يُستخدم البخار في العديد من العمليات الصناعية. ومع ذلك، ستحدد البخار عادةً في جزء مختلف من المصنع عن العمليات التي تستخدمه فيها. وهذا يعني أنك تحتاج إلى نقل البخار للاستفادة من طاقته الحرارية.
في هذا المقال، سنستكشف كيفية توزيع البخار، وفوائد نقل البخار مقارنة بالمياه الساخنة منخفضة الحرارة (LTHW).
لماذا تحتاج إلى نقل البخار؟
لأسباب تتعلق بالسلامة والصيانة، يُولد البخار على مسافة من المكان المحتاج إليه. بينما يُنتج البخار1 في غرفة الغلايات (A)، فإن العمليات (B) التي تستخدم طاقة البخار الحرارية قد تبعد مئات الأمتار.
إذا كانت لديك عمليات متعددة تحتاج طاقة حرارية، يجب أن يصل البخار إليها أينما كانت في الموقع. أنابيب البخار (C) ستوزّع البخار من غرفة الغلايات إلى العمليات.
على سبيل المثال، قد تشمل عمليات مصنع أغذية يعتمد على البخار للطاقة الحرارية التعقيم والبسترة والطهي والتجفيف والاستفافة. قد تحدث كل عملية في جزء مختلف من المصنع.
كيف توزّع البخار؟
البخار غاز، لذا يتحرك بطاقة ذاتية عبر انخفاض في الضغط. ونتيجة لذلك، عندما تُنتج بخارًا عالي الضغط في غرفة الغلايات (A) ثم تخفض الضغط عند العمليات (B)، حيث يحدث نقل الحرارة2، سيندفع البخار طبيعيًا عبر الأنابيب من غرفة الغلايات إلى العمليات. على عكس LTHW، لا تضخ البخار.
بالإضافة إلى أنابيب البخار، تحتاج أيضًا إلى أنابيب منفصلة (D) لإعادة المكثف السائل من العملية إلى غرفة الغلايات. مع نقل البخار لطاقته الحرارية المفيدة إلى العملية بالتكثف، يجب إزالة المكثف السائل لأنه لا يستطيع إطلاق المزيد من الطاقة الحرارية.
علاقة الضغط / الحجم للبخار
بالإضافة إلى تمكين توزيع البخار، يؤثر الضغط أيضًا على الحجم النوعي للبخار، لأن البخار غاز قابل للانضغاط.
يقلل ضغط البخار في الغلاية من حجمه. ومع ذلك، عندما تخفض الضغط عند العملية، يزيد الحجم. من خلال فهم علاقة الضغط/الحجم، يمكنك حساب تأثير التغييرات في الضغط على حجم البخار.
مع تقليل حجم البخار تحت الضغط، يؤثر هذا بشكل كبير على حجم الأنابيب المطلوبة لنقل البخار.
كيف يؤثر الضغط على حجم أنابيب البخار؟
اختيار الحجم الصحيح لأنابيب البخار يتيح لك توزيع كتلة البخار اللازمة بأكبر قدر من الكفاءة. بضغط البخار لتقليل حجمه، تحتاج أنابيب أصغر قطرًا لنقل البخار من غرفة الغلايات إلى العملية.
على سبيل المثال، ستحتاج أنابيب بقطر DN100 لتوزيع 1,000 كجم/ساعة من البخار المشبع الجاف عند 2 بار غاز. لكن زيادة الضغط إلى 10 بار غاز تضغط البخار في حجم أقل، لذا ستحتاج فقط أنابيب DN50 لتوزيع 1,000 كجم/ساعة من البخار.
لماذا أنابيب الأصغر قطرًا مفيدة؟
نقل البخار في أنابيب أصغر قطرًا له عدة مزايا مقارنة بالبدائل السائلة مثل LTHW.
استخدام أكثر كفاءة للمساحة
استخدام أنابيب أصغر قطرًا للبخار والمكثف يتيح لك استخدام المساحة بكفاءة أكبر في موقعك. تشغل الأنابيب مساحة أقل ويسهل تركيبها في فراغات غرف المعدات والمناطق الأخرى حيث تُوضع الأنابيب.
أنابيب أخف
بما أن أنابيب الأصغر قطرًا أخف، تتطلب دعائم وحوامل أقل لتثبيتها.
تكاليف تركيب أقل
تركيب أنابيب بخار أصغر قطرًا يقلل تكاليف التركيب مقارنة بالأنابيب الأكبر قطرًا. بالإضافة إلى الأنابيب نفسها والبنية التحتية الداعمة، يلزم عزل أقل، وتنخفض تكلفة العمالة للتركيب.
فقدان حرارة أقل عبر الإشعاع
بما أن البخار يُطلق الحرارة عند تكثفه عند ملامسته لسطح أبرد، تُفقد الحرارة عبر الأنابيب بسبب الإشعاع. بينما يُقلل العزل من هذا الفقدان، فإن حجم الأنابيب يؤثر أيضًا على فقدان الحرارة.
توفر الأنابيب الأكبر قطرًا مساحة سطحية أكبر لتكثف البخار وتحرير طاقته الحرارية. ونتيجة لذلك، يُقلل تقليل قطر الأنابيب من المساحة السطحية التي يمكن أن تُفقد منها الحرارة.
كم من الطاقة مطلوبة لإنتاج وتوزيع البخار؟
توليد البخار يتطلب طاقة أكثر من توليد LTHW، لأنك تُنتج بخارًا عند درجات حرارة وضغوط أعلى. لكن توزيع البخار يستهلك طاقة أقل بكثير من LTHW.
تحتاج LTHW طاقة لتشغيل المضخات التي توزّعها في المصنع. البخار لا يحتاج مضخات لأنه غاز يتدفق طبيعيًا مع انخفاض الضغط.
على سبيل المثال، فإن خسائر الحرارة من الأنابيب لتوزيع 2 ميجاوات من الطاقة باستخدام LTHW عند 70-90 درجة مئوية ستكون 9.6 كيلوواط. خسائر الحرارة لتوزيع الطاقة المعادلة بالبخار ستكون 14.6 كيلوواط. لكن ضخ LTHW سيستخدم 6.5 كيلوواط من الكهرباء، بينما البخار له متطلبات طاقة أقل بكثير تبلغ 0.7 كيلوواط لتشغيل مضخة لإدخال المياه إلى غرفة الغلايات.
عبر التوليد والتوزيع معًا، يكون إجمالي استهلاك الطاقة للبخار وLTHW متشابهًا.
مزايا توزيع البخار
نقل البخار حول المصنع له عدة فوائد مقارنة بمصادر الطاقة الحرارية البديلة. كغاز قابل للانضغاط، يشغل البخار حجمًا أقل ويُوزّع عبر أنابيب أصغر قطرًا، وهو أكثر كفاءة في المساحة والطاقة. على عكس LTHW، لا يُضخ البخار ولذلك يستهلك طاقة أقل أثناء التوزيع. يحتاج البخار فقط إلى انخفاض في الضغط للتحرك عبر أنابيب البخار.