المبادلات الحرارية والركود
سيُشار إلى الجانب الأولي للمبادل الحراري بـ ‘مساحة البخار’، وسيُشار إلى جهاز صمام البخار بـ ‘الصمام’. يمكن أن يكون ‘الصمام’ صمام بخار أو مضخة-صمام أو مزيج من صمام بخار ومضخة مُثبَّت معًا.
في هذه التركيبات، يراقب مستشعر التحكم درجة حرارة السائل المُسخَّن الخارج في الدائرة الثانوية. يسعى صمام التحكم للحفاظ على درجة حرارة يحددها المتحكم، بغض النظر عن التغيرات في الحمل الحراري. يحقق الصمام ذلك بالفتح أو الإغلاق لتغيير تدفق البخار، وبالتالي تغيير ضغط مساحة البخار.
قد يكون تصريف صمام البخار عرضة لارتفاع و/أو ضغط في خط المكثفات، أو قد يسقط إلى طرف مفتوح حيث يتعرض للضغط الجوي فقط. ستُشير هذه الكتلة إلى ضغط المكثفات بـ ‘الضغط الخلفي’.
معدات المبادلة الحرارية يمكن أن تكون أي شيء يلبي المعايير المذكورة أعلاه. تشمل الأمثلة:
- المبادلات الحرارية الأنبوبية.
- المبادلات الحرارية الصفيفية.
- لفائف تسخين الهواء أو البطاريات في القنوات.
- خطوط الأنابيب أو اللفائف الأنبوبية في معدات العملية والخزانات والأوعية إلخ. للإيجاز، ستُشير هذه الكتلة إلى جميع هذه الأجهزة بـ ‘المبادلات الحرارية’ أو ‘المسخنات’، ومرور السائل الذي يُسخَّن عبر المبادل الحراري سيُشار إليه بالمرور عبر الجانب ‘الثانوي’ من المبادل الحراري.
أداء المبادلات الحرارية بالبخار غالبًا ما ينخفض بسبب طغيان المكثفات لمساحة البخار والتشرب بالماء. السببان الرئيسيان للتشرب بالماء هما:
- تركيب نوع الصمام الخاطئ.
- الركود. ملاحظة مهمة بعض الأنظمة تهدف إلى تحقيق التحكم في درجة الحرارة بتشجيع الطغيان الجزئي لمساحة البخار في المبادل الحراري. في هذه الحالات، يُغيِّر الإجراء التعديلي لصمام التحكم عند مخرج المكثفات مستوى المكثفات في مساحة البخار. هذا يُغير مساحة السطح الحراري المعرض للبخار، والتأثير هو تغيير معدل نقل الحرارة للتحكم في درجة حرارة المخرج الثانوي.
مع أنظمة من هذا النوع، من المهم أن تكون المبادلات الحرارية مصممة ومُصنَّعة خصيصًا لتحمل تأثيرات الطغيان. حيث لا يتم ذلك، سيكون وجود المكثفات في المبادل الحراري له تأثير سلبي على أداء التشغيل ويُقلل من عمر الخدمة.
يمكن أن يكون لطريقة التحكم هذه فوائد معينة إذا صُمم النظام بشكل صحيح. إحداها أن المكثفات تبرد تحت التشبع في المبادل الحراري قبل تصريفها. يمكن أن يُقلل هذا بشكل كبير من كمية البخار المتسارع في أنابيب المكثفات، مما قد يُحسِّن أداء نظام المكثفات ويُقلل أيضًا من فقدان الحرارة.
العيب التشغيلي الرئيسي هو أن أنظمة من هذا النوع بطيئة في الاستجابة للتغيرات في الحمل الحراري. ما المقصود بالركود؟ الركود هو تقليل أو توقف تدفق المكثفات من المبادل الحراري، ويحدث عندما يكون الضغط في المبادل الحراري مساويًا أو أقل من الضغط الخلفي الإجمالي المفروض على صمام البخار.
قد يحدث انخفاض الضغط في المبادل الحراري نتيجة لأي من الظروف التالية:
• ارتفاع درجة حرارة مدخل السائل الثانوي نتيجة لانخفاض الحمل الحراري.
• انخفاض تدفق السائل الثانوي نتيجة لانخفاض الحمل الحراري.
• انخفاض درجة حرارة مخرج السائل الثانوي بسبب خفض نقطة الضبط.
مع خفض صمام التحكم لضغط البخار لتلبية الحمل الحراري المتناقص، يُسبب عدم وجود فرق ضغط عبر صمام البخار تشرب المكثفات لمساحة البخار بالماء، كما هو موضح في الشكل 13.1.1.
