استهلاك البخار لعناصر المعدات

استهلاك البخار لعناصر المعدات الشائعة الأخرى، بما في ذلك بطاريات المُسخنات والمُسخنات التخزينية وأسطوانات التجفيف والمكابس وخطوط التتبع.

أمثلة الأقسام التالية ضمن هذه الوحدة هي مراجعة للمعدات المذكورة سابقًا، وتوضح استهلاك البخار لعناصر المعدات الشائعة الأخرى.

بطاريات المُسخنات

يعطي معظم مصنفي المُسخنات الفردية وبطاريات مُسخن الهواء إنتاج معداتهم بالكيلوواط. يمكن تحديد معدل التكثف من هذا بقسمة تصنيف المعدات (بالكيلوواط) على بenthalpy تبخر البخار عند ضغط التشغيل (بالكجول/كجم) لإعطاء معدل تدفق بخار بالكجم/ثانية. ضرب النتيجة بـ 3600 سيعطي كجم/ساعة. إذا لم تكن أرقام المصنع متاحة، ولكن المعروف ما يلي:

• معدل تدفق الهواء الحجمي.
• ارتفاع درجة الحرارة.
• ضغط البخار. يمكن تحديد معدل التكثف باستخدام المعادلة 2.12.3: مثال 2.14.1 مُسخن هواء مُصمم لرفع درجة حرارة الهواء من -5 إلى 30 درجة مئوية مُركّب في قناة 2 م × 2 م. سرعة الهواء في القناة 3 م/ثانية، يُمد البخار لبطارية المُسخن عند 3 بار ج، وتُؤخذ حرارة الهواء النوعية كـ 1.3 كجول/م³ درجة مئوية.

مُسخنات التدفئة التخزينية

كما هو الحال مع مُسخنات الهواء، يوفر معظم مصنفي مُسخنات التدفئة التخزينية عادةً تصنيفًا لمعداتهم، ويمكن تحديد استهلاك البخار بقسمة تصنيف الكيلوواط على benthapy البخار عند ضغط التشغيل لإنتاج نتيجة بالكجم/ثانية (انظر المعادلة 2.8.1). ومع ذلك، غالبًا ما تكون المُسخنات التخزينية كبيرة جدًا للأنظمة التي تخدمها لأن:

• حسابات الحمل الحراري الأولية للمبنى الذي تخدمه ستتضمن عوامل أمان متعددة ومبالغًا فيها.
• سيتم اختيار المُسخن التخزيني من نطاق قياسي، لذا سيتم اختيار الحجم الأول من الحمل المحسوب.
• سيتضمن مصنع المُسخن التخزيني عامل أمانه الخاص على المعدات. يمكن الحصول على تقدير للحمل الفعلي في أي لحظة إذا كانت درجات حرارة التدفق والرجوع ومعدل الضخ معروفة. لاحظ مع ذلك أن رأس الضغط على جانب التصريف يؤثر على إنتاجية المضخة، وقد يكون هذا ثابتًا أو لا. مثال 2.14.2 4 لتر/ثانية من الماء الساخن منخفض الحرارة (تدفق/رجوع = 82/71 درجة مئوية) يُضخ في نظام تدفئة. حدد الإنتاج الحراري:
• الإنتاج الحراري = معدل تدفق الماء × حرارة الماء النوعية × تغيير درجة الحرارة
• الإنتاج الحراري = 4 لتر/ثانية × 4.19 كجول/كجم درجة مئوية × (82 - 71 درجة مئوية)
• الإنتاج الحراري = 184 كيلوواط طريقة بديلة لتقدير الحمل على مُسخن تدفئة تخزيني هي النظر في المبنى الذي يتم تدفئته. يمكن أن تعقد حسابات الحمل الحراري عوامل بما في ذلك:
• تغييرات الهواء.
• معدلات نقل الحرارة عبر الجدران والنوافذ والأسطح. ومع ذلك، يمكن الحصول على تقدير معقول بأخذ حجم المبنى والسماح بقدرة تسخين 30 واط/م³. سيوفر هذا الحمل التشغيلي لدرجة حرارة داخلية حوالي 20 درجة مئوية عندما تكون درجة الحرارة الخارجية حوالي -1 درجة مئوية. درجات حرارة التدفق والرجوع النموذجية لأنظمة:
• الماء الساخن منخفض الحرارة (LTHW) هي 82 درجة مئوية و71 درجة مئوية (ΔT = 11 درجة مئوية).
• الماء الساخن متوسط الحرارة (MTHW) هي 94 درجة مئوية و72 درجة مئوية (ΔT = 22 درجة مئوية). أرقام أنظمة الماء الساخن عالي الحرارة (HTHW) تختلف بشكل كبير، ويجب التحقق منها لكل تطبيق فردي. مثال 2.14.3 تم قياس تدفق البخار إلى مُسخن تدفئة تخزيني عند 227 كجم/ساعة عندما تكون درجة الحرارة الخارجية 7 درجات مئوية ودرجة الحرارة الداخلية 18 درجة مئوية. إذا انخفضت درجة الحرارة الخارجية إلى -1 درجة مئوية، ودرجة الحرارة الداخلية 19 درجة مئوية، حدد معدل تدفق البخار التقريبي. يمكن حساب هذا بالتناسب.

مُسخنات تخزين المياه الساخنة

مُسخنات تخزين المياه الساخنة مُصممة لرفع درجة حرارة كامل محتوياتها من البارد إلى درجة حرارة التخزين ضمن فترة زمنية محددة. القيم النموذجية في المملكة المتحدة هي:

• درجة حرارة الماء البارد 10 درجات مئوية
• درجة حرارة الماء الساخن 60 درجة مئوية وقت التسخين (يُسمى أيضًا “وقت الاسترداد”) = 1 ساعة. يمكن تحديد كتلة الماء الذي سيتم تسخينه من حجم الوعاء. (للماء، الكثافة ρ = 1000 كجم/م³، والحرارة النوعية (cp) = 4.19 كجول/كجم درجة مئوية). مثال 2.14.4 يتكون مُسخن تخزيني من وعاء أسطواني، قطره 1.5 متر وارتفاعه 2 متر. يجب تسخين محتويات الوعاء إلى 60 درجة مئوية في 1 ساعة.

درجة حرارة الماء الوارد 10 درجات مئوية، وضغط البخار 7 بار ج. حدد معدل تدفق البخار:

أسطوانات التجفيف

تختلف أسطوانات التجفيف بشكل كبير في التخطيط والتطبيق وبالتالي في استهلاك البخار. بخلاف الاختلافات الواسعة في الحجم وضغط البخار وسرعة التشغيل، قد يتم تصريف الأسطوانات عبر إطار الآلات، كما في مجففات أسطوانات المنسوجات، أو من خلال نظام النفث في حالة آلات الورق عالية السرعة. على العكس، قد تستخدم مجففات الأفلام وآلات الورق البطيئة مصائد بخار فردية على كل أسطوانة. سيختلف الطلب من خسائر وضعية صغيرة من أسطوانة تجفف خيط قطن مُقاس، إلى الأحمال الثقيلة في الطرف المبلل لآلة ورق أو في مجفف أفلام. بسبب هذا، لا يمكن الحصول على أرقام دقيقة إلا بالقياس. ومع ذلك، تُستخدم بعض الصيغ الموثوقة، التي تتيح تقدير استهلاك البخار ضمن حدود معقولة. في حالة آلات تجفف الأسطوانات للمنسوجات، يؤدي عد الأسطوانات وقياس محيط وعرض كل منها إلى إجمالي مساحة سطح التسخين. يجب تضمين طرفي كل أسطوانة ويجب إضافة 0.75 م² لكل أسطوانة لتغطية رؤوس الدمى والإطارات باستثناء الحالات التي يُستخدم فيها التصريف الفردي. يمكن تقدير فقد الإشعاع من الآلة أثناء الوقوف، المُقاس بكجم بخار في الساعة، بضرب المساحة الإجمالية بعامل 2.44. الحمل التشغيلي بالكجم في الساعة سيُحصل عليه باستخدام عامل 8.3. (بالوحدات الإمبراطورية ستُقاس المساحة بالقدم المربع وستكون العوامل المقابلة 0.5 و1.7 على التوالي). هذا مبني على آلة تجفف قطعًا بمعدل 64 إلى 73 مترًا في الدقيقة (70 إلى 80 ياردة في الدقيقة)، ولكن بإجراء مسموحات، يمكن استخدامها لآلات تعمل تحت ظروف مختلفة. العوامل في المعادلة أعلاه هي ثوابت مشتقة تجريبيًا: 1.5 = عامل مُطبّق على مجففات الأسطوانات. 2550 = متوسط بenthalpy الماء + بenthalpy التبخر المطلوبة لتبخر الرطوبة. 1.26 = متوسط الحرارة النوعية للمادة. تميل أسطوانات التجفيف إلى أن يكون لها حمل تشغيل أولي ثقيل بسبب الحجم الهائل لفراغ البخار وكتلة المعدن الذي يجب تسخينه، ويجب السماح بعامل ثلاثة أضعاف الحمل التشغيلي عند تحجيم مصائد البخار. يجب أيضًا التذكر أن الهواء يمكن أن يسبب صعوبات خاصة، مثل أوقات التسخين الأولي المطوّلة ودرجة حرارة السطح غير المتساوي. لذلك يجب توفير تهوية خاصة لإخراج الهواء من الأسطوانات.

المكابس

المكابس، مثل أسطوانات التجفيف، تأتي بجميع الأشكال والأحجام وضغوط العمل، وتُستخدم لأغراض عديدة، مثل تشكيل مساحيق البلاستيك، وإعداد الطبقات، وإنتاج إطارات السيارات (انظر الشكل 2.14.4)، وتصنيع خشب الألواح. وأحيانًا تتضمن أيضًا دورة تبريد. من الواضح أنه سيكون من الصعب حساب أحمال البخار بأي دقة والطريقة الوحيدة للحصول على نتائج موثوقة هي بالقياس. قد يكون هذا النوع من المعدات “مفتوحًا”، مما يسمح بفقد إشعاعي للغلاف الجوي، أو “مغلقًا”، عندما يكون سطحا التسخين معزولين فعليًا عن بعضهما البعض بالمنتج. على الرغم من أن بعض الحرارة يمتصها المنتج، فإن النتيجة الصافية هي أن استهلاك البخار متشابه إلى حد كبير سواء كانت المعدات تعمل أو تتوقف، على الرغم من حدوث تقلبات أثناء الفتح والإغلاق. يمكن أحيانًا تقدير استهلاك البخار باستخدام معادلة نقل الحرارة الأساسية 2.5.3: يمكن أحيانًا استخدام قيم U الموضحة في الشكل 2.9.1. يمكن أن تعطي نتائج معقولة في حالة مكابس الألواح الكبيرة ولكنها أقل دقة عندما تُعتبر أعداد صغيرة من القوالب المُشكّلة بشكل معقد، بشكل أساسي بسبب صعوبة تقدير مساحة السطح. ميزة هذا النوع من المعدات هو فراغ البخار الصغير، وحمل بخاري مرتفع نسبيًا عند التسخين الأولي من البارد. للتعامل مع هذا وتقلبات الحمل، يجب تحجيم مصائد البخار بعامل 2 من الحمل التشغيلي. يمكن أن يكون التحكم في درجة الحرارة دقيقًا جدًا باستخدام صمامات تخفيض ضغط مباشرة بقيادة Pilots، مما يوفر ضغط بخار ثابت ومتسق يتوافق مع درجة حرارة السطح المطلوبة. تُحجَم هذه ببساطة على حمل البخار المُصمم.

خطوط التتبع

الأنابيب التي تحمل سوائل لزجة غالبًا ما تُحفظ عند درجة حرارة مرتفعة بواسطة متتبعات بخارية. تتكون هذه عادةً من خط بخار واحد أو أكثر بأقطار صغيرة تعمل بجوار خط المنتج، ويُغطى الكل بالعزل. من الناحية النظرية، الحساب الدقيق لاستهلاك البخار صعب، لأنه يعتمد على:

• درجة الاتصال بين الخطين، وما إذا كانت تُستخدم معاجين توصيل حراري.
• درجة حرارة المنتج.
• طول ودرجة حرارة وانخفاض الضغط على طول خطوط التتبع.
• درجة الحرارة المحيطة.
• سرعة الريخ.
• إشعاع الغلاف. في الممارسة العملية، من الآمن عادةً افتراض أن خط التتبع ببساطة يحل محل خسائر الإشعاع من خط المنتج نفسه. على هذا الأساس، يمكن أخذ استهلاك البخار لخط التتبع كحمل تشغيلي يساوي فقد الإشعاع من خطوط المنتج. يوفر الجدول 2.14.1 خسائر الحرارة من الأنابيب المعزولة مع 50 أو 100 مم من العزل. مثال 2.14.5 أنبوب طوله 50 م × 200 مم يحتوي على منتج سائل عند 120 درجة مئوية. درجة الحرارة المحيطة 20 درجة مئوية، الأنبوب به 50 مم عزل، ويُمد البخار عند 7 بار ج للمتتبع(ات). حدد استهلاك البخار: للخطوط المُغلّفة، يمكن افتراض أن فقد الحرارة يساوي ذلك من خط بخار رئيسي بقطر يساوي قطر الغلاف؛ مع أخذ أي عزل في الاعتبار. عند تحجيم مصائد البخار، يجب استخدام عامل 2 من الحمل التشغيلي لتغطية ظروف بدء التشغيل، ولكن يمكن تحجيم أي صمام تحكم حراري للتعامل مع حمل التصميم فقط. تحجيم خط التتبع يحسب المثال 2.14.5 حمل المتتبع البخاري على أساس فقد الحرارة من الأنبوب. في الممارسة العملية، لن يكون خط التتبع مُحجَمًا بالضبط لمطابقة هذا فقد الحرارة. يُظهر الجدول 2.14.2 الإنتاج الحراري المفيد من خطوط تتبع فولاذية ونحاسية بقطر 15 مم و20 مم تعمل عند ضغوط مختلفة بجوار خطوط منتج بدرجات حرارة مختلفة. يأخذ الجدول في الاعتبار خسائر الحرارة من خطوط التتبع إلى الهواء المحيط عبر العزل. في المثال 2.14.5، كان فقد الحرارة من الأنبوب 97 واط/م. يجب أن يكون خط التتبع قادرًا على توفير هذا المعدل على الأقل من نقل الحرارة. يُظهر الجدول 2.14.2 أنه، بالاستقراء، الإنتاج الحراري المفيد من خط تتبع فولاذي بقطر 15 مم هو 33 واط/م لدرجة حرارة منتج 120 درجة مئوية وضغط بخار 5 بار ج. عدد المتتبعات المطلوبة للحفاظ على درجة حرارة المنتج 120 درجة مئوية هي therefore: لذلك ستكون هناك حاجة إلى ثلاثة خطوط تتبع فولاذية بقطر 15 مم لهذا التطبيق كما هو موضح في الشكل 2.14.9.