المقاييس والنوافذ الزجاجية وكاسحات التفريغ

هذه الأجهزة الصغيرة لديها مجموعة متنوعة من التطبيقات المهمة عبر أنظمة البخار ومعدات العمليات. تُناقَش الأنواع المختلفة المتاحة في هذا الدليل.

المقاييس

مقاييس الضغط يجب تركيب مقاييس الضغط على الأقل في المواقف التالية:

• صعودًا من صمام خفض الضغط - لمراقبة سلامة إمداد البخار.
• هبوطًا من صمام خفض الضغط - لضبط ومراقبة الضغط المنبعي. التغيرات في الضغط المنبعي يمكن أن تؤدي إلى انخفاض إنتاجية المنشأة وجودة المنتج. التغيرات في الضغط المنبعي قد تشير أيضًا إلى مشاكل في صمام خفض الضغط.
• على أوعية النفخ - يُستخدم مقياس ضغط للتحقق من ضغط الوعاء أثناء النفخ. يُحسِّن هذا السلامة، حيث أن ضغطًا أعلى من الطبيعي يُعطي مؤشرًا مبكرًا على انسداد الأنابيب.
• أوعية البخار المتسارع - لمراقبة ضغط البخار المتسارع. مقياس ضغط أنابيب بوردون هو النوع الأكثر استخدامًا في أنظمة البخار. يتكون من أنبوب ملتف على شكل ‘C’ مُغلق عند طرف واحد ومفتوح عند الآخر. الطرف المفتوح لأنبوب بوردون مكشوف للسائل، مما يسمح له بالتدفق إلى الأنبوب. أي زيادة في الضغط تشوه الأنبوب بشكل مرن، مُسببًا فتحه. الإزاحة الناتجة للطرف المغلق تُترجم بسلسلة من التروس إلى إزاحة زاوية للمؤشر. موضع المؤشر يتناسب مع الضغط المطبق عند موصل الضغط للمقياس. عادة، يتوافق انحراف أنبوب بوردون الأقصى مع إزاوية زاوية للمؤشر قدرها 270°. يمكن بناء الأنبوب من عدد من المواد المختلفة، اعتمادًا على التطبيق؛ عمومًا، يُستخدم النحاس الأصفر أو البرونز للضغوط الأعلى، بينما يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ للضغوط الأقل.

غالبًا ما توفر مقاييس ضغط أنابيب بوردون خيار ملء بالسائل. المنطقة المحيطة بأنبوب بوردون تُملأ بسائل شفاف، عادة الجليسرين. هذا يحمي الآليات الداخلية من التلف الناتج عن الاهتزاز الشديد ويمنع دخول المواد المسببة للتآكل في المحيط والتكثيف. يُخمد هذا أيضًا حركة المؤشر مُجعلًا المقياس أقل حساسية للتقلبات الضغطية الصغيرة العابرة.

نظرًا لأن أنبوب بوردون قد يتلف بسبب درجات الحرارة العالية، فإن الممارسة الشائعة في أنظمة البخار هي تركيب المقياس عند نهاية أنبوب سيفون. أنبوب السيفون مملوء بالماء الذي ينقل ضغط السائل العامل إلى أنبوب بوردون، مما يُتيح وضع المقياس على مسافة من النقطة الفعلية التي يُقاس بها الضغط. أكثر شكلين شائعين لأنبوب السيفون هما ‘U’ وحلقي. الأنبوب الحلقي يُستخدم على الأنابيب الأفقية حيث يكون هناك مساحة كافية فوق الأنبوب، ونوع ‘U’ يُستخدم عند تركيب المقياس على أنبوب عمودي، أو على الأنابيب الأفقية حيث لا تكون هناك مساحة كافية لسيفون حلقي.

مقياس ضغط أنابيب بوردون غير مناسب للاستخدام على السوائل المسببة للتآكل أو السوائل التي تحتوي على صلبات معلقة وحدها، لأن هذه الصلبات قد تُتلف العناصر الداخلية للمقياس. في هذه الحالات، من الضروري فصل السائل عن أنبوب بوردون.

يتم ذلك بتركيب غشاء مرن على مدخل المقياس. عنصر الضغط للمقياس والمساحة خلف الغشاء تُشكِّل نظامًا محكمًا بالكامل، يُفرَّغ ثم يُملأ بسائل ملء مناسب؛ في حالة البخار عادة ما يكون نوعًا من الزيت. يُسبب ضغط النظام انحراف الغشاء، ويُنقل الضغط عبر سائل الملء إلى أنبوب بوردون. يجب أيضًا استخدام ختم الغشاء على تطبيقات ‘البخار النظيف’ حيث لا يُسمح بـ ‘مساحة ميتة’. بالإضافة إلى مقياس ضغط أنابيب بوردون، هناك عدة أنواع أخرى من مقاييس الضغط المتاحة تشمل؛ مقاييس ضغط الغشاء، ومقاييس ضغط المقاومة الكهربائية، ومقاييس درجة الحرارة. مقاييس ضغط الغشاء يُثبَّت غشاء معدني بين فلنجين، ويُكشف لضغط الوسط من جانب واحد. الضغط الذي يُمارسه السائل يُسبب انحرافًا مرنًا للغشاء. يتناسب مقدار الانحراف مع الضغط المطبق على الغشاء ويُسبب إزاحة خطية لrod ربط مُثبَّت على الجانب الداخلي من الغشاء. حركة rod الربط تُترجم بدورها إلى حركة زاوية لمؤشر المقياس بسلسلة من التروس. وهكذا، حركة المؤشر تتناسب مع الضغط المطبق على الغشاء. يعمل الغشاء أيضًا على عزل السائل عن المكونات الداخلية للمقياس؛ لذلك، مقاييس ضغط الغشاء مناسبة لمعظم أنواع السوائل.

مقاييس ضغط المقاومة الكهربائية تتكون مقاييس الضغط هذه من غشاء من ركيزة سيراميكية؛ مقاييس إجهاد من نوع المقاومة الكهربائية مُلصقة بالغشاء ومع الدوائر اللازمة، مُدمجة على رقاقة سيليكونية. ينحرف الغشاء مع تغيرات الضغط، مُسببًا تغيرًا في توازن جسر مقياس الإجهاد. يُحوَّل هذا من قِبل وحدة الدائرة المتكاملة إلى إشارة إلكترونية تتناسب مع الضغط. يمكن تغذية إشارة الخرج إلى شاشة رقمية محلية أو تحويلها إضافيًا إلى إشارة خرج 4-20 مللي أمبير للإرسال عن بُعد. هذه المقاييس حساسة جدًا وتُستخدم حيث يُطلب قياس دقيق للضغط. بما أنها تُنتج إشارة خرج كهربائية، يمكن دمجها في أنظمة إدارة المباني. مقاييس درجة الحرارة على الرغم من وجود عدد كبير من مقاييس درجة الحرارة المختلفة، هناك خمسة أنواع رئيسية من المرجح أن تُصادف في أنظمة البخار، وهي: النوع ثنائي المعدن، والنوع بنظام محشو، والمقاومات الحرارية، والأزواج الحرارية، وأجهزة درجة الحرارة بالمقاومة (RTDs).

• مقياس درجة الحرارة ثنائي المعدن - يتكون من عنصر ملتف ثنائي المعدن. يعتمد المقياس على مبدأ الشريط ثنائي المعدن، الذي يتكون من شريطين معدنيين، من مواد مختلفة، مُلتصقان ببعضهما. يُختار المعدنان بحيث يكون لديهما معاملات تبسط حرارية مختلفة. يتمدد المعدنان بمقدار مختلف عند التسخين، وبما أنهما لا يتحركان بالنسبة لبعضهما، ينحني الشريط ثنائي المعدن.

عندما ترتفع درجة حرارة العنصر الملتف، يميل إلى الفتح. الدرجة التي يحدث فيها هذا تشير إلى درجة الحرارة. يُوصَّل مؤشر باللفافة بسلسلة من الروابط، بطريقة مشابهة لأنبوب بوردون.

تُعد المقاييس ثنائية المعدن غير مكلفة ومتينة وسهلة التركيب. تُستخدم حيث يُطلب مؤشر بصري سريع وبسيط لدرجة الحرارة.

• طرق أخرى لقياس درجة الحرارة -

تُناقَش في الوحدة 6.7، المتحكمات والمجسات. تُستخدم أنواع مجسات درجة الحرارة هذه عندما يُطلب مستوى أعلى من الدقة في قياس درجة الحرارة، أو عندما يتم أتمتة هذه الوظيفة أو دمجها في نظام إدارة المباني. من الشائع وضع مجس قياس درجة الحرارة في جيب عند تركيبه في جهاز منشأة. هذا يُتيح إزالة المجس من الأنابيب أو المعدات دون الإخلال بنزاهة النظام. تُستخدم معجون ناقل للحرارة في الجيب لتوفير خصائص نقل حرارة جيدة. منطقة قلق عند تركيب جهاز قياس درجة الحرارة هي ضمان أنه يأخذ قراءة ممثلة. من الشائع، خاصة في الأوعية الحاوية للسوائل، وجود نوع من التدرج الحراري للسائل، وقياس درجة حرارة الأوعية على مستويات مختلفة قد يُنتج نتائج مختلفة. تشمل التطبيقات الشائعة لأجهزة قياس درجة الحرارة خزانات تغذية الغلاية، وقياس درجات حرارة المنتج، وقياس درجة حرارة البخار بعد إزالة التسخين الزائد.

النوافذ الزجاجية

النافذة الزجاجية، أو مؤشر التدفق المرئي، توفر طريقة لمراقبة تدفق السائل في الأنبوب. لها وظيفتان رئيسيتان:

• الإشارة - تُستخدم النوافذ الزجاجية للإشارة إلى ما إذا كان السائل يتدفق بشكل صحيح. تُستخدم لكشف الصمامات المسدودة والغربالات وصمامات البخار وغيرها من معدات الأنابيب، وكذلك لكشف ما إذا كان صمام البخار يتسرب بالبخار.
• الفحص - يمكن استخدام النوافذ الزجاجية لمراقبة لون المنتج في مراحل مختلفة من عملية الإنتاج. عند استخدام النوافذ الزجاجية للإشارة إلى الأداء الصحيح لصمامات البخار ذات التصريف الانفجاري، يجب وضعها على بعد متر واحد على الأقل بعد الصمام. للصمامات الأخرى، يجب وضع النافذة الزجاجية فورًا بعد الصمام. النوافذ الزجاجية لا توفر طريقة دقيقة لمراقبة أداء صمامات البخار. في الممارسة العملية، مطلوب معرفة شاملة بنظام البخار الصاعد والتشخيص غالبًا ما يكون ذاتيًا، يعتمد على تجربة المراقب. على سبيل المثال، اعتمادًا على تدفق المكثفات والضغط ونمط تصريف الصمام، قد يصعب التمييز بين ما إذا كان صمام البخار يتسرب بالبخار أو كان البخار المتسارع يُنشأ بعد صمام البخار. بشكل عام، استُبدلت النوافذ الزجاجية بأجهزة كهربائية مثل مجسات الموصلية، التي تكتشف الطغيان قبل صمام البخار، أو الصمامات المتسربة. هذه الأجهزة لا تتطلب خبرة في صمامات البخار وتُنتج نتيجة دقيقة ومستمرة. النوافذ الزجاجية النافذة الزجاجية لها تقلص مركزي أملس في موصل المدخل، يُعزز الاضطراب في النافذة الزجاجية عند تدفق السائل عبرها. التدفق المضطرب داخل النافذة الزجاجية يسمح باكتشاف أي سائل. النوافذ الزجاجية متاحة بنوافذ مراقبة مفردة أو مزدوجة أو متعددة.

قد تُزوَّد بعض النوافذ الزجاجية بמקור ضوئي، هذا مفيد عندما تُثبَّت النافذة الزجاجية في منطقة إضاءة محيطة منخفضة، أو حيث يجب استخدام نافذة زجاجية ذات نافذة مفردة، مثل الخزانات. فحص مرئي الفحص المرئي (انظر الشكل 12.6.7) هو مزيج من نافذة زجاجية وصمام ارتجاع. كرة في أعلى أنبوب التدفق ترتفع عن مقعدها بالسائل أثناء تدفقه عبر النافذة الأسطوانية إلى موصل المخرج. عند وجود تدفق عكسي، تُجبر الكرة على العودة إلى مقعدها عند المدخل. حركة الكرة تجعل التدفق سهل الرؤية، فضلاً عن توفير إغلاق عند التدفق العكسي. مثل النوافذ الزجاجية، يُستخدم الفحص المرئي لمراقبة تصريف صمامات البخار. في الفحص المرئي، تشير موضع كرة الارتجاع إلى ما إذا كانت المكثفات تتدفق. حيث ترتفع المكثفات بعد الصمام، يُلغي الفحص المرئي الحاجة إلى صمام ارتجاع منفصل، مُبسيطًا التركيب. الفحص المرئي مفيد بشكل خاص لتشغيل صمامات البخار المُزوَّدة بتحرير قفل البخار (SLR).

كاسحات التفريغ

تحمي كاسحات التفريغ المنشآت ومعدات العمليات من ظروف التفريغ، المرتبطة عادة بالتبريد.

تتكون كاسحة التفريغ من كرة فولاذ مقاوم للصدأ كروية تستقر على مقعدها خلال ظروف التشغيل العادية. عند نقطة التفريغ، يرتفع الصمام عن مقعده ويُسحب الهواء إلى النظام

في بعض الحالات، قد يكون الصمام مُحمَّلًا بنابض، مما يعني أن التفريغ ينكسر فقط عند وجود انخفاض إضافي في الضغط. هذا يساعد على ضمان أن الإغلاق عند ظروف التفريغ يبقى محكمًا بفقاعات.

من أكثر تطبيقات كاسحات التفريغ شيوعًا هو على معدات العمليات مثل الأوعية ذات الغلاف والمبادلات الحرارية. عند إيقاف هذه الأجهزة، لا تزال تحتوي على كمية معينة من البخار. يتكثف البخار مع تبريد الوعاء، وبما أن المكثفات تحتل حجمًا أصغر بكثير من البخار، تُنشأ ظروف تفريغ. يمكن أن يُتلف التفريغ المنشأة ومن الضروري تركيب كاسحة تفريغ على مدخل البخار لمعدات من هذا النوع أو على جسم المنشأة. نفس الموقف يمكن أن يحدث على خطوط البخار الرئيسية والغلايات. تطبيق شائع لكاسحات التفريغ هو على المبادلات الحرارية المتحكم بها حراريًا التي من المحتمل أن تعاني من الركود (انظر الكتلة 13). على المبادلات الحرارية الأصغر تصريفًا إلى الغلاف الجوي، يمكن تجنب حالة الركود بتركيب كاسحة تفريغ على مدخل البخار للمبادل الحراري. عند الوصول إلى التفريغ في مساحة البخار، تفتح كاسحة التفريغ للسماح بتصريف المكثفات إلى صمام البخار.

بشكل عام، لا يُستحب إدخال الهواء إلى مساحة البخار، حيث يعمل كحاجز لنقل الحرارة ويُقلل من درجة حرارة البخار الفعالة (انظر الوحدة 2.4). هذا يصبح مشكلة على المبادلات الحرارية الأكبر، حيث لا يُنصح باستخدام كاسحة تفريغ للتغلب على الركود. علاوة على ذلك، إذا رُفعت المكثفات بعد صمام البخار، على سبيل المثال، إلى خط إرجاع مكثفات مرتفع، لا يمكن لكاسحة التفريغ المساعدة في التصريف. في كلتا الحالتين، من الضروري استخدام طريقة نشطة لإزالة المكثفات مثل مضخة-صمام (انظر الوحدة 13.8).