipes will begin to condense immediately. On start-up of thesystem, the condensing rate will be at its maximum, as this is the time where there is maximumtemperature difference between the steam and the pipework. This condensing rate is commonlycalled the ‘starting load’. Once the pipework has warmed up, the temperature difference betweenthe steam and pipework is minimal, but some condensation will occur as the pipework stillcontinues to transfer heat to the surrounding air. This condensing rate is commonly called the‘running load’.

Fig. 10.1.1 A typical basic steam circuit

Steam

Steam

Ste

am

Steam

Condensate

Condensate

Condensate

Make-up

water

Feedpump Feedtank

Pan Pan

Space

heating

system

Condensate

Process

vessel

Page 3: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.1.3

Introduction to Steam Distribution Module 10.1Block 10 Steam Distribution

� � � � � �� �� ��

��

���

����

���

��

���

���

���

���

������ ��� �

The resulting condensation (condensate) falls to the bottom of the pipe and is carried along bythe steam flow and assisted by gravity, due to the gradient in the steam main that should bearranged to fall in the direction of steam flow. The condensate will then have to be drained fromvarious strategic points in the steam main.

When the valve on the steam pipe serving an item of steam using plant is opened, steam flowingfrom the distribution system enters the plant and again comes into contact with cooler surfaces.The steam then transfers its energy in warming up the equipment and product (starting load),and, when up to temperature, continues to transfer heat to the process (running load).

There is now a continuous supply of steam from the boiler to satisfy the connected load and tomaintain this supply more steam must be generated. In order to do this, more water (and fuel toheat this water) is supplied to the boiler to make up for that water which has previously beenevaporated into steam.

The condensate formed in both the steam distribution pipework and in the process equipmentis a convenient supply of useable hot boiler feedwater. Although it is important to remove thiscondensate from the steam space, it is a valuable commodity and should not be allowed torun to waste. Returning all condensate to the boiler feedtank closes the basic steam loop, andshould be practised wherever practical. The return of condensate to the boiler is discussedfurther in Block 13, ‘Condensate Removal’, and Block 14,’Condensate Management’.

The working pressureThe distribution pressure of steam is influenced by a number of factors, but is limited by:

o The maximum safe working pressure of the boiler.

o The minimum pressure required at the plant.

As steam passes through the distribution pipework, it will inevitably lose pressure due to:

o Frictional resistance within the pipework (detailed in Module 10.2).

o Condensation within the pipework as heat is transferred to the environment.

Therefore allowance should be made for this pressure loss when deciding upon the initialdistribution pressure.

A kilogram of steam at a higher pressure occupies less volume than at a lower pressure. It followsthat, if steam is generated in the boiler at a high pressure and also distributed at a high pressure,the size of the distribution mains will be smaller than that for a low-pressure system for the sameheat load. Figure 10.1.2 illustrates this point.

Generating and distributing steam at higher pressure offers three important advantages:

o The thermal storage capacity of the boiler is increased, helping it to cope more efficiently withfluctuating loads, minimising the risk of producing wet and dirty steam.

o Smaller bore steam mains are required, resulting in lower capital cost, for materials such aspipes, flanges, supports, insulation and labour.

o Smaller bore steam mains cost less to insulate.

Fig. 10.1.2 Dry saturated steam - pressure /specific volume relationship

Page 4: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Introduction to Steam Distribution Module 10.1

10.1.4

Block 10 Steam Distribution

Having distributed at a high pressure, it will be necessary to reduce the steam pressure to eachzone or point of use in the system in order to correspond with the maximum pressure requiredby the application. Local pressure reduction to suit individual plant will also result in drier steamat the point of use. (Module 2.3 provides an explanation of this).

Note: It is sometimes thought that running a steam boiler at a lower pressure than its ratedpressure will save fuel. This logic is based on more fuel being needed to raise steam to a higherpressure.

Whilst there is an element of truth in this logic, it should be remembered that it is the connectedload, and not the boiler output, which determines the rate at which energy is used. The sameamount of energy is used by the load whether the boiler raises steam at 4 bar g, 10 bar g or100 bar g. Standing losses, flue losses, and running losses are increased by operating at higherpressures, but these losses are reduced by insulation and proper condensate return systems.These losses are marginal when compared to the benefits of distributing steam at high pressure.

Pressure reductionThe common method for reducing pressure at the point where steam is to be used is to use apressure reducing valve, similar to the one shown in the pressure reducing station Figure 10.1.3.

A separator is installed upstream of the reducing valve to remove entrained water from incomingwet steam, thereby ensuring high quality steam to pass through the reducing valve. This is discussedin more detail in Module 9.3 and Module 12.5.

Plant downstream of the pressure reducing valve is protected by a safety valve. If the pressurereducing valve fails, the downstream pressure may rise above the maximum allowable workingpressure of the steam using equipment. This, in turn, may permanently damage the equipment,and, more importantly, constitute a danger to personnel.

With a safety valve fitted, any excess pressure is vented through the valve, and will prevent thisfrom happening (safety valves are discussed in Block 9).

Other components included in the pressure reducing valve station are:

o The primary isolating valve - To shut the system down for maintenance.

o The primary pressure gauge - To monitor the integrity of supply.

o The strainer - To keep the system clean.

o The secondary pressure gauge - To set and monitor the downstream pressure.

o The secondary isolating valve - To assist in setting the downstream pressure on no- loadconditions.

Fig. 10.1.3 Typical pressure reducing valve station

Steam

Separator

Strainer

Pressurereducing valve

Safety valve

Steam

CondensateTrap set

Page 5: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.1.5

Introduction to Steam Distribution Module 10.1Block 10 Steam Distribution

Questions

1. Distributing steam at high pressure, instead of low pressure, will have the followingeffect.

a | Heat losses from the pipes will be less. ¨

b | A lower storage capacity in the high pressure pipes. ¨

c | High pressure small bore steam pipes cost less to install and insulate. ¨

d | The steam pipes will be smaller creating wet steam. ¨

2. A steam pressure reducing valve is fitted to:

a | Prevent the pressure at the plant exceeding its safe working pressure. ¨

b | Help dry the steam supply to the plant. ¨

c | Reduce the flash steam losses as condensate passes through the plant steam traps. ¨

d | Supply the plant with steam at the designed temperature and pressure. ¨

3. The start-up condensate load of a steam main is generally greater than the running loadbecause:

a | The pipework and fittings are cold, so steam is required to heat it up to steamtemperature. ¨

b | The steam space within the pipework has to be charged with steam to thedesired running pressure. ¨

c | The boiler crown valve or stop valve is opened very slowly and initially thereis insufficient pressure to discharge condensate through the steam traps. ¨

d | On initial opening of the crown valve, the steam distribution pressure will be lowand the enthalpy of evaporation of low pressure steam is greater than at high pressureso a greater mass of steam will be condensed. ¨

4. The pressure at which steam is supplied to the plant should be dictated by:

a | The boiler operating pressure. ¨

b | The steam distribution pressure. ¨

c | The maximum allowable safe working pressure of the plant. ¨

d | The plant design pressure and temperature. ¨

5. Which of the following results in pressure losses in distribution pipework?

a | Sizing the pipes on low pressure instead of high pressure. ¨

b | Frictional resistance within and heat loss from the pipe and fittings. ¨

c | Sizing the pipes on start-up load of the plant. ¨

d | Large steam users. ¨

6. The steam pipe after a pressure reducing valve is likely to be:

a | Smaller than the upstream pipe because of the smaller volume of low pressure steam. ¨b | The same size as the connection to the plant. ¨

c | Larger than the upstream pipe because the volume of the low pressure steamis greater. ¨

d | The same size as the upstream pipe because the flowrate through each pipeis the same. ¨

1: c, 2: d, 3: a, 4: d, 5: b 6: c Answers

Page 6: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Introduction to Steam Distribution Module 10.1

10.1.6

Block 10 Steam Distribution

Page 7: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

����������������������������

Page 8: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

������

�������� ������� ���� ���

�������������������

������������������� �����

�������������������� � ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� � ������������������������������������

������������������������������������������� ���������������������� � ��������������������� �����������������������������������!���������"#��$#��%#��&#��'#��(#��"##��"$#��"&#������������)���"'#��*������������+�� � ����"!#�������������� ��������&#�����������������,��������������-�������������������������������� ������������������ ����������

.���������������������������� � �������� ������������+���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������/����������������������������������������������*������ ��0� ��"##�� ��������&#� � ����������������������������""&�%#��������������/��������'�#$

������������������"#$�$'��� ��"##�� ��������(#� � ����������������������������""&�%#��������������/��������(�!'

������������������12�"(��

3���� ���������&#�����(#��������������������������"!��� ����'##�����������+������������������������������������������������ � ����������������

�����4���������������� ��������&#� � ����/���������������5 �"'##�

������������������������������������������5 �"'##��������������������������������������������� � ����+���������������/������������������������"#�$�"��� ����������������������+�����������������+��� � ���������������������������������

�����������6��� ��� � ��������������������7�)����������������7�)�$&&(� � ���������������������"#�$�"�������������� ��������������������������������������������� ������� ���������������� � �� � � � �� �� �� � ��� ���

!�"�������� ���� ���� ���� ���� �� ���� ���� ��� ����� ����

#����� �!�"������ � ���� ��� ��� ���� ���� �� ��� ���� ��� ���!�"��������� ���� ���� ���� ��� ��� ��� ��� ���� ���� �����$%���� ���� ���� ���� ���� ��� ���� ���� ���� ����� ����

�������8������9������� � �������5 �"%(2�������������������������������������������������5 �$"��������������������������� �������������������� � ����������������������������������������������������������������,5����5���-�����,.���5���-:����������������������������������������������/���������������������������������� �������������������� � �0� .���5����������������������������������������������� � ��� ����������� 5����5�������������������������������������������������������������������������������

��������������������; ��������������������

����������������������!#������������������ ���������������� � ����������������������� ������������&������������������������������������������������������������ � ������&����2��������������������������������������������������

&�'������(�������)�������������)�*�"��+,�'����)�������� ������������'�"

&�'�����#��������)�������������)�*�"��+,�'����)���-�����*.� ������������'�"

Page 9: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

&�'������&����������������

���������� ��������������

=��

�������������� ��������������������������������������������������������������) ��5�"'�1��"#'������������������������������������������ ������������������ ��������� ��� ��������������������������

*���������� ���������� ���������������������������������������������������������������������������� ���� ��������� ��� � ����� �������� ��������� ���� ���� � ����������� ��� ������ ���������

�� �������� � ��������� ��������'��������������

�������������������<��������������������������������������������� ����������������������� �������������� ����������������������������������������� ����������� �������������������������������������� ��������������

5��������-��������� �7������5���������"2##� ;�"2($�� ������������� ���5���/�&� ;�*�����������7-������7-�������� ����"('#�;�"1&(���������������������������������������������������������������������"������������$������*������"#�$�%������������������������������������������������������������������������������� � ������������������������

=����0�� > ?������������������������ > *�����������������������������@ > @��������� > *�������������� A��� > B�����������������������1�("�A���7 > �� ������������

��������������������������0� ?����������������������������� �� ��������������������������C������������ �������������������������������� ����������������������������������������������������������0

� ����.��������)�����������������������������������

� �������� �������������������

5����������������������,�-�����C������� �����������������������������������������

��������������������������7-������C��������6C�������"#�$�"�0

��

���������

��

�� ������������

������� �������

��

� ���� ����������

Page 10: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

������

�������� ������� ���� ���

��� �������������������������� � ����������� � ����������������������������� � ����+����� �������������

�������������� ������� �� ���������������������������������������� ����������������������� ?������������������������������������������������������ �������/������������������� *�������� � ���������������������������������������������������������������������������������

�������������������������0� 4������������ ���������C���������� =���������������������������� ������������

����� ������������� ��0� �����������������������(#������� � ����/����������������&&D�������������������������!#

� � ����/��������������������������C������� ������� ������������������������������ � ����/���������$"D����������������(#�� � ����������

��������������������������!#�� � ����/���������;���������� ������������(#�� � ������������!#D�������������������!#�� � �����������������������������������������������

��������������� ������� �� ������ ����������� ����� �� ��������� ��� ���� ����� ��� ����� �������� ������� �C�� ���

���������������������������� ���������������������������� ��������������/��������������������� ������ ����������������/�������������������������������������������� ��������� ��������� ��

����������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������������� � ����+�������������������� ����������� ��3��� ����������� ���+���������������������������������������������������, ��������������-����������������� ���������������������������������6C�������"#�$�$����������������� ����������� ������ �����������������������

��������� ������������������������������������������������������������������ ��� �����������!��������������"�����#�����������������$ �%&��� '(��������������������������������������������

���������� �

���������� �

=����0* > ����������������� > *��������������� ��������� > *�����������������������@������@ > 6C������������������� � ����

( ) ( )( )

� ������������������� ���� � � �

������� ����������� ����� �����

���� ��� ������� � ������������

��

������� �� ��� �

��������������������������

������ ���������

� � ������ ������

= ��������������

= � ������

� �

Page 11: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

150 m (original pipe length)

+ 10 % (allowance for pipe fittings)

= 165 m (revised pipe length)

Unit heater

at 6.6 bar g

270 kg/h

Revised load to supply the heater battery is

270 kg/h + 5.8% = 286 kg/h

Boiler at

7.0 bar g

286 kg/h

L = 150 mP1 = 7 bar g P2 = 6.6 bar g

��������������������������������C������$2#�/� A���������������������� ������������������������������������������� � ��

����������������������������� ���������� ������� ���� ���������� ��� ���������������� ��� /��������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������� �����������������,�C��������� � ��������-�����������+��������� � �����/������������������������������������������������������������� � ����+�������������/���������������� ������������������������C������������������������������������ ��������� ������� � ���������������!#����������������������������������������������!D�� ������� � ����������"##����������������������������������������������������������������������������

������������"#D�������������� ��������� � ���������������������������������������������������������������������$#D�

��������������������)�������*���>�"!#��E�"#D�+, �

�������������������������������������������������������C������$2#�/� A���������:��������������� � �����������������C�������� �������C��������������������������������������������������������������+��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������%�!D������������������ ���"##���������������������������������������

������������������������������������������>����

�����������

������

-�)���������������>�$2#�/�A��E�!�(D�+ .,�*&�

*��������"#�$�$����������������������� ����� ��������������������������"#�$�!������������� ������ ��� ����� ��������� ����������� �����4������� ,*,� ������������������ �������� ��� ����������������������������������������������������6C�������"#�$�$�

����������/0��������� ����������������������������������1������������' 1����������������&�

��� ������ �������� �����

�� �������� �������� �����

��������� � (�����������"�����������/�*����� �$0���������������������!������������������������������������������������1������������������+ 2��*&��

&�'������!,��� ��������������������/0� ������

Page 12: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

������

�������� ������� ���� ���

/�������������������������3

����2�#������ > !'�%(

����'�'������ > !"�#!

����������������� ���������������������������������6C�������"#�$�$�����������������������������,*-0

( )( )

( ) ( )( )

� ����������������� ������� � �� �

����������������������������� � �

�� � � ��������������� ���� ��������� ������� � �� �

������ � � ��� ���� �π�

� �

=����0

F������ ��� ����������� ����� ������������ ���� ���� ��� �� ����������������� �������������������?��������������������������������+����������� ����������� ��������������������� � �� ��+�������� ����� ������ �� ��������� ��� ����� &2�A��� ���� �� ������ �������� ����� ����� �����C�����������'�'������

*����������������������;������������������ � �������� ���������� ����������� �������������������"#�$�'�;�6���������������������"#�$�%�:���������������������������������������C����������#�#%$�����#�#%#�����#�#&#������������������������������������������:���������������#�#%#�

�����������/0��������� �����������������,��������������������������������������

&�����1����������$��

�&��� � � � �� �� �� � ��� ��� ��

�������,��2' 3"���� ��� ���� ����� ����� ���� ��� ���� ����� ���� ����� ��������� ����� ����� ����� ���� ��� ���� �� ���� ���� ��� ��������� ��� ��� ���� ���� ���� ����� ���� ���� ���� ������ �����

��������������������������� ������������������������������������������������������;�������� ���������� ��������������������������������������������������� �������������+������ � ��� ��������������������� ������������������ �����������������������������������������������������������������������������

*����������#�#%#�����������������������������������������������������������������0

� ��&#�� � �������������$$1�1�/� A��

� ��!#�� � �������������!#"�"�/� A��

4�������������������������� .,�*&�0��� �����������������������

?��������+������� � ������������ ����������� �������������������������������/��������C������

������������� �����

� � �����

( )

������������� � � ���� � ��������������

������������������ �� ������ �� ������� ����

!�������������"� � ���#���������������� ����

� ���� ��$� ������ ���$���������������% � �� �

&����� � ��$� �$����# � �π

� �

� �

����������� � ����� �

���������� � � ����� ��

� �

Page 13: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �����

������������������� ����������������� ������� ���� ���

��

����

���

��

��� ���

���� ����������

��������� �������

��

��

��

��

��

��

���

������

���

����

��������

��

���� �� ��

���

���

���

���

���

�����

� �

���

��

���

���������������

��

����

��

��� ���

����

���

����

���

���

���

����

����

����

����

����

����

����

� !"#

��

�$�%

&

'��

���

�!"��

���

%���

��

��

����

������"��� ����

����

��

��

���

���

���

����

���

���

���

��

����

������

( )

*

+

�������������������� ��������������������� ���������������� ���������������������������������������"#�$�2���������� �������������������������4������������������������������ ���������6�� ���"#�$�%�

��������� �51���* ������� ������������� � 0��������� �������������������* �������*����������/�*����� � ��������������"#�$�2��

������ ������� > 2�����

������������ > $('�/� A�

6�����3� ���������� �����������������������������������2�������������/�������7�� *��� �����7�������������+�����������������������������������$('�/� A���������/�������8�� *��� �����8������������������������������������� ����������������������(��� 7����������+���������������#�$&��� A"##��������� ��������������������@��������� ���� ���������������������������8(������������������������� � ����+����C����������������������

&#�� � ���������������������!#�� � ���������������

( )

( )

� ������������������ ��������� � ������

����������

�������������� ��������� � ���������

� �

��������������������� ���� � ��������

&�'������!��� ���������������'��"�����*�1������������

Page 14: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

�����

�������� ������� ���� ���

�������������������*�������/����������������������������������������4����������� �����������������������������������7-������C��������6C�������"#�$�"�����������/������������������������������� ������������������+���� � ���� ��� �������� ������ ����� ����� �������������������������������� ������ ���������� ��������������������� � ������������������������������������ �����������+��������������������������������������������$!����&#�A������������������������������������������

&#�A�����������������������������������������������������������������������������/�� ���� �������������������������������

6����������������������������������������������������������� ����������� �������������� ���������������������������������������������������������"!�A���������������� ����������� ����������������������� � ������������!#����������������������/������� ����������� �����������������������������

5�������������"#�$�&���� �� ������� ��� ��� ������� ��� ������� � �� ��+��� ����/���������:� ���� �������������������������������

�����������!������������� ������������������������2' 3"���������������+�����������!�"��������������1������������ �����

1������� 4������,�� � � � �� �� �� � ��� �� ���

����' 3� 5��������������������� �����!�"���������� � �6� ��� ���� ��6� ��� �.� ..6 ��� � � �����

1���������������,�2' 3"�� � � � � � � ��� �� � ���

�� � �� � �� �� � � ��� � �� �� �� ��� � �� �� �� �� �� � �� � ���� ������ �� �� � � � ��� �� �� � ��� �

�. � �� � � � �� �� ��� �� ��� ��� ��� ��� �� �� �� � � �� �� � � ��� ��� ���� ������� �� �� � �� � �� �� � �� �����

� � �� � � � ��� � ��� � �� � ������ � � � �� �� � � �� � �� ����� ������ �� � � �� ��� �� ��� ��� � ���� ����

� � � � ��� �� � ��� ��� ����� ���� ������� �� �� � � � �� �� � � ��� ���� ��� ������ � �� � �� �� �� �� �� ���� ����

� � � �� �� ��� �� �� �� � ���� ���� �� �� �� ��� ��� �� ��� ��� �� ���� ��� ��� � ������ �� � �� � �� � ��� �� ����� ����� ����

� � �� � � � � � �� �� �� ����� ���� ���� ������ � � � �� �� �� � ���� ��� � ���� ���� ������� � � �� �� �� � ��� ����� ���� ��

� � � � � ��� � �� ��� �� �� �� �� ���� � ��� � �� � ��� ��� � ����� ����� �� ��� ������ �� ��� �� ��� � � �� �� ��� � ��� ����

� � � ��� ��� � � ��� ����� ���� ����� ����� ������� ��� ��� � �� �� ����� ��� ��� �� �� ��� � ������ �� �� �� ��� �� ��� � ���� ����� ���� ����

. � �� �� �� �� � ��� ���� ����� ���� ����� ����� ��� ��� � � ��� ��� ��� ����� ���� ���� ����� �� � �� ��� ��� � �� �� ���� ���� ���� �����

� �� ��� � ��� � �� ���� ��� �� � ��� ������� � � � � � ��� ��� ���� ����� ��� ��� ���� �������� �� �� ��� �� ��� ��� �� ��� ���� � � ����

�� � ��� �� �� �� ��� ����� ���� ���� ����� ��� ������ ��� ��� � �� ���� ����� ���� ���� ����� ����� ������� �� ��� ��� � � ��� ���� ��� � �� ���� ����

�� � � � � �� �� �� ����� ���� ��� ���� ����� �������� ��� � ��� ���� ��� �� �� � �� ���� ���� ������ ���

Page 15: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

( )( )

���������������� � ��������������

�������������� �

�������� �

� �

π �

.������������������������������������������������� � ���7����������0

������������������ � ����+����������������������������������������������������������������C�������������� ���������������������������������������������������

�������������C�������������������������C������ � ����+�0

� > *�������������� A��

�� > ��������������% A/��

�� > 4��������������/� A��

� > F�������������������% A���>��������

*�������������������������������������������������������� � ������������������0

��������� �$7��������������� ����*&�����"����������������2���*�/���������)������"����������� �&�0������������������!��

=����0

����������������0( )

( )�������������� ��

����������� � �� ��������������� �

��

� �

���

��

���

��

������������� ������ � �

� !

π

π

π

π

��

��

�������������� � ��������������

��������������������������������������$!�A������� � ����+�����������������"%#�:����������������������������������+���"!#��������������������

������������������������������������� ���������� ������������*������"#�$�'�

�������������� � ���� �

���������������������������� � ������ ��

�������������� � �������� ����!�"#$��� �

%���������������� � ��&���

%���������������� � !�"#$��� � ��&�������� ��

������������ ���� � �����

��� �

�����

����

�����

����

��

Page 16: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

�������

�������� ������� ���� ���

���

���

���

���

���

��

��

��

��

���

��!"�

��,��

�%��

����

��

����

����

����

����

��

����

��

���������

�������

��

����

���

����

��� ��� ���

���� ����������

��� ��������� �������

'� ��������

����

�����

������

����

����

���

���

���

����

���

��

���

� !"#��

�$��%�

&

��

������"��� ����

����

������

���

+

���(

*

��

��

�����

&�'������!��� ���������������'��"����*�4������,

��������� � 1���*��������������������������� �$0���/�*����� �,�������������������������������������!�

������ ������� > 2�����

������������ > !�###�/� A�

4������������� > $!�A�

6�����3� 7����������+�������������������������������� ����������������2�������������7��������� �������

����������������������������������!�###�/� A���������8��� *��� �����8�����������������������������������������������$!�A���������(���*��� �����(������

������+���������������������� � ��������������������������� �� � ����������������"%#�������C�����:�����������������������������������+���"!#��

�����������������

Page 17: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

������������������������������� � ��������� ����� ���� �� ����������� ��� �� ���� ���� ���� ���������� �������� �����������G����C����������������������������� � �������������������� ��������������� ������������������������������������������!#����2#�A��������� ����������� � ��������������������������*�������"#�$�!�����"#�$�'����������������������� ��������������� ����������

��������� �,1�������*������������������������0������� &�����������*��������5�� &��������������������� ����*���$ �'(���������������*�������*�������������9����)������"������������� ��&�0���������3

� #��������!��������)������":���/�*����� �.;�

� #��������������������������*��0��������*����������0�� ���:���/�*����� �2;�

<���� 8�����*������"#�$�(���������������������������&!#'G���������� ��������������������������������

����!#����������������7��� *��� �����7�� ��<����������+����������������������������������������������������,������������-

���������%#�###�/�A���%#�� A����������8��� *��� �����8�� ��<����������������������� ��������������������������!#�A���������,�������������-

�������������(��� *���������(�� ��<����������+������������������������������������������������,������� � ���������-

������

����,������� � ���������-������������������ � ���������������������������������"$#��*��������"#�$�"���������������������� � ��������� ��������(#� � �����������������+���������"!#����������������������"&'�&��

<��� � 8�����*������"#�$�2���������������������������&!#'G���������� ��������������������������������

����!#����������������7��� *��� �����7�� ��<����������+������������������������������������������������,�����������������-

���������%#�###�/�A���%#�� A����������8��� *��� �����8�� ��<����������������������� ������������������������������,������� � ���������-������

����� �����������"&'���������(��� *���������(�� ��<����������+�����������������������������������������������, ���������������A"##�-

����������������

����, ��������������� A"##�-������������������#�1��� A"##������� � ������������������� �����$##���������� ����������� ���0

���������������� � �� �������������������

�����

����� ����������� ����������� ������������ ������� �����

Page 18: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

�������

�������� ������� ���� ���

1���*����������������������������������������������6 ����������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������������������� ����������������������������������������������������������������������������� ������������������������������������������� ��������������������C�����������������������������������/�� ��������������������������������������C����������� ��������������������������/��������������������������������������/�� ����������������������������

<������������������( ) ( )� ��� �

�� �������

������ �����������

� �

�����

=����0�� > 8 ������ ���������������� > 7��������� ��������������@ > @��������� � ����� > 4��������������/� A��7 > �� ������������

<������������������

=����0�� > ������������ �����@ > @��������� � ������ > ����������������������% A/��� > 4��������������/� A��7 > �� ������������

�������� ����������������� � �����������������������������/�������C������������ �������������������������

��� ����������������������������5 �(#'��"11%������� 46�%"�"�� ��������� ����� �� ������ � �� ��+�� ������������� ������ ����������� ��������� ����������

����������������������� �������������������������� � ����+������������������������������0� F����������������� � �������������!#�������������� ������������ ������������������������� ����������� ���������������������������#�"��� A!#��

��� �� �

������∆ �

��

Page 19: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

1������� 1�����������' ��������&�

���� ��������� �������� � ����� ������ ����

���� ��������� ��������� �������� ��������� �����

���� ��������� �������� ��� ���� �������� � ��

��� � � ���� � ������� ��������� ��������� �����

���� �������� ��������� �������� �������� ����

���� �� ���� �������� ��������� �������� �����

���� � ������� �������� ��� ���� ��� ����� ��� �

���� �������� ������� �������� ������� �� �

���� � ����� �������� ������ �������� ���

���� ������� �������� ��������� ��� ���� � ��

���� ��������� ������� ���� ���� ��������� ����

���� ������ �� ���� ������� ������ �� �

��� ������ �� ��� ������� ������� � �

1������� 1������������ ��������&�

���� ��� ������ ��������� ���� ���� ���������� ������

���� ��������� ��� ������ ��������� ���������� ������

���� �� ������� �� ������� ��� ����� �������� �����

��� �������� ��������� ���� ���� ��� ����� �����

1������� 1�����������' ��������&�

��� ������� ��� ��� ������� ������ �����

��� ��� ��� � ������ ������� �������� �����

��� ������� ������� � ����� �������� �����

���� �������� �������� ������� ������� ���

���� ������� ������ ��������� �����

����� ������

����� ����������� ����������� ��������� �������� �� ��

����� ���������� � ��������� � ������� � ������� �����

����� ���������� ��������� ��������� ���������� �����

����� ����� ����� ���� ����� ��������� ���������� ����

����� ��� ����� ����� ����� ��� ����� ����������� �����

����� ����������� ����������� � ������� � �������� ������

����� ����������� � �������� �� ����� ���� ���� �����

���� ��������� ���������� �������� �������� �����

�������������������1���������������������&�������

1������� 1�����������' ��������&�

� �������� ��������� ��� ����� �� ���� ��� ���� ����

���� �������� ��������� �� ���� �������� ��� �

���� �� ����� ������� ������� ��� ���� ��

��� ������� � ����� ������� ���

����� ����

���� ��������� ��������� �������� ��������� �����

���� �������� ������� ������� �� ����� ���

���� ��� ���� �������� �������� ������ �����

��� �������� �������� �� ����� ���� ���� ����

Page 20: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

�������

�������� ������� ���� ���

�����������1���������������,��������������������������

&�����1���������� �

&�� � � � �� �� �� � ��� ��� �� �� ���

�������,��2' 3"�������� ���� ��� ���� ��� ��� ���� �� � ����������� ����� �� � ����� �� �� ���� ����� ��� � ���� ������������ ����� ���� ��� �� � �� �� ��� � � ����� ���� ����

������� ��� �� � ���� ��� ����� ����� ���� ��� ����� ���������� ���� ����� ��� � ��� ����� � ��� ��� ��� ���� � �� ����������� ��� ��� ���� � � ��� ���� ��� �� ��� ����� ���� �����

������� ���� �� ����� ���� ��� �� �� ����� � �� ����� �� �� �� � ����������� ���� �� ����� ���� ��� � �� �� ����� ���� ����� �� ����� ����������� ���� ���� �� � ���� ����� ����� �� �� ��� �� � ��� � ���� �� ��

������ �� ���� ����� � ����� ����� � ��� ��� ���� ��� ���� ����������� ��� ��� ���� � �� ��� ���� ����� ���� �� ��� � � ����� ������������ ���� ���� � �� ���� ����� ���� ��� ����� ��� ��� �� � ��� ����

������� �� �� ���� ����� ��� ���� ��� ��� ���� ���� ���� ��� ��������� ���� ��� ��� � ���� �� � �� �� ����� ���� ���� ����� ���� ���� � ���������� ���� ��� ���� �� �� ����� ���� � ����� �� � ���� ���� ����

������ ��� ��� ���� ��� ��� � � ��� ���� �� ����� ���� ���� ����� ���� ������ ��� ��� � ��� ���� ����� �� �� ����� ���� ���� ����� ����� ���� ������������ ���� ���� ���� ��� ���� �� �� � �� ��� ����� � � ����� � ���� �����

������ ���� ����� ���� ��� ��� ���� ��� ���� ���� ���� ���� ����� ����������� �� ��� ��� ��� � �� ���� �� ���� ����� ����� ���� ������ ���������� ���� ��� � �� ����� ����� ��� ���� ��� ����� ���� ���� ���� �� ��

������ ���� ����� ���� ���� � ��� �� � ��� ��� ���� ��� ������ ����� � �������� �� ����� ����� ����� ����� ���� ��� ��� ��� ����� ����� � ���� ���������� ���� ���� � ��� ���� ���� ����� ����� ��� � ����� ����� ���� ������

����� ��� ��� ��� ����� ���� ���� ���� ���� �� �� ��� ����� ������ ����������� ��� ���� � �� ����� ��� ���� ����� ����� ���� �� ����� �� �� ���������� ��� ��� ���� ���� ���� ��� � ��� �� �� ���� ����� �� � ���� ����

������ ����� ���� ���� � �� ��� ���� ��� ����� ���� ��� ����� ���� ����������� ����� ����� ��� ���� ��� ����� ��� ���� �� ������ ���� ����� ����������� ���� �� ����� ���� � �� ����� ��� � ����� ���� � ���� ������ ���� �� ��

����� ����� ��� ���� ����� � �� ��� �� � ��� � ��� ��� �� �� �� �� � ���� ����� ����� � ��� ���� ����� ����� ��� �� ���� ������ �� ������ ���� ����� ���� ����� ���� ���� ����� ���� ����� �����

����� �� ����� ����� ��� ���� ���� ���� �� � ����� ����������� ���� ���� �� � ��� ��� ��� ����� ��� ��������� �� � ����� ����� ����� ����� ����� �� ����� � ��

����� ���� ����� ���� ���� � � ��� ����� ���������� ��� � ����� ����� ���� ���� ����� ���� �������� � � � ����� �� �� ��� ����� ����� �����

����� �� ����� � �� ���� ���� ��� ��������� �� � ���� ���� ����� �� ���� ����� �� ����� ��� ���� ���� � ����

����� ����� ��� ����� � � ��������� � ��� ����� ����� ������� ����� ���� ���� ����

����� � ��� ����� �����

Page 21: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

��

��

��

��

��

��

��

���

��

��� ��� ���

���� ����������

��� ��������� �������

��

��

���

������

���

����

����

����

��

���

���

���

���

����

����

����

��

�� �� �� ����

���

���

���

���

���

���

����

��

� �

���

��

���

��

��

��

������"��� ����

����

'��

���

�!"��

���

%���

��

��

����

���

���������

������

����

����

����

���

����

���

���

����

����

����

��

�� !

"#�

��$

�%&

��

�� ��

��

����

��������.��!��� ���������������'��"����*�1������������

Page 22: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

�������

�������� ������� ���� ���

���

���

���

���

���

��

��

��

��

��

����

��

�����

����

����

����

��

����

��

���������

��

����

��

��

��

��� ��� ���

���� ����������

��� ��������� �������

'� ��������

����

�����

������

����

����

���

���

���

��

���

��!"�

��,��

�%��

���

��

��

����

������"��� ����

����

���

��

���

��������

����

�� !"

#���$

��%�&

��

�������� ��!��� ���������������'��"����*�4������,

Page 23: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

������������������� ����������������� ������� ���� ���

���������������������������� ��� ������

���������

� 7����������������������*��������������������" ���*&�������������������=�.���*����������������"�#����������������������������������"������*������* �>���������)��������*���������!���������������������?

� H "##������������ �

H (#������������ �

� H !#������������ �

� H '!������������ �

� 7 ���� ����� ���� ��� ���� �������� ��� � ���������� ����� �������� ����.�5���*�������������2�2���*�����������������(�������������������0������� �������������!�������0 ������������� �������� �����������������"��2�=���*�������������������*������?

� H ����������������������������������� ���������������������������� �

H ���� � ���������������������� ������ ��������������������������������� �

� H ���������������������������������������� ����� �

� H ��������� � �������C����� �

5� 7$�����* ���*��������������������������!��������". ��*&���������4����������������!����)������"��������������?

� H ������������ �������������������������� �

H 3������������������&#�A� �

� H 3���������������������$!�A� �

� H 6������� �������������������������������������������� ����������!�A� �

$� 7$������������������*�����������������������*���������!���"���)������"�������������� ���*&�������������������$���*�������!���������������?

� H "##� �

H (#� �

� H "$!� �

� H ���� � �������������+������ ����������� �������������������� �

� 7�����*�����������5�����*�������"��*��������������������*��������!���"���)������"������������ �����*&��������!���������������?

� H "2!� �

H "!#� �

� H $##� �

� H $!#� �

,� /��������������*0�������������������!��*�������*0.���*����������"���)������"������?

� H �+�����������������/����������������� ����������� ����������� � � �

H ����������������������������&#�A������� ����������� ����������� � ����������������������� ��������������� � ����������� �

� H ������������������������������������������ � ������� ���������������+�������������������������������������� ���� �

� H 3����������������"##�������������������������������������� ���� �

Page 24: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������� ���������

������

�������� ������� ���� ���

Page 25: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

����������������������� �����

Page 26: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

������

�������� ��������� ������

�������������� �����

����������� ��� ����� ��� � ���� �� �� � ���� �� ������ ��� � �� ��� �� �� ������� ��� ������������� ����������������������� � ����������������������������� ����������� ���� ���� ���� �� ����������������������!� ������"#"$"

����������� �

����∆

=��

%��&� ' � ���� �������������������(%)� ' ���� ������������*�������� ��� �(%+��,����%+���-). ' � ���� ����� � �(��)�� ' ���� ������������ ���������� ��� �(,�����-)� ' / ��� ����������(�)

%������ ���*���������������������*������������������*�� ������������� ������ ������������������"�%� �������!� ��*�������������������� ������������� � *���� ������ ������� ������������ ����� ������������ ������������������� ��"

��������������� ��������������������/����$0"#"������/�������������� ����������� ����������� �������� ������������������������� ����� �� ��� ���������������� ��������������������� ���� ��� ���"

1�� ��������� ����� ������������� �� ������������� ����������������������� ����� ��� ����������� "�1��� ������ ������� ����� ��������� �������������������� � � �������������������� ����� �������*�� ������ �� ���������������������"

�����������

������2�������� �� ��������� ���������������������3,����������� �� ������405&$667��������8"$�"

���405��� ����� ��������������������� ��������������� ������� �� ������������� �$&$00�($���� �������*�$00������)������������������������� �����"�������������������� ��� ���*�� ���� �������������� ������ ������������������������� ����� ������ ���������������������� ��� *���� �*� ���������*�������(��9�����$0"7"$)"

��������������� ��������������������� ����������� ��� ��� �������� ���� �"�- ����������� ����������������������������������� ����� ���������� ���������"

-������ ���������� ������������������� ���� ��������� ��� ��� ��� ����������������� ������� ��"�:� ���*����������� ������ ���(������ �)�������� ������������������ �������� �� ���������� ��� ��� �*���"��� �� �� ��� ������ ��������� ������ ��� ���� ��������"

���������������� ����� ��� ������� �� ����

Steam Trap setTrap set

Trap set

SteamGradient 1:100

Gradient 1:100

30 - 50 metre intervals

CondensateCondensate

Condensate

Page 27: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

��� ��������������� ����������� � ����� ��� ���������� ���������������������������������!���������������������� ���������� ������� �����70������#0���� ���� ��� ��� ��������������� �� �����������������������������"

1������ ���� �������� ��� *����� �������� ��� ����������������$8#���+����� ����������� �� �����������"�9�����$0"7"�������� �$#������ ��������������������*���������������� �� ��"

���������� ������������� ��������������������� ������ ��������� ��������� ���������� ������������������������������ ����� ������������������������������� ����������� �������������������������������� ������� ���� ������������

����������

��������� ��� �

������ ��������������������

����� �

�� ��

�����������

���������� ��� ��������������� ��

Flow

�������������� �������������������!��

Flow

������� ������

�����

.����������$#��������� ������������� � ���*������������*����� ���������������������� �������� �������� ��� ����������"������ �� �������������������"

.������� ��������������������� ���������� ��������������9�����$0"7"7"������ ������������ �� ����#����70������������������������������������� ��� ����������$00���� ��� �� ���#0�������� ����� ���"������ ���� ��� ���������� �*������ ����� �������"

����������������������� *�������������� ����� ��� ��������������� ������� �����������"

;���������� ������������������� ������������ ��$0"7"$� ������9�����$0"7"8"

������� ������

�����

��������

��������

�����

Page 28: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

������

�������� ��������� ������

��������������������������

% ��� ���������������� �����*��������������� ���������� ������������*������������������������ ���� ���!������"������� �� ��������������� �����&

� �� ������������ �������*� ����������� ������ �� ��������� ������������������*� ���������� ����������� *���<����"

� % ���������� ��������������������������������� ������<������������ �������������������������� ����"

� ������*�������� ��� ��������� ��� � ����� ���������������� ��������������*��������� �� ��� �����������"

1���� ���������� ��� ���������� �� ������������ ������ �������������������"

1������� ����� ��� ����� *��� �����������!������������ �����<��������������������!���������������� �� ������� ������ �������� ��<���*�� = ���������� ����"

:������������������������ ����� ���� ���� ������ ������ ��� ���>���������� �������� ������� �� ���������������� �������*����������� ��� �� ����������� ���������!������"

-�����*������������� ��� ���������� �����������������������������(��9�����$0"7"5)"����� � �� �������&

� � ������������������� ���������� ���������������"

� 1�������������������������������(��9�����$0"7"?)���.� *���������������������������� �� �����������"

� 1����������� �������� ���������*������������������������ �������������"

� 1� �!� ���� �� ������� �����"

� 1����������� �������@������� �������!����*� ���� ��������������� �����"

����������"������ ������#� �$�����%���&���#�' ���

����������(��������� ����&������#�' ���� ����

�����

�����

�����

����

��������

��������

��������

��������

�����

�����

�����

)������������&���

*�� �����'���� ������� ����

�����

Page 29: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

����������+��,��������� ����������������������&����

������� �����������������*����� ��� �����������������*&

� 1��� ������ ����������� ��� �� �� ������������������������ ���������� �������������� � ����� ������� �� ��� �����������"

� 1��� ���������� ��� ���� ��� ���� ���������������������� ��������� ��������� ������������� ��������� ������������������"

� @��������� ������ ������*���� ��� �*������� ��������� *���*�����������*���������� ���*� �������� ����� ��� �� ���� ����� ��� ��� ����������*������ �����*� �� �"������ ������ *������� ��� ���� �����"

������������

����������-��.� ��������

�����

������ ��� �����

�����

����� ��� �����

��������

��������

)������

/��������

����� �����

�����

����������

�� �������� ������ *��������������� ���� ��� ���"�.�� ���� ������������������������� �������������������� ��$0��������������� �������������������� ������ �!� ��������������������=����������� ������*�����#����80��+��� ��������������*� �������������������"

� ��$0"�"8��� ��� ����� ��������� � ������������������������� � ���/����$0"����������������������<����"

� ���������

Page 30: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

������

�������� ��������� ������

����� ����������������� ������������������� ���������������������� ���� ��*������������ ��(9�����$0"7"4)"�1������������ ��� ������������������������������������������( �����9�����$0"7"6�( ))���*�� �� �������������� �� ������������������� ��� ��"��������������*���� �������*�� ��� ���������!����������������� ����������� �������������������� ����������"

���� �����9�����$0"7"6�(�)������������������� ��� ������������� �� ������������������������� ��*������������ ��������������� ��������*������������������� �*�<�����������"

����������0��*�� ���##�� ��

��������A������������� �������������� �������"������������������� ��������������� ����� ����� ����� ��������� ��(9�����$0"7"$0)"�-����� ��� �� ����� ������������� ����������������� ��� ������������������� ������������� ���������� ������� � ��������!���*� ��� �������������� ��� ���� ��������������� �����2������������������� ���� ���������� �"

���������������� �� ���#� �����������&������� �&������ ���

�����

� �����

�� ����

�� ������

�������������

� �������������� ��������

�������������

� ������

������������

1�2�)������

1 2�/��������

��������

Page 31: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �����

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

����������������������������� ��� �*���� ���������� ��� ��� ������������ ������������������������ ���� �������������������������������� ��������� ���� ���� *����������������$&$00�� �������� ���"�1���������� ���������������� �������������� ����������������� ��� � ��������� �����"�:������ �������������=����������� ������ �������*�������������� ��$#��+��������������� �� ���������������� ��$&80�� ������� ������ ���������� ������������ ��$#��������� ��(��9�����$0"7"$$)"

�����2�������������������������� ��������������������������������� ���������������������������������������� ��������������*������ �����"

����������� ��)&��������������&��� ���� � ���

!� ������������������������������

� "���������

#�����������

$���� ����� ������

���������������/������ �� ����� ��������� �� � ���� ��� ������ � ���*������������=� ���� �������� � ���*�������������� ���*��� ������� ��"�1�� ��������� �������������������7������������� ��������������� ���������� ��"�"�"� 1������������� ���� ����� ����� ��+����B��������� �� ������� ��� ������������ ����������� ��

"�"�"�� ��� ����������� ���� ��*������������� ������������� ��� ���"

�� � ������ ���������*������������������9�����$0"7"$���� *������� ���������������� ��"

����������������3������� ������������ ��� ��

Steam

velocity

30 m/s

1:100 Fall

1:40 FallSteam

velocity

15 m/s

Increase

in pipe

diameter Fall

15 m15 m30 - 50 m

30 m/s

Page 32: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

�����

�������� ��������� ������

4

)

.

.�� ���� ���������������������������������������� ���������� ��� ����������� � ��������������=�"�(�� � ����� ���������������� �����/����$�"#)

.��� � ���������������������������� ������������� �� ������������������� ����������� ������"���������� ������������ ��� ����� ����� ��� ����*��������� ��� � ������ ��� ��� ���� ���� ������������<�������� ������ ��������������=� ���� ���� ������ ���������"

.��� � ����������������������������� ��� ����������"�1����� �������������� ��� � ������� ��� ��� �������� ��������������������"���������������� �� �*������� ���������������<��� ���������������*������������� �������������� � *����������*��� �"��������!� *������� ��������� ���� ���������������������������� ����� �������"

���������

%����������������� ���� ������ ���������������������� ���������� ������� ����� ������2����������� ��������������� ����������� �������� ����� ������ *��������������������"�1������ ��������������������������������� ������� ���� �������������� �� ���� �������"�@�� ���� *������������ ������ ���� ��� ������������������������� �������������� ���������� ��������!������"������� *������< ���������� �� ������������� +�������������*"��� ��������!�������� *� ������������ ����� � ��������������� ����������������� �������������������*��� �� ���� ���� �������������� �� ��*������ �"�@������� ������ ��������������� ������������� ���������������������������������������"

1����������������������� ������=���� ������������������*��� ���� �������������������� � ������ ������ �"���� ����� ����������� ���9�����$0"7"$7������� ����� ������� �������� �*��� ���� ���"

�� ��������������������� ����������������� ���������� �������������� "�%����� � ���� ������� ���� ��*������������������������ ����"����� ���� ��� ����������� ������������������������ ��� ���� ��� ����� ������� �"�.���������� ��� �� �������������� ���� ����� ���� ����� ��� ����"

��� ������ ����������� ��������������� �� ���������*��������"���� �������������� �������� ����������� � *�������� ������� ����������������� ��������������"

��� ����� ���������� ��� ��������������/����$�"8"

��������������)&��������������&��� �5�������� �����

Page 33: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

����������������������

�� ���� ��� ����������������� ���������������������� ������������ ������� ��� ���������������*���"

����� ���� ����������������������*��������������&

� C������� ����

� - � ���*

� ���� ����*

��������������C������� �������� ��*�� ������>����� <��������������������������� ������� ���� ������������������������������ �����"

��������- � ���*���� ���������!� ����*���������� ������������ ������������������������������������ ������>�� ������� �� ������������ �"

������� ��� � 1�� ��� ������ ���� ���� ��� �������� ���� ��� �� �������� ��� ��� ��� �������� ���"������� �������������*�� �� ������������������ ��� ������������ ��������������� �����������"�.��� ���*��� ��$0"7"��� *������"

� ���� ����������� ��������������� ����� ����������������#0�������� ��� �������������������� ���>�#0������������ <������������������ ���������� �����������"

� ���� ��������� ���������� ��"�������������� �� ������������� ����������� �������������������������������"�9���< ����������� ��������������!�����#0�������� ��� ���� ������ ���0���������������� �� ������������� ��������&

� %��������� ����� � ������ ��� ��=� � �� �� �� ��� ��� ��������� ��������� �� �� ��� ����� �������������� ������������������ �� ������������������ ������������������"���������������� ��� ������������� *���������������� � ���*���� �BD$#����� � ���* ��� ���� �"�@�*����� �� ���� ������ ����*��������������( ����?0�� ���)�������������� ���������=�������� ����� ��� � ���*������"

!��������� �@�������� ��� ��������������� ��������� ��������� ����������� �������� ��*� ����������������������=� ������!� ��*� ���������������������� ����"

9��� ���� ��� ������� �� ������������������������� ��� ������������/�����"$����� ��������������������� ��� ���� ��� "�.��� ���*������!����� ����<�� ������������������ ��� ��$0"7"7�� ���������������������*��� � ������������ ���������� �����������#0��������� ����� ��� ��� ��� �������������"

���������� ������������ �� � ����������

�������������������� ������� ������ �

Page 34: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

�������

�������� ��������� ������

��������� ��4��&����#���� ���������������' ���&��"�����#������&�����������1��2

6���7����&���� ���� ������� �� ������������� �&����#� �8)9� ��� �����&� ������##��������#�-�:*�� �

*�� ��� �����!��1��2��-8)

�����&�� ����������� ��� �� �� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� # ����

� �� �� �� � �� �� � � ��� � � � �� ���� � �� �� � � �� � � � �� ��� �� ��� �� ���� � �� �� �� � �� � � ��� ��� �� �� ��� ��� ����� �� �� �� �� � � ��� ��� ��� �� �� �� ���� �� �� �� �� �� �� �� �� ��� � ��� �� � � ��� � �� � � �� �� �� � ��� ��� � ��� � �� ���� �� � �� � � � � �� �� �� �� �� ��� ����� �� � �� �� �� �� ��� ��� � ��� ��� ��� �� ��� �� � �� � � � �� �� �� ��� ��� ��� ��� ��� ������ �� �� �� � �� � �� �� ��� ��� ��� � � ��� ��� ������ �� �� �� �� �� � � �� �� � � ��� � �� � ������ �� �� �� �� �� � ��� ��� � ��� ��� ��� �� ������ �� � �� � �� �� � �� ��� ��� �� ��� �� � ������ �� �� �� � �� � ��� � � � �� �� �� � �� ������ �� �� � � �� � �� ��� ��� ��� �� � ��� �� ������ � � � � � �� ��� ��� ��� ��� �� ��� � � � ����� �� �� �� �� � ��� �� �� ��� ��� �� ��� ��� ��� �� �� �� �� �� � ��� �� � � � ��� �� ��� �� ���� ������ �� �� � �� ��� �� ��� ��� ��� � �� �� ���� ��� ����� �� �� � � �� � � �� �� ��� �� �� ��� �� � ���� ���� � �� � �� �� ��� �� ��� �� ���� ��� ��� �� ����� �� � � ��� ��� � � � �� �� ���� �� � � ���� ����� �� � � ��� � � �� �� �� ���� �� ��� �� � � ������� � � �� ��� �� �� ��� �� � ���� �� ���� ��� ���� ������� �� �� � ��� ��� �� � �� ��� ��� ���� ��� ��� ���� ����

������������)����������� ����#���� �����"�����#������&������������� ��'������������� �&���1�� ;�2

6���7����&���� ���� ������� �� ������������� �&����#� �8)9� ��� �����&� ������##��������#�-�:*�� �

*�� ��� �����!��1��2��-8)

�����&�� ����������� ��� �� �� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� # ����

� � �� �� �� � �� � � �� � �� ���� � �� �� �� � �� �� � �� � � �� ���� � � �� �� �� �� � �� �� �� �� � � ��� � � �� �� �� � �� � �� �� �� �� � �� ���� � �� �� �� �� �� �� �� �� �� � �� ����� �� �� �� � �� �� �� � �� � � �� ���� �� �� � � �� � � �� �� � � �� �� ����� �� �� �� �� �� �� �� �� � � �� � � ���� �� �� �� �� � �� � �� � �� �� �� ����� �� �� � �� �� � �� �� � � �� �� � � ��� �� �� �� �� � �� �� �� � � �� �� � � ��� �� �� �� �� �� �� �� � � �� �� � � ��� ������ �� � � �� � �� �� � �� � � ��� ������ �� �� � �� �� �� �� �� �� � � ��� ��� ������ � �� �� � �� �� �� � �� � � �� �� ����� � � �� � � �� � �� � � � ��� �� ��� ������ �� �� � �� � �� � �� � � �� �� ��� �� ������ �� � �� � �� � �� � ��� ��� ��� ��� � � ������ �� � �� �� � � � ��� ��� ��� �� �� � � ��� ����� �� �� � � �� �� �� ��� � ��� � ��� �� ��� � � � �� � �� � ��� ��� �� ��� � ��� �� �� ������ �� �� � �� � � ��� �� � � �� ��� ��� �� �� ����� � �� � �� ��� ��� ��� ��� ��� �� � � ��� � � ������� �� � �� � � ��� �� � � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ������ � �� �� ��� �� � ��� � � �� �� � ��� �� ����

Page 35: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

"����#�����.�� ������ ����� ��������������������������������� ����&

� ����$���� ����������� �� ��� �� �� �� �� ����������� ��� ��� ��� ��*� ���� ��� � ��� �������� �������������������� ���������������� ��������� �������� �"������� ���� �������������� ���� ��� ��*���� ��(����� �� ��� �����������������*������������*� ����� ��)"

� %���� �������%�������� ��� �������� ���������� ��������� ���������� ����������*�������=��� ���������� ��������������*� ������ ���� ������� �� ���������� � ���*������"��������������� ������ ����� ������������������� �� ����������� �����=��������������������*� ������ ��� *����� ������������������������� � �������������� ����������"

� �����$�������1������ �����������*� ����������� ����������� ��� ����� �� ����������������� �� �� �� ��� ��� ���� � *�� �� � ��� ��� ����� �����������*� ��� �� �� � � �"-������� �*������� ���� ��� �������������!��������������<���*������������������ ������ �� ���������"�9� ���� ��� ����� ��*��������������������������� �*��� � ����� ������� � ������ ��� ��*� ������� �����*� �� ������������!����*����� ����� ������ ��"

�� �� �� ������� ����� ��� ������ �� ����� �� ��� ����� �� ������ ��� 9�����$0"7"$8"� ��������� ���� �� �� ��� ������� �� ��� ��� ��� �� � ���� ���� ��� ��� ������ ���� ��� ����� �������� ������� ����������������"

������2�������� ���� ���������� ������������ �������������$$����� ���� ����� "

�����������

�� �� ��������������������������������"�A ���� ��������*�������������������� ����������� ����� �������������������� ��������������������� ���*�������������� ���������������������*������ ������������ ������������������"

9�����$0"7"$#������ �������� ����������� ��������=�������� ��� �������������"����������� ���� ��*��� �� �������� ����� ������ ��������� ��� ������������� ����"

��������������*�� ���� ����&�� ����#������ ��� ������ �� ��. ���#�� ����� ������� ������� ������� ������� /�3�������&��������

�����������"��*�� ���� � ���� �������&��������

1 2 3 4 5 10

500

400

300

200

100

03 mm

5 mm

7.5 mm

12.5 mm

Hole size

Ste

am le

ak r

ate

kg/h

10 mm

Steam pressure bar g

Page 36: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

�������

�������� ��������� ������

������

C��������� ������� ����� �� ��� ������������ ������������&

� �� �������������� �� �������� ������������������������ ����������� ��$00������$0�������������($&$00)"��� ��������������������������������������������� ���������� ���#�������$0�������������($&80)"

� �� ���������������� ���� ����� ������� �����70�#0��� ��� �� �*�����������������*���"

� %����� �� ��� ��������������������� ����������������������� � �������������������������������������� �"

� 1����� ����� ��������������������*���������������������������"

� �� ��������������������� � *����� ���������������������� ���������������������� ������ ��"

� �� � ��������������������������� �*���������� ��������!����������������� ����*�� ��������"

� �� �������������������������������� ������ ��� ����� � �� ���������� � �"

Page 37: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �������

�������������� ����� ����������������� ��������� ������

��������

� �$��$�&�$�&����'����������&'�������(

E 1��� ��� ���� ��� ������� �������������� �

�E 1��� ����������������� �������������� �

�E 1��� ������������������ �

�E .������� ��� �

� �$�����$��&&����&��������������������$���)���������*��(

E D������������������������ ���� ��70���#0�������� � �

�E -������� �� ������������������ ���� ��� ������������� �

�E A ������ ������ ����������������������� �

�E -����� ���������� �������� ��������� �

+� "����������������������$��� #�&���� '��$�$���#��,������$��� ���-

E C����������� ��������������*� ��������� ��������������!������������������� �

�E C������ ��� ����������� � �

�E �<�������������������� ����������� ��� �

�E C��������������������� ������������ �

.� /�����$�*����������$� 0'$����)����� ��������� ��������11,� 2$�&�������3#����*���.1����'��$������������(45$������&��*������&�������3#�����1�6�7 2,�

E 80��� �

�E 40��� �

�E #0��� �

�E 5#��� �

Page 38: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

�������������� ����� ���������

�������

�������� ��������� ������

�������������������������������� �������

�� ������������)� ������������ �� �����*��*�$��#����������� ������������� ������������������������������*�0�� �$�'� ��%����� 1�+� 3��$�� ��'����'��$ �$�������������(

��������%��� ��

&'(��� )��*���������+��� ��

�,&+���� ��

�,&+���������

�,&+�� ����

�,&(� ���� � ������������

�,-&���������

��*��"�����

������� ��������������

�����������(

E ������� �������C;F���� �� ������������� ����� ��� �� ������������������������������ ������ ��7���� �

�E �������� ����� ���� ������ ������ ������������� ����=� �������������� � �

�E ����� � �����������������=� ������ ��������������� �����<����������������� �

�E ����������������� ���������� �����������BD7�������� � �

3� ����������0$���)����������& �1������������$��� #� ����� �������*����&-

E ���*�$#�������� �$00���������� �����������$00������ �

�E ���*�70���#0�������� �$#0���������� �����������$00������ �

�E ���*�$#�������� �$00���������� �����������$#0������ �

�E ���*�70���#0�������� �$00���������� �����������$#0������ �

Page 39: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.4.1

Block 10 Steam Distribution Pipe Expansion and Support Module 10.4

Module 10.4Pipe Expansion and Support

Page 40: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Pipe Expansion and Support Module 10.4

10.4.2

Block 10 Steam Distribution

Pipe Expansion and Support

Allowance for expansion

All pipes will be installed at ambient temperature. Pipes carrying hot fluids such as water orsteam operate at higher temperatures.

It follows that they expand, especially in length, with an increase from ambient to workingtemperatures. This will create stress upon certain areas within the distribution system, such aspipe joints, which, in the extreme, could fracture. The amount of the expansion is readily calculatedusing Equation 10.4.1, or read from an appropriate chart such as Figure 10.4.1.

Where:L = Length of pipe between anchors (m)∆T = Temperature difference between ambient temperature and operating temperatures (°C)α = Expansion coefficient (mm/m °C) x 10-3

Table 10.4.1 Expansion coefficients (ααααα) (mm/m °C x 10-3)

MaterialTemperature range (°C)

< 0 0 - 100 0 - 200 0 - 300 0 - 400 0 - 500 0 - 600 0 - 700Carbon steel 0.1% - 0.2% C 12.8 13.9 14.9 15.8 16.6 17.3 17.9 -Alloy steel 1% Cr 0.5% Mo 13.7 14.5 15.2 15.8 16.4 17.0 17.6 -Stainless steel 18% Cr 8% Ni 9.4 20.0 20.9 21.2 21.8 22.3 22.7 23.0

Example 10.4.1A 30 m length of carbon steel pipe is to be used to transport steam at 4 bar g (152°C). If the pipeis installed at 10°C, determine the expansion using Equation 10.4.1.

Equation 10.4.1

Alternatively, the chart in Figure 10.4.1 can be used for finding the approximate expansion of avariety of steel pipe lengths - see Example 10.4.2 for explanation of use.

Example 10.4.2Using Figure 10.4.1. Find the approximate expansion from 15°C, of 100 metres of carbon steelpipework used to distribute steam at 265°C.

Temperature difference is 265 - 15°C = 250°C.

Where the diagonal temperature difference line of 250°C cuts the horizontal pipe length lineat 100 m, drop a vertical line down. For this example an approximate expansion of 330 mm isindicated.

( )Expansion mm = L T

Where: L = 30 m

T = 152 C - 10 C

T = 142 C

in the range 0 - 200 = 14.9 x 10 mm m C for carbon steel pipe

Expansion = 30 m x 142 C x 14.9 x 10 mm m C

∆ α

α -3

-3

° °

°

°

° °

Expansion = 63.5 mm

( )Expansion mm = L T ∆ α

Page 41: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.4.3

Block 10 Steam Distribution Pipe Expansion and Support Module 10.4

Table 10.4.2 Temperature of saturated steambar g 1 2 3 4 5 7.5 10 15 20 25 30

°C 120 134 144 152 159 173 184 201 215 226 236

Pipework flexibilityThe pipework system must be sufficiently flexible to accommodate the movements of thecomponents as they expand. In many cases the flexibility of the pipework system, due to thelength of the pipe and number of bends and supports, means that no undue stresses are imposed.In other installations, however, it will be necessary to incorporate some means of achieving thisrequired flexibility.

An example on a typical steam system is the discharge of condensate from a steam mains draintrap into the condensate return line that runs along the steam line (Figure 10.4.2). Here, thedifference between the expansions of the two pipework systems must be taken into account.The steam main will be operating at a higher temperature than that of the condensate main, andthe two connection points will move relative to each other during system warm-up.

The amount of movement to be taken up by the piping and any device incorporated in it canbe reduced by ‘cold draw’. The total amount of expansion is first calculated for each sectionbetween fixed anchor points. The pipes are left short by half of this amount, and stretchedcold by pulling up bolts at a flanged joint, so that at ambient temperature, the system is stressedin one direction. When warmed through half of the total temperature rise, the piping isunstressed. At working temperature and having fully expanded, the piping is stressed in theopposite direction. The effect is that instead of being stressed from 0 F to +1 F units of force,the piping is stressed from -½ F to + ½ F units of force.

Fig. 10.4.2 Flexibility in connection to condensate return line

50

200

100

220

0

10

20

30

40

100 200 300 40050 500

10 20 30 40 50 100 200 300 500 1 000 2 000

Length

of

pip

e (

m)

Temperature difference °C

Expansion of pipe (mm)

Example

10.4.2

Fig. 10.4.1 A chart showing the expansion in various steel pipe lengths at various temperature differences

Steam SteamSteam main

Condensate Condensate

Trap set

Page 42: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Pipe Expansion and Support Module 10.4

10.4.4

Block 10 Steam Distribution

In practical terms, the pipework is assembled cold with a spacer piece, of length equal to half theexpansion, between two flanges. When the pipework is fully installed and anchored at bothends, the spacer is removed and the joint pulled up tight (see Figure 10.4.3).

The remaining part of the expansion, if not accepted by the natural flexibility of the pipeworkwill call for the use of an expansion fitting.

In practice, pipework expansion and support can be classified into three areas as shown inFigure 10.4.5.

The fixed or ‘anchor’ points ‘A’ provide a datum position from which expansion takes place.

The sliding support points ‘B’ allow free movement for expansion of the pipework, while keepingthe pipeline in alignment.

The expansion device at point ‘C’ is to accommodate the expansion and contraction of the pipe.

Roller supports (Figure 10.4.5 and 10.4.6) are ideal methods for supporting pipes, at the sametime allowing them to move in two directions. For steel pipework, the rollers should bemanufactured from ferrous material. For copper pipework, they should be manufactured fromnon-ferrous material. It is good practice for pipework supported on rollers to be fitted with apipe saddle bolted to a support bracket at not more than distances of 6 metres to keep thepipework in alignment during any expansion and contraction.

Fig. 10.4.3 Use of spacer for expansion when pipework is installed

Fig. 10.4.4 Diagram of pipeline with fixed point, variable anchor point and expansion fitting

Fig. 10.4.5 Chair and roller Fig. 10.4.6 Chair roller and saddle

Position after cold draw

L

Neutral position

Hot position

Half calculatedexpansion over

length L

Spacerpiece

Anchorpoint A

Sliding supportpoint B

Expansion fittingpoint C

Anchorpoint A

Sliding supportpoint B

Page 43: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.4.5

Block 10 Steam Distribution Pipe Expansion and Support Module 10.4

Where two pipes are to be supported one below the other, it is poor practice to carry the bottompipe from the top pipe using a pipe clip. This will cause extra stress to be added to the top pipewhose thickness has been sized to take only the stress of its working pressure.

All pipe supports should be specifically designed to suit the outside diameter of the pipe concerned.

Expansion fittingsThe expansion fitting (‘C’ Figure 10.4.4) is one method of accommodating expansion. Thesefittings are placed within a line, and are designed to accommodate the expansion, without thetotal length of the line changing. They are commonly called expansion bellows, due to thebellows construction of the expansion sleeve.

Other expansion fittings can be made from the pipework itself. This can be a cheaper way tosolve the problem, but more space is needed to accommodate the pipe.

Full loopThis is simply one complete turn of the pipe and, on steam pipework, should preferably be fittedin a horizontal rather than a vertical position to prevent condensate accumulating on the upstreamside.

The downstream side passes below the upstream side and great care must be taken that it is notfitted the wrong way round, as condensate can accumulate in the bottom. When full loops areto be fitted in a confined space, care must be taken to specify that wrong-handed loops are notsupplied.

The full loop does not produce a force in opposition to the expanding pipework as in some othertypes, but with steam pressure inside the loop, there is a slight tendency to unwind, which putsan additional stress on the flanges.

Fig. 10.4.7 Full loop

Fig. 10.4.8 Horseshoe or lyre loop

Flow

This design is used rarely today due to the space taken up by the pipework, and proprietaryexpansion bellows are now more readily available. However large steam users such as powerstations or establishments with large outside distribution systems still tend to use full loop typeexpansion devices, as space is usually available and the cost is relatively low.

Horseshoe or lyre loopWhen space is available this type is sometimes used. It is best fitted horizontally so that the loopand the main are on the same plane. Pressure does not tend to blow the ends of the loop apart,but there is a very slight straightening out effect. This is due to the design but causes nomisalignment of the flanges.

If any of these arrangements are fitted with the loop vertically above the pipe then a drain pointmust be provided on the upstream side as depicted in Figure 10.4.8.

Flow

Trap set

Flow Flow

Side elevation

Page 44: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Pipe Expansion and Support Module 10.4

10.4.6

Block 10 Steam Distribution

5025 75 100 125 150 175 200400

300

200

100

90

80

70

60

50

40

30

250.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Expansion from neutral position (mm)

W = width (metres)3.5 4.0 4.5 5.0

Nom

inal p

ipe s

ize (

mm

)

Expansion loops

Fig. 10.4.9 Expansion loop

Fig. 10.4.10 Expansion loop capacity for carbon steel pipes

Welded joint

2W

W

Welded bendradius = 1.5∅∅∅∅∅

The expansion loop can be fabricated from lengths of straight pipes and elbows welded at thejoints (Figure 10.4.9). An indication of the expansion of pipe that can be accommodated bythese assemblies is shown in Figure 10.4.10.

It can be seen from Figure 10.4.9 that the depth of the loop should be twice the width, and thewidth is determined from Figure 10.4.10, knowing the total amount of expansion expected fromthe pipes either side of the loop.

Page 45: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.4.7

Block 10 Steam Distribution Pipe Expansion and Support Module 10.4

Expansion bellowsAn expansion bellows, Figures 10.4.12, has the advantage that it requires no packing (as doesthe sliding joint type). But it does have the same disadvantages as the sliding joint in that pressureinside tends to extend the fitting, consequently, anchors and guides must be able to withstandthis force.

Sliding jointThese are sometimes used because they take up little room, but it is essential that the pipelineis rigidly anchored and guided in strict accordance with the manufacturers’ instructions;otherwise steam pressure acting on the cross sectional area of the sleeve part of the jointtends to blow the joint apart in opposition to the forces produced by the expanding pipework(see Figure 10.4.11). Misalignment will cause the sliding sleeve to bend, while regularmaintenance of the gland packing may also be needed.

Fig. 10.4.12 Simple expansion bellows

Bellows may incorporate limit rods, which limit over-compression and over-extension of theelement. These may have little function under normal operating conditions, as most simplebellows assemblies are able to withstand small lateral and angular movement. However, in theevent of anchor failure, they behave as tie rods and contain the pressure thrust forces, preventingdamage to the unit whilst reducing the possibility of further damage to piping, equipment andpersonnel (Figure 10.4.13 (b)).

Where larger forces are expected, some form of additional mechanical reinforcement should bebuilt into the device, such as hinged stay bars (Figure 10.4.13 (c)).

There is invariably more than one way to accommodate the relative movement between twolaterally displaced pipes depending upon the relative positions of bellows anchors and guides. Interms of preference, axial displacement is better than angular, which in turn, is better than lateral.Angular and lateral movement should be avoided wherever possible.

Fig. 10.4.11 Sliding joint

Movement due topipework expansion

Glandpacking

Pressure actson this area

Stay bolts

Page 46: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Pipe Expansion and Support Module 10.4

10.4.8

Block 10 Steam Distribution

Fig. 10.4.13 (a) Axial movement of bellows

Figure 10.4.13 (a), (b), and (c) give a rough indication of the effects of these movements, but,under all circumstances, it is highly recommended that expert advice is sought from the bellows’manufacturer regarding any installation of expansion bellows.

Fig. 10.4.13 (b) Lateral and angular movement of bellows

Fig. 10.4.13 (c) Angular and axial movement of bellows

Axial movement

Axial movement

Guides

Shortdistance Fixing point

Guides

Guides

Limit rods

Fixing pointMediumdistance

Limit rods

Guides

Smalllateral

movement

Smalllateralmovement

Largelateral

movement

Largelateralmovement

Hinged stay bars

Longdistance

Fixing point

Smallangular

movement

Axialmovement

Smallangularmovement

Page 47: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop 10.4.9

Block 10 Steam Distribution Pipe Expansion and Support Module 10.4

Pipe support spacing

The frequency of pipe supports will vary according to the bore of the pipe; the actual pipematerial (i.e. steel or copper); and whether the pipe is horizontal or vertical.

Some practical points worthy of consideration are as follows:

o Pipe supports should be provided at intervals not greater than shown in Table 10.4.3, and runalong those parts of buildings and structures where appropriate supports may be mounted.

o Where two or more pipes are supported on a common bracket, the spacing between thesupports should be that for the smallest pipe.

o When an appreciable movement will occur, i.e. where straight pipes are greater than 15 metresin length, the supports should be of the roller type as outlined previously.

o Vertical pipes should be adequately supported at the base, to withstand the total weight of thevertical pipe and the fluid within it. Branches from vertical pipes must not be used as a meansof support for the pipe, because this will place undue strain upon the tee joint.

o All pipe supports should be specifically designed to suit the outside diameter of the pipeconcerned. The use of oversized pipe brackets is not good practice.

Table 10.4.3 can be used as a guide when calculating the distance between pipe supports forsteel and copper pipework.

Table 10.4.3 Recommended support for pipeworkNominal pipe size (mm) Interval of horizontal run Interval of vertical run

Steel Copper (metre) (metre)bore outside diameter Mild steel Copper Mild steel Copper

15 1.2 2.4 1.815 1.8 3.020 22 2.4 1.2 3.0 1.825 28 2.4 0.5 3.0 2.432 35 2.4 1.8 3.7 3.040 42 2.4 1.8 3.7 3.050 54 2.4 1.8 4.6 3.065 67 3.0 2.4 4.6 3.780 76 3.0 2.4 4.6 3.7

100 108 3.0 2.4 5.5 3.7125 133 3.7 3.0 5.5 3.7150 159 4.5 3.7 5.5200 6.0 8.5250 6.5 9.0300 7.0 10.0

The subject of pipe supports is covered comprehensively in the European standardEN 13480, Part3.

Page 48: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

The Steam and Condensate Loop

Pipe Expansion and Support Module 10.4

10.4.10

Block 10 Steam Distribution

Questions

1. A DN100 Schedule 40 pipe carries steam at 10 bar g over a length of 80 m. If the pipe isinstalled at 10°C, using Equation 10.4.1 and Table 10.4.1, by how much will it expand?

a| 291 mm ¨

b| 196 mm ¨

c| 352 mm ¨

d| 207 mm ¨

2. If the expansion of a pipe from installation to working temperature was 352 mm, whatlength of spacer would be used in ‘cold drawing’ the pipe being installed?

a| 352 mm ¨

b| 704 mm ¨

c| 176 mm ¨

d| 88 mm ¨

3. A 100 m run of 80 mm pipe at 15 bar g is supported at its ends and three intermediatepoints. It is trapped at intervals of 40 m. Noise and vibration often occurs at start-up.What do you think is required to put things right?

a| Fit more supports at 3 m intervals ¨

b| Check that the steam traps are removing condensate properly ¨

c| Check that the steam main isolating valve is opened slowly ¨

d| All of the above ¨

4. A 150 mm steam pipe is to incorporate a fabricated expansion loop to take up 125 mmof expansion. Using Figures 10.4.9 and 10.4.10, what should be the width and length ofthe loop?

a| Width : 2.6 m; Depth : 5.2 m ¨

b| Width : 5.2 m; Depth : 2.6 m ¨

c| Width : 5.2 m; Depth : 10.4 m ¨

d| Width : 1.3 m; Depth : 2.6 m ¨

5. What is one advantage of a bellows expansion fitting over a horseshoe loop?

a| It is less expensive ¨

b| Its operating movement can be observed ¨

c| Fewer pipe supports are required ¨

d| It takes up less space ¨

6. Condensate from a heater battery operating at 3.8 bar g returns to a vented pump setfrom where it is pumped through a carbon steel pipe to an atmospheric boiler feedtankwhich is 85 m away. Using the chart in Figure 10.4.1, what will be the approximate pipeexpansion from an ambient temperature of 0°C?

a| 130 mm ¨

b| 200 mm ¨

c| 160 mm ¨

d| 100 mm ¨

1: d, 2: c, 3: d, 4: a, 5: d, 6: d Answers

Page 49: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������� �������������� � ������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

������������������������� ���������������������������������������������������

Page 50: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

������

�������� �������������� �

���������������� ����������������������������������������������������

���������������������������� ��� ���������������������� �������� ������������������������������������������������� �������������� �������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������� ����������������������������������������� ���������������������������������� ������������� ��������������������� ������������������������������������������������ ���� ����� ������������������������ ��������������������

!�������������������������������������������������������!��������������������������������������������� ��������� � ������������������������������������������������������������������������������������������� �����������������������"���������������������������������������� ��������������������

#�������������������������������������������������������!������������������$��������������������������������������������������������������%&�'����������������������%���������������������������$&��������(���������������������������������������������������������

!��������������������������������)�������������������������������������������������������*������ �������� �������������� ������������������������������������"������������������������������������������������������������ ����������������������������������$+�&�$�

���������������������� ������������������ ����������������

����������

���� ����� ��������������

������������������ ���������

���������� �� ���� �����

Page 51: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������� �������������� � ������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

���� ��������������������������������� ������������������(���������������� ���������������������� ��������� ������������������������ �����������������������

(��� �������������������������� ������������������������ ������������� ,� (������������������������ ���������������������������������������� �������������������������������������������������������������

� (�������� �������������)������������������������ �������������������������-������ ����*�� ���������������������������������)��������������������*���� �������"������������� ������������������� ������

��� �������������������.��������������������������� ����� �������������������� �������������� �� ��������� ������������� ��������������� ���� �������������������������������������������������� ����������������������������������

����������� ���������������������������������������������������� ������������������������������������������ ��� ������������������������������������������������������������ ���� ���������������������,� (����������������� �������������� �������������� /0������������������ �������������������

�������������������������������� ��������� ��� ����� ��������������������������

����������������������������������������� ���� ������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������������������ ��������������������� �������������� ���������������(�������������������������������������������� ���������� ��������������! � ������������������������� ������������������������������������������� �������������

����������������������������������������������������������������������������&+������������������������������������������������������������ �������������������������������������������������������� ������ ������� ��������������������-���� �������� ���������������������������������������������� ���������� ���������������� ������������������������

(�� �� ���������������������������������������������������������������������������������������� ������������� �-������������������� ������������������� ���������������(�������������������������������������������������������� ������������� �-���������������������������������������������������������������� ������������������������+�&��������������

������������������������ ��������������������������� �-������� ��������������������� ����������������������������������� � ����� ���������� ��� ����� ��������� ��� ������ ������ � ������ ��������������������������������

��� ������������������������������������������������������������������������������������ ��������������� ������������������� ������������������������������������������������������������ �������� ���� ����������������������������������������������������������

���� ���������������������������������� �������������������1� ����������������������������������� ������� ���������� ������ �������������������� ���������������� ������������������������������������������������������� ����������������

Page 52: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

������

�������� �������������� �

���������������������������������������������� �����������������������$+�&�$��� �������� ������). ������$+�&�$*�

�������������������������� ����������������$+���%$�2���� ����� ���������������������������0�������������� ���������0������������������� ���������������������

�������������������������������������

���������������������� ������������������������� ����������������� ��������������������������������������

��������� ������� ��!�" ������#� �� $� $� %$ &� �� '� (� ��� ���

�������������) *+�'� �� �� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���,� �� �� ��� ��� ��� ��� �� ��� ��� ���(� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � � ��� �� -� ��� ��� ��� ��� � � ��� � � ��� ��� ���

��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ������ ��� ��� � � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ����$� �� ��� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���%� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � � ��� ��� �����&� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� ��� ������� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� �����'� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � � �� ��,� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� � �����(� ��� ��� ��� � � � ��� ��� �� ���� �����-� � �� ��� ��� ��� ��� ��� ���� ���� ����$�� ��� �� ��� � � ��� � � �� ���� ���� � ��

#������������������������ � �������� ����������������������������������� ����������������� ������� �����������������������$+3����������������� ��������������������� ���������������+�$�

�����,�� 4 5���������� ��������)�� "�*� 4 6����������)�"*�)����������$+�&�$*7 4 .��������������������������������������������� ��������)*� 4 (���������������������,�$����������������+�$�������� ������������ 4 /�����������������������������)�8 "��*

. ���������������,��������������������+�&�7����0��������$�+�

��������� �&+�����$++����������9������������������� ��������������� ���������������� ��������:��������!������������������$+�2���� ���������������������������������+�$

���������������������� ������������������������������ ��������������������������������������������������������

���! ����������������

���"! ������������������� ������������������� ����������������������������������

���#! 2���������������� �

��������"�"�"���� ���� ��

=��

���

Page 53: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� ������

�������� �������������� � ������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

����$��������%����������%��

)9�����������������;�+�&�*��<��)%��������;�$�+�* 4 =�+��������

&���������������'���%�/�������������� 4 $:+�2

����������� ���������)�����������������������* 4 $:+�2���$+�2�4�$=+�2.����������������������)���* 4 %+>9��8 "��

6���������������������$++������)����������$+�&�$* 4 ???��"

��������������� ������ �

������������� ������������������� ������ �� ������������ ����� ����

2��� �����������������������������,

���� ������

������������ ��������

� ���

=

=

���

������������� ������ �

��

���� ������

�����������������

���

���� ������

�������������� ���

=

=

=

=

��

��

������������

����������������� � ������ �

������������������

�������������������� � ������� �

��

��

��������� ���������� 4 �������������������<���������������������

��������������%���� ( )�')*% +�,�� -*% +�(.�#"*% +�

�������������� ����� ��� ��������

��������"�"�"���� ���� �

�=

���

��

���� ������

������������ ����������

� ���

=

=

���

������������� � ���� �

��

Page 54: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

������

�������� �������������� �

��������������������������������������

/������������������� ����� ������������������ ������������ �� ��)�*���� ������� ����� �� ��)�*������������

�����������$./��� !�����������������"������ ���"���������#�$��$�����������"�%./�$��� !�������������������������������� �����������"�������0/1�,+��� �����������"���&�������������������������%0/1�,+$2���%&(� !�������������������������������������"%./��%�' !��������������������������������'�����"��'�����%

./��%(,!���������������������������(������� �������� ��������������������������� �������� �����������"����������"���)!����������������%������������"�����������#�$��$�����������"��*����������"����+,� -�����#�!������%��3�!�����������������������"���*��.!/�����+%

./���'� � -�����#�!������%��3�!�������������������������"���*��.!/�����0�+%� -�����#�!������%��3�!�����������������������'���������������"���*��.!/�����0�+%

./��'�� 1������������������������������������������'%2����$�%3� !�������������� ���������"�����������"���������������������%./��,�� !������������������������������������%./�$,,-� !�������������������������������� �����������"�������0/��$$(+�4 �����������"���&��������������������������%0/1�$$(+$

2����$$�!������������������������������������������"���������������������������������������� ����������������������%

./�%'��!������������������������������� �������������������������������������������������������������%

2����$�'3$ !������������������������������� ����������������������,2����$�,3$+%+� ��� ������� ���"�����������������������������$��������������������������%2����$�'3& !����������������� �������'������������������ �������2����$�,3& ������������������������������������������������������%2����$�'3$ !���������������� ����������������������,2����$�,3$ ������������'�������������������������$��������������������������%./�%'�&3$./�%'��3�+$ 2����������������������������������� ����������������������%./�%,-- !������������������������������"�#��������������(��������������������������������'%./�%-,& !��������������������������%2����-$3� �%��3�!�����������������������"��32����-$3$ �%��3�!�������������������������"���*��.!/�����0�+3./�&��& �%��3�!�����������������������'���������������"���*��.!/�����0�+%

���������������������@/����A��������B�C����������������������� ���������������������������������������� � ���������� ������� ����� ��������������������������������������� ����������,� !����������������������0� D� !����������������������� ����D� !������������� � ������� ���� D� !������������� � ��������������� D� (��� � �������������� ��������������D� 2�������������������� ��������������� �����D� !����������������-���������� ��������������������� ����D� 2����� �� ������������������ ������������� D� (������������������������������ D

Page 55: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� �������� �����

�������� �������������� � ������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

���������

� /��%����������0��������������$��������������������������1

� E !������������������ �

� E #���������������� ������������ �

� E !������������������� ���������������������� �

E !���� �������������������������� -������������ �

"� 2����������������������������$�����������1

� E ��������������� �������������������������������������������� �����������������������"�������� �

� E ������������������������������ ����������������������������������������������� �

� E ��������������������������������������������������������������������� �

E ����������������������������������������������������������������������������������� ��������������� ���������������������� ��������������������$%�2� �

#� 3��������������%0�����������������������������������������������1

� E .������������� �

� E 5� ��� �������������������������� ��

� E ������������������������������������� ��������������� �

E �������������������������� ���� ������������������������ �

-� �����������������%������������������������������%���������������������������%%��%����������������1

� E F����������������� �

� E 7������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� �

� E �������������������������� ��� �������������� ����� ������������������� �

E 6�������������������������������������������������������������������������������������� �

� /' ����%0 ��������������������������%����������������������������������� �� ������� �� �� )�4 ���������� /������������ ������� ��������� �������������������%���������������������1

� E %++��� "� �

� E >+��� "� �

� E ?:��� "� �

E %9��� "� �

5� 6�0��7������� 0����������������.�4���������0���������������������������1

� E $9+��� "� �

� E %+��� "� �

� E $?>��� "� �

E $>��� "� �

������������������������������� �������

Page 56: SpiraxSarco-B10-Steam Distribution

��������������� ��������

������������������ ��������������� ����� ���������������������� ���������

�����

�������� �������������� �