تفريغ الهواء وفقدان الحرارة ومعايير الأنابيب المختلفة

تفريغ الهواء وفقدان الحرارة وملخص مختلف المعايير المتعلقة بالأنابيب

يُعد تفريغ الهواء والغازات الأخرى غير القابلة للتكثيف من أنظمة البخار، وتوفير العزل الكافي، أمرًا حيويًا لضمان كفاءة وسلامة وأداء منشأة البخار.

تفريغ الهواء

عندما يُسمح للبخار بالدخول إلى أنبوب بعد فترة من التوقف، يكون الأنبوب مليئًا بالهواء. ستدخل كمات إضافية من الهواء والغازات الأخرى غير القابلة للتكثيف مع البخار، على الرغم من أن نسب هذه الغازات عادة صغيرة جدًا مقارنة بالبخار. عندما يتكثف البخار، ستتجمع هذه الغازات في الأنابيب والمبادلات الحرارية. يجب اتخاذ احتياطات لتفريغها. نتيجة عدم إزالة الهواء هي فترة تدفئة طويلة، وانخفاض في كفاءة المنشأة وأداء العملية. الهواء في نظام البخار سيؤثر أيضًا على درجة حرارة النظام. سيُمارس الهواء ضغطه الخاص داخل النظام، وسيُضاف إلى ضغط البخار لإعطاء ضغط إجمالي. لذلك، سيكون الضغط الفعلي للبخار ودرجة حرارة خليط البخار/الهواء أقل مما يُشير إليه مقياس الضغط. أكثر أهمية هو تأثير الهواء على نقل الحرارة. طبقة هواء بسماكة 1 مم فقط يمكن أن تقدم نفس مقاومة الحرارة كطبقة ماء سماكتها 25 ميكرومتر، أو طبقة حديد سماكتها 2 مم، أو طبقة نحاس سماكتها 15 مم. من المهم جدًا إزالة الهواء من أي نظام بخار. منافذ تفريغ الهواء التلقائية لأنظمة البخار (التي تعمل بنفس مبدأ صمامات البخار العلاجية) يجب تثبيتها فوق مستوى المكثفات بحيث لا يصل إليها إلا الهواء أو خلطات البخار/الهواء. أفضل موقع لها هو عند نهاية خطوط البخار الرئيسية كما هو موضح في الشكل 10.5.1. يجب توصيل تصريف منفذ تفريغ الهواء إلى مكان آمن. في الممارسة العملية، خط مكثفات ينخفض نحو مستقبل مُهواة يمكن أن يستقبل التصريف من منفذ تفريغ الهواء.

تعلم عن البخار

يجب توصيل تصريف منفذ تفريغ الهواء إلى مكان آمن. في الممارسة العملية، خط مكثفات ينخفض نحو مستقبل مُهواة يمكن أن يستقبل التصريف من منفذ تفريغ الهواء.

بالإضافة إلى تفريغ الهواء عند نهاية الخط الرئيسي، يجب أيضًا تركيب منافذ تفريغ الهواء:

بالتوازي مع صمام الدلو المقلوب، أو في بعض الحالات، صمام الديناميكي الحراري. هذه الصمامات أحيانًا بطيئة في تفريغ الهواء عند بدء التشغيل.
في مساحات البخار الصعبة (مثل الجانب المقابل لمكان دخول البخار إلى وعاء ذات غلاف).
حيث تكون مساحة البخار كبيرة (مثل وعاء ضغط)، وخليط البخار/الهواء يمكن أن يؤثر على جودة العملية.

تقليل فقدان الحرارة

حتى بعد تدفئة خط البخار الرئيسي، سيستمر البخار في التكثيف مع فقدان الحرارة بالإشعاع. يعتمد معدل التكثيف على درجة حرارة البخار ودرجة الحرارة المحيطة وكفاءة عزل الأنبوب. لكي يكون نظام توزيع البخار فعالًا، يجب اتخاذ خطوات مناسبة لضمان تقليل فقدان الحرارة إلى الحد الأدنى الاقتصادي. أكثر سماكة اقتصادية للعزل تعتمد على عدة عوامل:

تكلفة التركيب.
الحرارة المحمولة بالبخار.
حجم الأنابيب.
درجة حرارة الأنابيب. عند عزل الأنابيب الخارجية، يجب أخذ الرطوبة وسرعة الرياح بعين الاعتبار. فعالية معظم مواد العزل تعتمد على خلايا هواء دقيقة مُثبَّتة في مصفوفة من مادة خاملة مثل الصوف المعدني أو الألياف الزجاجية أو سيليكات الكالسيوم. تستخدم التركيبات النموذجية ألياف زجاجية مكسوة بالألمنيوم، وصوف معدني مكسو بالألمنيوم، وسيليكات الكالسيوم. من المهم ألا يُسحق مادة العزل أو يُسمح لها بالتشرب بالماء. الحماية الميكانيكية الكافية ومقاومة الماء ضرورية، خاصة في المواقع الخارجية. فقدان الحرارة من أنبوب بخار إلى ماء، أو إلى عزل مبلل، يمكن أن يصل إلى 50 مرة أكبر من نفس الأنبوب إلى الهواء. يجب توخي عناية خاصة لحماية خطوط البخار المارة عبر أرض مبللة، أو في قنوات قد تتعرض للفيضان. نفس الشيء ينطبق على حماية العزل من تلف السلالم إلخ، لتجنب تسرُّب مياه الأمطار. من المهم عزل جميع الأجزاء الساخنة من النظام باستثناء صمامات الأمان. يشمل ذلك جميع الوصلات الفلنجية على الخطوط الرئيسية، وكذلك الصمامات والتجهيزات الأخرى. كان من الشائع في وقت ما قص العزل على كل جانب من وصلة فلنجية، لترك وصول إلى البراغي لأغراض الصيانة. هذا يعادل ترك حوالي 0.5 م من أنبوب عارٍ. لحسن الحظ، أغطية العزل المُصنَّعة مسبقًا للوصلات الفلنجية والصمامات أصبحت متوفرة على نطاق أوسع الآن. تُزود عادة بمسامير بحيث يمكن فصلها بسهولة لتوفير وصول لأغراض الصيانة.

حساب نقل الحرارة

يمكن أن يكون حساب فقدان الحرارة من الأنابيب معقدًا جدًا ويستغرق وقتًا طويلاً، ويُفترض أن البيانات الغامضة المتعلقة بسماكة جدار الأنبوب ومعاملات نقل الحرارة والثوابت المُشتقة المختلفة متاحة بسهولة، وعادة ما لا تكون كذلك. اشتقاقات هذه الصيغ خارج نطاق هذه الوحدة، لكن يمكن العثور على مزيد من المعلومات بسهولة في أي كتاب مدرسي جيد للديناميكا الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، هناك وفرة من برامج الكمبيوتر المتوفرة للمهندس المميز. بذلك، يمكن العثور بسهولة على فقدان الحرارة من الأنابيب بالرجوع إلى الجدول 10.5.1 ومعادلة بسيطة (المعادلة 2.12.2). يفترض الجدول ظروفًا محيطة بين 10-21 درجة مئوية، ويأخذ في الاعتبار فقدان الحرارة من أنابيب أفقية عارية بأحجام مختلفة مع بخار محتوَى بضغوط مختلفة.

الجدول 10.5.1 انبعاث الحرارة من الأنابيب

ملاحظة: انبعاث الحرارة من الأنابيب الأفقية العارية مع درجات حرارة محيطة بين 10 درجات مئوية و20 درجة مئوية وظروف هواء ساكن

فرق درجة الحرارة من البخار إلى الهواء درجة مئوية	حجم الأنبوب (DN)
	15	20	25	32	40	50	65	80	100	150
	واط/م
60	60	72	88	111	125	145	172	210	250	351
70	72	87	106	132	147	177	209	253	311	432
80	86	104	125	155	174	212	248	298	376	519
90	100	121	146	180	203	248	291	347	443	610
100	116	140	169	207	233	287	336	400	514	706
110	132	160	193	237	267	328	385	457	587	807
120	149	181	219	268	302	371	436	517	664	914
130	168	203	247	301	342	417	490	581	743	1 025
140	187	226	276	337	382	464	547	649	825	1 142
150	208	250	306	374	424	514	607	720	911	1 263
160	229	276	338	413	469	566	670	794	999	1 390
170	251	302	372	455	515	620	736	873	1 090	1 521
180	275	330	407	499	566	676	805	955	1 184	1 658
190	299	359	444	544	615	735	877	1041	1 281	1 800
200	325	389	483	592	681	795	951	1 130	1 381	1 947

يمكن تضمين عوامل أخرى في المعادلة، على سبيل المثال، إذا كان الأنبوب معزول بعزل يوفر تقليلًا في فقدان الحرارة إلى 10% من الأنبوب غير المعزول، يُضرب بعامل 0.1.

تعلم عن البخار

ملاحظة: الثابت 3.6 يعطي الإجابة بالكجم/ساعة الطول المكافئ:

زوج من الفلنجات المتوافقة 0.5 م
صمام بنفس حجم الخط 1.0 م مثال 10.5.1 50 م من أنبوب 100 مم به 8 أزواج من الفلنجات وصمامان، ويحمل بخار مشبع عند 7 بار ضغط مطلق. درجة الحرارة المحيطة 10 درجات مئوية، وكفاءة العزل معطاة كـ 0.1 بالرجوع إلى الجدول 10.5.1 وتطبيق المعادلة 10.5.1: حدد كمية البخار التي ستتكثف في الساعة: الجزء 1 - بدون عزل. الجزء 2 - مع عزل الأنبوب، لكن الصمامات والفلنجات تُترك بدون عزل. الجزء 3 - معزول بالكامل. الطول المكافئ للتجهيزات:
(8 أزواج فلنجات @ 0.5 م) + (2 صمام @ 1.0 م) = 6.0 م من الأنبوب
بخار مشبع عند 7 بار ضغط مطلق:

تعلم عن البخار

الجزء 1 - بدون عزل:

تعلم عن البخار

الجزء 2 - الأنبوب معزول، لكن بدون عزل على الصمامات والفلنجات: ضع في اعتبارك العنصرين بشكل منفصل:

تعلم عن البخار

الجزء 3 - الأنبوب والتجهيزات معزولة:

تعلم عن البخار

المعايير البريطانية والدولية ذات الصلة

استُخدمت رموز للإشارة إلى المعايير المتكافئة تقنيًا (=)، والمعايير ذات الصلة (≠) على التوالي.

الجدول 10.5.2

BS 10	مواصفة الفلنجات والبراغي للأنابيب والصمامات والتجهيزات.
BS 21 = ISO 7/1 ≠ ISO 7/2	مواصفة لوالب الأنابيب للأنابيب والتجهيزات حيث تُصنع وصلات محكمة الضغط على اللوالب.
EN 13480	مواصفة الأنابيب الصناعية المعدنية.
BS 1306	مواصفة أنظمة أنابيب النحاس وسبائك النحاس.
EN 10255	مواصفة أنابيب ملولبة ومقعية وأنابيب فولاذية نهائية مسطحة مناسبة للتلحيم واللولبة وفقًا لمواصفة لوالب BS 21.
BS 1560	فلنجات دائرية للأنابيب والصمامات والتجهيزات (مُصنفة بالدرجة): - الجزء 3، القسم 3.1 - مواصفة الفلنجات الفولاذية (≠ ISO 7005). - الجزء 3، القسم 3.2 - مواصفة الفلنجات الحديدية الزهرية (≠ ISO 7005-2). - الجزء 3، القسم 3.3 - مواصفة الفلنجات المركبة وسبائك النحاس (≠ ISO 7005-3).
BS 1600	أبعاد أنابيب فولاذية لصناعة البترول.
EN 10253-1	مواصفة تجهيزات أنابيب اللحام المواجه لأغراض الضغط.
BS 1710	مواصفة تعريف خطوط الأنابيب.
BS 2779= IS0 228/1, ISO 228/2	مواصفة لوالب الأنابيب للأنابيب والتجهيزات حيث لا تُصنع وصلات محكمة الضغط على اللوالب.
EN 10220	مواصفة الأبعاد والكتل لكل وحدة طول من أنابيب وأنابيج فولاذية ملحومة ولامتناهية لأغراض الضغط.
BS 3601	مواصفة أنابيب وأنابيج فولاذية بخصائص درجة حرارة الغرفة المحددة لأغراض الضغط.
EN 10216-2 EN 10217-2/3/5	مواصفة أنابيب وأنابيج فولاذية لأغراض الضغط: فولاذ كربوني وكربوني-منغنيز بخصائص درجة حرارة مرتفعة محددة.
EN 10216-4 EN 10217-4	مواصفة أنابيب وأنابيج فولاذية كربونية وسبيكة بخصائص درجة حرارة منخفضة محددة لأغراض الضغط.
EN 10216-2 EN 10217-2 BS 3604-2	أنابيب وأنابيج فولاذية لأغراض الضغط: فولاذ سبيكة فيريتي بخصائص درجة حرارة مرتفعة محددة.
BS 3605-1/2	أنابيب وأنابيج فولاذ مقاوم للصدأ أستنتي لأغراض الضغط.
BS 3799	مواصفة تجهيزات أنابيب فولاذية، ملولبة وملحومة بالمقع لصناعة البترول.
BS 3974	مواصفة دعامات الأنابيب.
EN 1092-1	3.1 - مواصفة الفلنجات الفولاذية;
EN 1092-2	3.2 - مواصفة الفلنجات الحديدية الزهرية (≠ ISO 7005-2);
BS 4504	3.3 - مواصفة الفلنجات المركبة وسبائك النحاس (≠ ISO 7005-3).

الخلاصة

لتلخيص كتلة ‘توزيع البخار’ من حلقة البخار والمكثفات، يمكن استخدام قائمة التحقق التالية لضمان تشغيل نظام توزيع البخار بكفاءة وفعالية: