أنواع أجهزة إزالة التسخين الأساسية

أجهزة إزالة التسخين

أبسط نوع من أجهزة إزالة التسخين هو جزء غير مُعازَل من الأنبوب، حيث يمكن إشعاع الحرارة إلى البيئة. ومع ذلك، بصرف النظر عن خطر إصابة الموظفين الواضح من عنصر منشأة ساخن كهذا، وإهدار الطاقة المكلف، لا يتكيف هذا النهج لcompensating لتغيرات الظروف البيئية أو درجة حرارة البخار أو معدل تدفق البخار. هناك عدة تصاميم لأجهزة إزالة التسخين متوفرة ويُوصى بconsideration الخصائص التالية عند تحديد الحجم واختيار المحطة المناسبة لتطبيق معين:

• نسبة التحويل - يُستخدم ‘التحويل’ لوصف نطاق المعدلات التي سيعمل بها جهاز إزالة التسخين، كما هو موضح في المعادلة 4.2.1. هذه معلمة مهمة، حيث أي تغير في ضغط الدخول أو درجة الحرارة أو معدل التدفق سيسبب تغيراً في حاجة وسيلة التبريد.

عموماً، قد تُحدد قيمتا تحويل لنوع جهاز إزالة التسخين:

نسبة تحويل البخار - تعكس نطاق معدلات تدفق البخار التي يمكن للجهاز إزالة تسخينها بفعالية.

نسبة تحويل مياه التبريد - تعكس نطاق معدلات تدفق التبريد التي يمكن استخدامها.

على الرغم من أن هذا يؤثر مباشرة على نسبة تحويل البخار، إلا أن العلاقة تعتمد على درجات حرارة البخار المُسخَّن فوق التشبع ومياه التبريد والبخار المُزال تسخينه الناتج. المعادلة 15.1.1 هي معادلة موازنة الكتلة/الحرارة لهذا التطبيق: يجب ملاحظة أن معدلات تدفق البخار والماء متناسبة مباشرة مع بعضها البعض؛ ثابت التناسب ‘k’ يعتمد على بثالات البخار المُسخَّن فوق التشبع ومياه التبريد والبخار المُزال تسخينه المطلوب. إذا لم يمكن تحقيق النسبة المطلوبة باستخدام جهاز إزالة تسخين واحد، يمكن تركيب جهازين بشكل متوازٍ، مع التبديل من واحد إلى آخر؛ أو يمكن تشغيلهما معاً حسب الطلب على البخار. يجب ملاحظة أن جهاز إزالة التسخين نفسه هو جزء واحد فقط من محطة إزالة التسخين، التي تتضمن نظام التحكم الضروري للتشغيل الصحيح.

• ضغوط ودرجات حرارة التشغيل.
• معدل تدفق البخار والماء.
• كمية التسخين فوق التشبع قبل، وكمية البخار المُزال تسخينه المطلوبة بعد، العملية.
• ضغط الماء المتاح (قد تكون مضخة معززة مطلوبة).
• الدقة المطلوبة لدرجة الحرارة النهائية.
• في حالة أجهزة إزالة التسخين المُثبتة في خط الأنابيب، المسافة المقطوعة بواسطة البخار قبل إزالة التسخين الكامل هي أيضاً consideration مهم. يُشار إليها بطول الامتصاص. تتضمن الأقسام التالية أوصافاً للأنواع الشائعة من أجهزة إزالة التسخين المتاحة، وقيودها وتطبيقاتها النموذجية.

أجهزة إزالة التسخين بالاتصال غير المباشر

أجهزة إزالة التسخين من نوع حزمة الأنابيب يتكون هذا النوع من جهاز إزالة التسخين (الشكل 15.2.2) من مبادل حراري، عادة قشائي وأنبوبي، مع بخار مُسخَّن فوق التشبع على جانب، ووسط التبريد على الجانب الآخر. يُثبَّت الغلاف первого المبادل الحراري (الذي يحتوي على مياه التبريد) عند كلا الطرفين على جانب الدخول، بينما على جانب الخروج، يُثبَّت في الأسفل ومفتوح في الأعلى. يسمح الرأس العائم بالتساوي في الضغط بين قسمي الغلاف. وسط التبريد هو ماء عند درجة حرارة وضغط التشبع. مع دخول البخار المُسخَّن فوق التشبع إلى المجموعة الأولى ثم الثانية من الأنابيب، يتخلى عن حرارته للماء، وبعضه سيتبخر بسبب إضافة هذه الطاقة. يمر أي ماء تبريد متبخر عبر الرأس العائم وسيتراكم في جانب الخروج من الغلاف. ثم يمر عبر الطرف المفتوح من الغلاف حيث يُمزج مع البخار المُزال تسخينه. المزايا:

1. التحويل محدود فقط بالضوابط المُثبَّتة.
2. هذا التصميم قادر على إنتاج بخار مُزال تسخينه في حدود 5 درجات مئوية من درجة حرارة التشبع.
3. درجات حرارة وضغوط تشغيل عالية قصوى، عادة حوالي 60 بار و450 درجة مئوية.
4. استجابة سريعة. العيوب:
5. ضخم - نظراً لوجود عدد من الأجهزة المُثبتة في خط الأنابيب، تم استبدالها إلى حد كبير.
6. التكلفة.
7. مصدر قلق مهم مع هذا النوع من أجهزة إزالة التسخين هو كفاءة عملية نقل الحرارة. تراكم الهواء أو أفلام الجير على سطح نقل الحرارة يمكن أن يعمل بوصفه حاجزاً فعالاً للغاية لنقل الحرارة. التطبيقات:
8. تلك التطبيقات التي تشهد تغيرات واسعة في الحمل.

أجهزة إزالة التسخين بالاتصال المباشر

جهاز إزالة التسخين من نوع حوض مائي هذا هو أبسط شكل من أجهزة إزالة التسخين بالاتصال المباشر. يُحقن البخار المُسخَّن فوق التشبع في حوض من الماء. ستسبب هذه الحرارة الإضافية تبخر بخار مشبع من سطح الحوض. يحافظ مُتحكِّم الضغط على ضغط ثابت في الوعاء، وبالتالي درجة الحرارة وضغط البخار المشبع في الأنبوب السفلي. بما أن البخار المُسخَّن فوق التشبع يحتوي على طاقة أكبر لكل وحدة كتلة من البخار المشبع، سيتبخر بخار أكثر مما يدخل فعلياً إلى جهاز إزالة التسخين. وبالتالي، سينخفض مستوى الماء ويجب therefore توفير وسيلة للحفاظ على هذا المستوى. تتطلب عادةً مضخة ذات تصميم مشابه لمضخة ماء تغذية الغلاية، حيث يجب ضخ الماء ضد ضغط الوعاء.

يتطلب صمام عدم رجوع جيد في إمداد البخار المُسخَّن فوق التشبع لتجنب سحب أي ماء من الحوض إلى نظام البخار المُسخَّن فوق التشبع في حالة انخفاض الضغط في الخط الرئيسي. المزايا:

1. بسيط.
2. يُنتَج البخار عند درجة حرارة التشبع.
3. يمكن إنتاج بخار بجافة 0.98.
4. التحويل محدود فقط بالضوابط المُثبَّتة.

العيوب:

1. ضخم.
2. غير عملي لدرجات الحرارة العالية.

التطبيقات:

1. تغيرات واسعة في معدل التدفق.
2. حيث لا يمكن تقبل أي تسخين متبقي فوق التشبع.

إزالة التسخين برش المياه

يمثل هذا النوع من إزالة التسخين الغالبية العظمى من تطبيقات إزالة التسخين. في أجهزة إزالة التسخين برش المياه، يمر البخار المُسخَّن فوق التشبع عبر جزء من الأنبوب مجهز بفوهة رش واحدة أو أكثر. تُحقن رذاذ دقيق من مياه التبريد في البخار المُسخَّن فوق التشبع، مما يسبب تحويل الماء إلى بخار، مما يُقلل من كمية التسخين فوق التشبع. يمكن تقديم مياه التبريد إلى البخار المُسخَّن فوق التشبع بعدة طرق؛ وبالتالي، هناك عدد من الأنواع المختلفة من أجهزة إزالة التسخين برش المياه.

رغم ذلك، معظم أجهزة إزالة التسخين برش المياه تتأثر بالعوامل التالية:

• حجم الجسيمات - كلما صغر حجم جسيم الماء، زادت نسبة المساحة السطحية إلى الكتلة، وزادت معدلات نقل الحرارة. بما أن الماء يُحقن مباشرة في البخار المُسخَّن فوق التشبع المتحرك، كلما صغر حجم الجسيم، قلّت المسافة المطلوبة لحدوث تبادل الحرارة. يُكسَّر الماء إلى جسيمات صغيرة باستخدام إما جهاز ميكانيكي (مثل فوهة ذات فتحة ثابتة أو متغيرة) أو فوهات بخار atomizing.
• الاضطراب - كلما أصبح التدفق داخل خط الأنابيب أكثر اضطراباً، بقيت جسيمات الماء الفردية لفترة أطول في جهاز إزالة التسخين، مما يتيح نقل حرارة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يعزز الاضطراب مزج مياه التبريد مع البخار المُسخَّن فوق التشبع. ينتج عن زيادة الاضطراب مسافة أقصر مطلوبة لإزالة التسخين الكامل. يمكن خلق الاضطراب بطريقتين:
• فرق الضغط عبر الفوهة - تعريض مياه التبريد لفرق ضغط أعلى سيزيد من سرعتها ويستحضر اضطراباً أكبر.
• السرعة - عن طريق زيادة السرعة الإجمالية لمزيج الماء والبخار، تزداد كمية الاضطراب بطبيعتها. تتحقق زيادة السرعة عادةً بإنشاء تقييد في مسار البخار، مما يُولّد اضطراباً إضافياً عن طريق shedding vortex. بجانب هذه السرعات العالية، إذا استُخدمت ممارسات تصميم أنابيب رديئة، فقد تقترب سرعة البخار المُسخَّن فوق التشبع نظرياً من سرعة الصوت. عند هذه السرعات ستحدث عدد من المشكلات (بما في ذلك توليد موجات صدمة). ومع ذلك، سيكون هذا far in excess of السرعات المستخدمة في تصميم الأنابيب الجيد. السرعات النموذجية للبخار الداخل إلى جهاز إزالة التسخين يجب أن تكون حوالي 40 إلى 60 م/ث.
• معدل تدفق مياه التبريد - المعدل الذي يمكن إضافة مياه التبريد به إلى البخار المُسخَّن فوق التشبع يتأثر بعدة عوامل، مرتبطة بالمعادلة 4.2.11: بالنظر إلى أن C و g ثوابت، يُبين مراجعة المعادلة 4.2.11 أن عاملين فقط يمكن التلاعب بهما لتغيير معدل تدفق مياه التبريد، qv:

تغيير فرق الضغط عبر الفوهة (المنافذ)، h - التعبير عن التدفق بوصفه دالة لفرق الضغط عبر الفوهة: هذا يعني أنه إذا زاد التدفق 5 أضعاف مثلاً، يجب أن يزداد الضغط المتاح 25 ضعفاً. تأثير هذه العلاقة هو إعاقة severe لنسبة التحويل. بالإضافة إلى التأثير على معدل تدفق مياه التبريد، هناك اعتباران مهمان آخران عند تحديد ضغط مياه التبريد المطلوب:

1. يجب أن يكون ضغط مياه التبريد أكبر من ضغط البخار المُسخَّن فوق التشبع عند نقطة الحقن.
2. كلما زاد فرق الضغط عبر الفوهة، تحسنت atomization لمياه التبريد. تغيير مساحة الفتحة، A - التعبير عن التدفق بوصفه دالة لمساحة الفتحة: V ∝ A هذه العلاقة المباشرة تعني أنه إذا كان يجب زيادة التدفق 5 أضعاف مثلاً، يجب أن تزداد المساحة المتاحة أيضاً 5 أضعاف. يمكن تحقيق هذا التغيير ببساطة بفتحة لديها القدرة على تغيير المساحة (انظر الشكل 15.2.4)، أو بدلاً من ذلك بتغيير عدد الفتحات التي يمر عبرها سائل التبريد.

• الأكمشة الحرارية - يتطلب تحكم دقيق في الرذاذ لضمان عدم سقوط الماء من التعليق حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى إجهاد حراري في خط الأنابيب وقد يحدث تشقق. ومع ذلك، في بعض الحالات، يمكن استخدام غلاف حراري داخلي لتوفير الحماية من ذلك. يسمح الغلاف الحراري أيضاً بcirculation البخار المُسخَّن فوق التشبع حول المنطقة الحلزونية بين الغلاف والقطر الداخلي للأنبوب. يوفر ذلك سطحاً ساخناً يمكن للماء المُحقن التبخر عليه، بدلاً من جدران جهاز إزالة التسخين، which هي أبرد حتماً.

أجهزة إزالة التسخين من نوع رش المياه

أجهزة إزالة التسخين بالحقن الشعاعي من نقطة واحدة أبسط طريقة لحقن مياه التبريد هي إدخال فوهة عبر جدار الأنبوب. تُرش جسيمات مياه التبريد عبر تدفق البخار المُسخَّن فوق التشبع. تُتحكم كمية مياه التبريد المُحقنة بتغيير موضع الصمام في مركز الفوهة. المزايا:

1. بسيط في التشغيل.
2. فعال من حيث التكلفة.
3. أدنى انخفاض في ضغط البخار. العيوب:
4. نسبة تحويل منخفضة، عادة بحد أقصى 3:1 على كلا تدفق البخار ومياه التبريد.
5. يمكن خفض درجة حرارة البخار المُزال تسخينه فقط إلى 10 درجات مئوية فوق درجة حرارة التشبع.
6. طول امتصاص أطول من النوع البخاري المُبخَّر.
7. الأكثر عرضة لإتلاف التآكل الداخلي للأنابيب. يمكن التغلب على ذلك باستخدام غلاف حراري.
8. أحجام أنابيب محدودة. التطبيقات:
9. حمل بخار ثابت.
10. درجة حرارة بخار ثابتة.
11. درجة حرارة سائل تبريد ثابتة. جميعها تعني حاجة مياه تبريد ثابتة نسبياً. أجهزة إزالة التسخين بالحقن الشعاعي من نقاط متعددة ****هذا تطور لجهاز إزالة التسخين بالحقن الشعاعي من نقطة واحدة. تُرش مياه التبريد من عدد من الفتحات حول محيط الأنبوب.

أجهزة إزالة التسخين بالحقن المحوري

هذا أيضاً جهاز إزالة تسخين برش بسيط مُثبت في خط الأنابيب، لكن نقطة الحقن تنقل إلى محور خط الأنابيب. تُحقن مياه التبريد في تدفق البخار عبر فوهة atomizing واحدة أو أكثر (انظر الشكل 15.2.8). تستخدم الوحدة عادةً غلافاً حرارياً. يحسّن الحقن المحوري لمياه التبريد مزج الماء والبخار المُسخَّن فوق التشبع بطريقتين:

1. بما أن الماء يُحقن على طول مركز خط الأنابيب، سيتم توزيعه بالتساوي عبر البخار المُسخَّن فوق التشبع.
2. يعمل أنبوب توصيل مياه التبريد المُدرج في خط الأنابيب بوصفه عائقاً، مما يخلق اضطراباً إضافياً عند نقطة حقن الماء بسبب shedding vortex. يتضمن تعديل هذا الترتيب الأساسي تدوير الفوهة بحيث تُرش مياه التبريد صعوداً، ضد تدفق البخار. السرعة العالية للبخار المُسخَّن فوق التشبع تُعكس نمط تدفق الماء المرشوع وتُعيده عبر غرفة مزج. يحقق ذلك مزجاً أكثر كفاءة للماء والبخار عبر طول امتصاص قصير. المزايا:
3. بسيط في التشغيل.
4. لا أجزاء متحركة.
5. فعال من حيث التكلفة عبر كامل النطاق من الأحجام.
6. انخفاض ضغط بخار أدنى. العيوب:
7. نسبة تحويل منخفضة، عادة بحد أقصى 3:1 على كلا تدفق البخار ومياه التبريد.
8. يمكن خفض درجة حرارة البخار المُزال تسخينه فقط إلى 10 درجات مئوية فوق درجة حرارة التشبع.
9. طول امتصاص أطول من النوع البخاري المُبخَّر، لكن أقل من أجهزة إزالة التسخين الشعاعية.
10. الأكثر عرضة لإتلاف التآكل الداخلي للأنابيب. يمكن التغلب على ذلك باستخدام غلاف حراري. التطبيقات:
11. حمل بخار ثابت.
12. درجة حرارة بخار ثابتة.
13. درجة حرارة سائل تبريد ثابتة. جميعها تعني حاجة مياه تبريد ثابتة نسبياً.

أجهزة إزالة التسخين بالحقن المحوري متعدد الفوهات

بدلاً من فوهة واحدة، يُقدم جهاز إزالة التسخين بالحقن المحوري متعدد الفوهات عدداً من الفوهات عبر تدفق البخار المُسخَّن فوق التشبع. يعطي ذلك تشتتاً جيداً لقطرات الماء. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من أجهزة إزالة التسخين بالحقن المحوري متعدد الفوهات:

1. النوع ذو المساحة الثابتة - جميع الفوهات مفتوحة عندما يعمل جهاز إزالة التسخين، وتُنظم مياه التبريد بواسطة صمام تحكم رش المياه.
2. نوع الرش المتغير - تُحدد درجة حرارة المصب عدد الفوهات المكشوفة. يدخل ماء التبريد إلى جهاز إزالة التسخين عبر غلاف الماء إلى منطقة الختم فوق القرص (انظر الشكل 15.2.12). عند اكتشاف نظام التحكم في درجة الحرارة المرتبط لارتفاع في درجة حرارة البخار المصب، يُنزل المُدار الساق، معرضاً المزيد من الفوهات تدريجياً. عندما يتغير الطلب على مياه التبريد، يتحرك ترتيب الساق والقرص صعوداً وهبوطاً حسب الحاجة. يُحدث ذلك تأثيراً في تغيير مساحة الفتحة الإجمالية.
3. النوع بمساعدة الزنبرك - هذا أساساً مزيج من النوعين السابقين. بدلاً من أن يُتحكم في ترتيب الساق والقرص بواسطة مُدار، يحتوي النوع بمساعدة الزنبرك على سدادة تدفق مُثقلة بالزنبرك، تتحرك استجابةً لتغير فرق الضغط بين سائل التبريد والبخار المُسخَّن فوق التشبع. تُغيّر السدادة المتحركة عدد الفوهات المفتوحة، مما يُعدِّل التدفق إلى خط الأنابيب الرئيسي. بالإضافة إلى ذلك، تُنظم مياه التبريد بواسطة صمام تحكم رش المياه.

بما أنه يمكن التحكم في كلاً من ضغط وتدفق مياه التبريد، يتيح ذلك تحكماً دقيقاً في كمية الماء المُحقن في البخار المُسخَّن فوق التشبع. ومع ذلك، يتطلب هذا النوع ضغط مياه تبريد عالٍ. المزايا:

1. يمكن تحقيق نسب تحويل تصل إلى 8:1 مع النوع ذي المساحة الثابتة، و9:1 مع النوع بمساعدة الزنبرك و12:1 للنوع ذي المساحة المتغيرة.
2. تشتت أفضل لقطرات الماء يعني أن طول الامتصاص أقل من أجهزة الفوهة الواحدة.
3. انخفاض ضغط بخار أدنى. العيوب:
4. يمكن خفض درجة حرارة البخار المُزال تسخينه فقط إلى 8 درجات مئوية فوق درجة حرارة التشبع.
5. طول امتصاص أطول من النوع البخاري المُبخَّر.
6. الأكثر عرضة لإتلاف التآكل الداخلي للأنابيب، إذا لم يُستخدم غلاف حراري.
7. غير مناسب لأحجام الأنابيب الصغيرة.
8. يتطلب مياه تبريد عالية الضغط (خاصة صحيح للنوع بمساعدة الزنبرك).
9. النوعان ذا المساحة المتغيرة وبمساعدة الزنبرك قد يكونان مكلفين. التطبيقات:
10. تطبيقات تتطلب نسبة تحويل أعلى من تلك التي تقدمها أجهزة الفوهة الواحدة، لكن حيث لا يُبرر تكلفة أجهزة أكثر تطوراً.
11. حمل بخار ثابت.
12. درجة حرارة بخار ثابتة.
13. درجة حرارة سائل تبريد ثابتة. جميعها تتطلب حملاً لإزالة التسخين ثابتاً نسبياً.