التركيبات النموذجية

هناك عدد من الاعتبارات المهمة التي يجب أخذها في الاعتبار عند تركيب أجهزة إزالة التسخين. يغطي هذا الدرس قضايا مثل جودة المياه والتحكم في الضغط. يتضمن أيضاً مخطط اختيار جهاز إزالة التسخين وقائمة بالتطبيقات.

التركيب

هناك عدد من الاعتبارات المهمة التي يجب أخذها في الاعتبار عند تركيب جهاز إزالة التسخين،

وهي:

• خصائص مياه التبريد.
• تركيب جهاز إزالة التسخين نفسه.
• الملحقات المطلوبة.
• صمامات التحكم المستخدمة على خط مياه التبريد وخط البخار المُسخَّن فوق التشبع. يُوضِّح الشكل 15.4.1 تركيباً عاماً لجهاز إزالة التسخين مُثبت في خط الأنابيب.

خصائص مياه التبريد:

• درجة الحرارة - سيتحقق إزالة تسخين أكثر فعالية باستخدام مياه تبريد ساخنة، يُفضل أن تكون قريبة قدر الإمكان من درجة حرارة التشبع. ومع ذلك، يمكن استخدام درجات حرارة مياه تبريد منخفضة تصل إلى 5 درجات مئوية إذا لزم الأمر بشكل مطلق. استخدام المياه الساخنة له المزايا التالية:
• يُقلل من الفترة الزمنية التي تبقى فيها جسيمات الماء معلقة في البخار.
• يتبخر بسرعة أكبر.
• يُقلل من كمية الماء الساقط على الجدران الداخلية للأنابيب. ومع ذلك، هناك عيبان لاستخدام مياه تبريد عالية الحرارة:

1. كلما زادت درجة حرارة مياه التبريد، زاد المعدل المطلوب due to تأثير التبريد الأقل.
2. ما لم يكن إمداد المياه عند درجة الحرارة المطلوبة متاحاً، فقد يتعين دمج آليات تسخين إضافية. بسبب فوائد استخدام المياه الساخنة، من المنطقي عزل أنابيب إمداد المياه الساخنة لتقليل فقدان الحرارة، ولحماية الموظفين.

• الجودة - جودة المياه المُحقنة مهمة. يجب أن يكون محتوى المواد المذابة الكلية (TDS) لمياه الحقن منخفضاً قدر الإمكان، حيث أي مواد صلبة تخرج من المحلول ستترسب على:

1. وجوه الصمامات.
2. الفوهات الصغيرة في فوهات جهاز إزالة التسخين.
3. الجانب الداخلي للأنابيب بعد جهاز إزالة التسخين. بالإضافة إلى تقليل مستويات TDS، يجب تمرير جميع مياه التبريد عبر ناكس مناسب ومصفي مُثبَّت قبل صمام تحكم المياه. سينزع الناكس الأكسجين من الماء، مما يُقلل من احتمال تآكل الأكسجين في النظام.

• الضغط ومعدل التدفق - كما ذُكر في الوحدة 15.2، يُحدد ضغط مياه التبريد، إلى جانب مساحة الفوهات، تدفق مياه التبريد إلى جهاز إزالة التسخين. يُوضِّح الجدول 15.3.1 الضغوط الدنيا النموذجية (أعلى من ضغط البخار المُسخَّن فوق التشبع) المطلوبة لكل نوع من أجهزة إزالة التسخين. يجب ملاحظة أنها قد تختلف بين المصنعين ولضغوط بخار مختلفة. إذا استُخدمت مضخة معززة، فسيكون ‘خط تجاوز’ مطلوباً لضمان وجود تدفق كافٍ دائماً عبر المضخة في أوقات الطلب المنخفض على مياه التبريد.
• التحكم - فرق ضغط سيكون مطلوباً حتماً عبر صمام تحكم المياه. عند استخدام مياه تبريد قريبة من درجة حرارة التشبع، يلزم توخي الحرص لضمان أن فرق الضغط ليس كبيراً بما يكفي لتبخر الماء إلى بخار. يمكن اختيار سدادة ذات خاصية نسبة متساوية في صمام تحكم المياه، والذي سيعمل عادةً على complémenting خاصية المضخة.
• المصدر - قد يكون الحصول على مياه عند ضغط ودرجة حرارة عاليين صعباً. هناك عدد من المصادر المحتملة لمياه التبريد؛ وتشمل الخيارات:

1. مياه من جانب الضغط لمضخة تغذية الغلاية (شريطة أن تستخدم الغلاية تحكم مستوى مُعدَّل).
2. مياه مُعالجة (مُنعدمة المعادن).
3. مكثف.
4. مياه البلدية. ومع ذلك قد تتطلب معالجة لتحسين الجودة، وإلا قد تترسب الأملاح على الأنبوب الداخلي لجهاز إزالة التسخين السفلي.

تركيب جهاز إزالة التسخين

سيختلف الطول الإجمالي المُثبَّت لمحطة جهاز إزالة التسخين مع الحجم والنوع، لكنه عادةً حوالي 7.5 متر. معظم أجهزة إزالة التسخين يمكن تركيبها في أي اتجاه (نوع الفتحة المتغيرة هو استثناء ملحوظ)، لكن إذا رُكِّبت عمودياً، يجب أن يكون التدفق صاعداً. يُفضل تركيب نوع فينتوري في أنبوب عمودي مع تدفق في الاتجاه الصاعد، حيث يساعد ذلك على مزج الماء مع البخار. ومع ذلك، هذه التركيبات عادةً غير ممكنة due to المساحة العمودية المطلوبة.

التحكم في ضغط البخار المُسخَّن فوق التشبع

على الرغم من أنه من الممكن تصميم تركيبات أجهزة إزالة التسخين للعمل مع ضغوط صاعدة متغيرة، إلا أنه أبسط بكثير إذا حُفظ ضغط إمداد ثابت. تُتحكم كمية مياه التبريد المُضافة بدرجة حرارة البخار بعد جهاز إزالة التسخين. كلما زادت درجة الحرارة، ازداد انفتاح صمام التحكم، وزادت كمية الماء المُضاف. الهدف هو خفض درجة حرارة البخار ضمن هامش صغير من درجة حرارة التصريف المُصمَّمة. إذا زاد ضغط إمداد البخار المُسخَّن فوق التشبع، ستزداد أيضاً درجة حرارة التشبع.

ومع ذلك، لن تتغير القيمة المُعيَّنة على مُتحكِّم سائل التبريد، وسيُضاف كمية مفرطة من الماء، مما ينتج بخاراً مبللاً. يجب وضع حساسات الضغط المستخدمة في التحكم في ضغط البخار المُسخَّن فوق التشبع بشكل مثالي عند نقطة الاستخدام، بحيث يمكن لمُتحكِّم الضغط تعويض أي فقد خط بين جهاز إزالة التسخين ونقطة الاستخدام.

موضع حسَّاس درجة الحرارة

المسافة الدنيا من نقطة حقن الماء إلى نقطة استشعار درجة الحرارة حرجة:

• إذا كان الحسَّاس أقرب مما ينبغي إلى نقطة حقن الماء، فلن يكتمل مزج البخار والماء، ويعطي حسَّاس درجة الحرارة مخرجاً خاطئاً.
• إذا كان الحسَّاس أبعد مما ينبغي، سيجعل التركيب أطول مما ينبغي. تختلف المسافة الدنيا للتركيب بين أنواع مختلفة من أجهزة إزالة التسخين ومع مصنعين مختلفين. تُحدد عادةً بوصفها دالة لفرق درجة الحرارة بين

درجة الحرارة المطلوبة للمخرج ودرجة حرارة الدخول أو درجة حرارة سائل التبريد.

يُوضِّح الشكل 15.4.2 مخطط موضع حسَّاس المُصنِّم النموذجي.

محطة الفاصل

التصريف الفعّال للأنابيب بعد جهاز إزالة التسخين ضروري. لضمان عدم تراكم الماء عند أي نقطة، يجب ترتيب الأنبوب للانخفاض حوالي 20 مم لكل متر في اتجاه التدفق، ويجب توفير محطة فاصل. يجب اختيار مصيدة البخار المستخدمة لتصريف الفاصل بعناية لمنع انسداد الهواء، ويجب أن يكون أنبوب التصريف من مصيدة البخار ذا سعة وافية للتعامل مع التصريف ويجب تثبيته بأقرب ما يمكن إلى الرأسية. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون هناك مساحة كافية في أنبوب التصريف لتدفق الماء نزولاً ومرور الهواء صعوداً عبر الأنبوب. يجب أيضاً أن تكون مصيدة البخار قادرة على تحمل ظروف التسخين فوق التشبع. في التطبيقات الحرجة، مثلاً قبل توربين، يكون الفاصل أكثر أهمية؛ ستُزيل محطة الفاصل الماء المُحتجز في حالة فشل التحكم، وتمنع إضافة كمية مفرطة من الماء إلى البخار. صمامات العزل للسماح بإجراء الصيانة بأمان، يُوصى بصمامات عزل صاعداً من:

• صمام تحكم ضغط البخار المُسخَّن فوق التشبع.
• جهاز إزالة التسخين.
• إمداد مياه التبريد. عادةً، يجب تركيبها على بعد حوالي 10 أضعاف قطر الأنبوب على الأقل من العنصر الذي تعزله.

صمام الأمان

قد يكون صمام الأمان مطلوباً لحماية المعدات بعد محطة إزالة التسخين من الضغط الزائد، في حالة فشل محطة التحكم في الضغط. من الضروري ضمان تصريف أنابيب التصريف من صمام الأمان إلى منطقة آمنة. وهذا ذو أهمية خاصة حيث قد يُفرَّغ بخار عالي الحرارة مُسخَّن فوق التشبع.

تصنيفات درجة الحرارة والضغط

معظم المعدات التي تُستخدم في أنظمة البخار مُصمَّمة مع البخار المشبع في الاعتبار. لذلك من المهم أن جميع المعدات المستخدمة في محطة جهاز إزالة التسخين تتحمل كلاً من درجة الحرارة والضغط الأقصى للبخار المُسخَّن فوق التشبع. معظم المعدات سيكون لها قيود ضغط ودرجة حرارة محددة مبنية على تصنيف الضغط الاسمي (PN) للمادة والتصميم المحدد للجهاز. بتعريف، تصنيف PN هو أقصى ضغط يمكن لمادة تحمله عند 120 درجة مئوية. على سبيل المثال، تصنيف PN16 يعني أن المادة ستحمل ضغط 16 بار قياسي عند 120 درجة مئوية. عند درجات حرارة أعلى، سينخفض الضغط الأقصى، ومع ذلك، العلاقة الدقيقة تختلف وتعتمد على المادة. يُصوِّر الشكل 15.4.3 الميلانات النموذجية للضغط/درجة الحرارة لمنتجات PN16 و PN25 و PN40 على مادة غير محددة. من المهم ملاحظة أن مواد مختلفة ستنتج، وفقاً للمواصفات، تغيرات في ميلان درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون لمكونات مثل الحشوات والمواد المُثبِّتة والمكونات الداخلية تأثير مُقيِّد إضافي على درجة الحرارة والضغط الأقصى.

الضوابط

انتقاء وتركيب أجهزة التحكم المستخدمة في محطة جهاز إزالة التسخين اعتبار مهم، حيث يمكن أن تؤثر على التحويل الإجمالي لجهاز إزالة التسخين. إذا كانت الضوابط المُثبَّتة لديها نسبة تحويل أقل من جهاز إزالة التسخين نفسه، فستنخفض نسبة تحويل محطة جهاز إزالة التسخين (ارجع إلى الوحدة 15.2). يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول نظرية وممارسة التحكم الأساسية في الوحدات 5 إلى 8 شاملة.

الانتقاء

عند انتقاء نوع مناسب من جهاز إزالة التسخين لتطبيق معين، يجب consideration العوامل التالية:

• النسبة التحويلية - هذا ربما أحد أهم الاعتبارات، حيث تختلف أنواع أجهزة إزالة التسخين بشكل كبير في نطاق معدلات تدفق البخار المُسخَّن فوق التشبع التي يمكن إزالة تسخينها بفعالية. من المهم ملاحظة أنه على الرغم من ضمان أن الجهاز سيكون لديه نسبة تحويل كافية للتدفق المرجح أن يُواجَز، إلا أنه من المهم عدم تحديد قدرة تحويل أكثر مما هو مطلوب فعلاً. يؤثر هذا بشكل أساسي على التكلفة، لكنه يمكن أن يؤدي أيضاً إلى أداء نظام ضعيف. كثيراً ما يتفاقم الأداء الضعيف بحقيقة أن معظم أجهزة إزالة التسخين تميل إلى الأداء بشكل أفضل في النطاق الأعلى من معدلات التدفق المحددة ويميل مصمم النظام إلى السماح لزيادات السعة due to التوسع. كمثال متطرف، إذا كان الحد الأقصى للتدفق المحدد عشرة أضعاف الطلب الحالي (من أجل أخذ النمو المستقبلي في الاعتبار)، سيعمل جهاز إزالة التسخين بين 1 و 10% من معدل التدفق الكامل بدلاً من 10% إلى 100% الذي صُمِّم له.
• درجة حرارة البخار المُزال تسخينه - كما رُأي في الوحدة السابقة، تختلف أنواع أجهزة إزالة التسخين في قدرتها على خفض درجة حرارة البخار ضمن عدة درجات من درجة حرارة التشبع. على سبيل المثال، إذا كانت درجات حرارة البخار المُزال تسخينه في حدود 5 درجات مئوية من درجة حرارة التشبع (Ts) مطلوبة، فسيُنتقى جهاز إزالة تسخين من نوع فينتوري أو الفتحة المتغيرة (انظر الجدول 15.3.1). عموماً، حيث يمكن تقبل بعض الدرجة من التسخين المتبقي فوق التشبع، يجب أن تكون درجة حرارة البخار المُزال تسخينه أعلى من التشبع قدر الإمكان. هذا مفيد لعدة أسباب:

1. التكلفة - الاقتراب القريب من درجة حرارة التشبع generally يتحقق فقط مع الأنواع الأكثر تكلفة من أجهزة إزالة التسخين.
2. حساسية المُتحكِّم - قد تكون هذه مشكلة حيث تكون درجة حرارة البخار المُزال تسخينه مطلوبة قريبة من درجة حرارة التشبع. محدودية حساسية المُتحكِّم هي أحد الأسباب التي تجعل معظم أجهزة إزالة التسخين محدودة في اقترابها من درجة حرارة التشبع. على سبيل المثال، إذا كان لمُتحكِّم حساسية ±5 درجات مئوية، فلن يتمكن من التمييز بين درجة حرارة التشبع و 5 درجات مئوية فوقها. إذا فسر هذا المُتحكِّم درجة حرارة البخار عند 5 درجات مئوية فوق Ts، والبخار كان فعلياً عند Ts، فسيزيد من تدفق مياه التبريد. لكن بما أن درجة حرارة البخار المشبع لن تنخفض (due to الحرارة الكامنة للتبخر)، سيضيف المُتحكِّم المزيد من سائل التبريد بشكل متزايد حيث سيظل يعتقد أن النظام عند 5 درجات مئوية فوق Ts. سيؤدي ذلك إلى بخار مبلل جداً يغمر خط البخار الرئيسي بعد محطة جهاز إزالة التسخين.
3. يزداد صعوبة تبخر مياه التبريد كلما انخفضت درجة حرارة البخار المُسخَّن فوق التشبع نحو التشبع، due to انخفاض فرق درجة الحرارة بين الاثنين.
4. يُقلل فرق درجة الحرارة المنخفض أيضاً من معدل نقل الحرارة بين الماء والبخار، وبالتالي يجب أن تبقى قطرات الماء معلقة لفترة أطول لتتبخر. يزيد هذا من احتمال سقوط جسيمات الماء من التعليق في الأنبوب. لمنع حدوث ذلك، كلما اقتربت درجة الحرارة من Ts، تحتاج سرعة البخار إلى الزيادة لإنشاء اضطراب أكثر.

• ضغط إمداد سائل التبريد المتاح - سيعتمد أيضاً اختيار نوع جهاز إزالة التسخين على توفر مياه التبريد عند الضغط الضروري. سيوفر استخدام مياه تبريد متوفرة بالفعل ميزة تكلفة، مثلاً من جانب ضغط مضخة تغذية مياه الغلاية. إذا لم يكن الضغط المتاح كافياً لنوع معين من أجهزة إزالة التسخين، فسيتعين اتخاذ ترتيبات ضخ إضافية. يُوضِّح الشكل 15.4.4 مخطط انتقاء المُصنِّم النموذجي. يعتمد على خصائص الأداء والتركيب النموذجية، التي يمكن العثور عليها في الجدول 15.3.1. الطريقة المستخدمة لتحديد حجم جهاز إزالة التسخين ستختلف حسب المُصنِّم المحدد ونوع جهاز إزالة التسخين، وبالتالي فهي خارج نطاق هذا المنشور.

التطبيقات النموذجية

تُطبَّق أجهزة إزالة التسخين بشكل رئيسي في مجالين:

1. توليد الطاقة - تُستخدم أجهزة إزالة التسخين بشكل رئيسي لخفض درجة حرارة البخار المُنبعث من أنظمة مسار تحويل التوربينات إلى مستوى فعّال للتشغيل على أجزاء أخرى من المنشآت التي تتطلب بخاراً مشبعاً لأغراض نقل الحرارة.
2. الصناعات العملية - في الصناعات العملية، تُستخدم أجهزة إزالة التسخين بوصفها جزءاً من نظام لخفض درجة حرارة وضغط البخار من الغلايات إلى مستويات اقتصادية للتشغيل. يُوضِّح الجدول 15.4.1 بعض أمثلة التطبيقات الشائعة في صناعات محددة.