تطبيقات تفريغ الهواء

يُوصَّف في هذا الدليل بعض التطبيقات العديدة المختلفة لمنافذ تفريغ الهواء، بما في ذلك خطوط البخار الرئيسية والتحويلات والأوعية ذات الغلاف والأسطوانات الدوارة. تُناقَش أيضًا قضايا أخرى مثل تفريغ كميات كبيرة من الهواء وتفريغ الهواء الجماعي واستبدال صمامات البخار العلاجية.

وحدات تفريغ الهواء بشكل عام

منفذ تفريغ الهواء التلقائي هو صمام يعمل بالعلاج الحراري، ويُثبَّت في موقع يصل إليه البخار والهواء بدلاً من المكثفات. إذا كان منفذ تفريغ الهواء متصلًا بشكل محكم بمسخن ذي كتلة كبيرة يعمل عند درجة حرارة قريبة من درجة حرارة البخار، فإن الحرارة المُوصولة قد تُبقي منفذ تفريغ الهواء مغلقًا، أو على الأقل تبطئ تشغيله. لذلك يُوصى بتثبيت أي منفذ تفريغ هواء وخط التوصيل الخاص به دون عزل ليعمل بشكل صحيح.

تحت هذه الظروف، من الأفضل تثبيت منفذ تفريغ الهواء عند نهاية طول حوالي 300 مم من الأنبوب يمكن أن يعمل كزجاجة تجميع، والتي تسمح بدرجة حرارة متدرجة من مساحة البخار في المسخن إلى منفذ التفريغ. ‘الزجاجات’ المذكورة في ‘الأسطوانات الدوارة’ يمكن استخدامها بهذه الطريقة كوحدات تجميع هواء.

عند تصريف منافذ تفريغ الهواء، فإنها تفعل ذلك دائمًا بخليط هوائي/بخاري. يُتصوَّر هذا غالبًا أنه بخار نقي، والاستنتاج المنطقي هو الاعتقاد بأن منفذ تفريغ الهواء يتسرب. إذا كان يعمل بشكل طبيعي، يجب أن ينخفض مقدار التصريف في نهاية المطاف ويتوقف. إذا استمر منفذ تفريغ الهواء في التصريف لفترة طويلة دون أي علامة على الإغلاق، فمن المحتمل أنه معطول ويستفيد من الفحص والإصلاح.

تحويلات صمامات البخار

يبدو من الطبيعي تركيب تحويلات يدوية حول صمامات البخار، عادة لفتحها عند بدء التشغيل. نظرًا لأن حمولات المكثفات عند بدء التشغيل نادرًا ما تتجاوز ضعف حمل التشغيل، وعادة ما تحتوي الصمامات على سعات مكثفات بعوامل أمان تتجاوز ذلك بكثير، يبدو أن الوظيفة الحقيقية للتحويلات هي تفريغ الهواء. هذا يسمح للمكثفات بالوصول إلى الصمام.

توجد التحويلات غالبًا حول صمامات الدلو، التي بطبيعتها بطيئة في تفريغ الهواء. يمكن جعل التجميع تلقائيًا وفعالًا ببساطة باستبدال صمام التحويل اليدوي بمنفذ تفريغ هواء تلقائي. التحويلات الدوية يسهل نسيانها وتركها مفتوحة، وبالتالي فهي مصدر محتمل لهدر البخار.

كاسحات التفريغ

يمكن استخدام كاسحات التفريغ بفعالية في أوقات إيقاف النظام عند وجود ضغوط تحت جوية داخل أنابيب البخار والأجهزة. عند وضعها بشكل استراتيجي، ستسمح للمكثفات بالتدفق بالجاذبية إلى نقطة التصريف. بالسماح بإزالة المكثفات بالكامل من أي نظام بخار، ستُزال المخاوف من المطرقة المائية عند بدء تشغيل النظام التالي.

خطوط البخار الرئيسية المشبع

خط البخار الرئيسي هو في الواقع مساحة بخار طويلة ذات مقطع عرضي صغير. عندما يُفتح البخار عند طرف الإمداد، يتحرك على طول الأنبوب كبِسْطون، يدفع الهواء أمامه. منفذ تفريغ هواء مُثبَّت عند نهاية الخط كما في الشكل 11.10.13، الوحدة 10، سيُزيل معظم الهواء. يُوصَّل المنفذ في أعلى الأنبوب، أو على الأقل عند نقطة فوق مستوى المكثفات المتوقع.

خطوط البخار الرئيسي المُحرَّر

خطوط البخار الرئيسي المُحرَّر تحتاج عمومًا فقط إلى تفريغ هواء عند بدء التشغيل. مطلوب منفذ تفريغ هواء قادر على تحمل درجات الحرارة العالية، وبالتالي النوع ثنائي المعدن سيكون الخيار الأفضل.

الأوعية ذات الغلاف

اختيار موقع منفذ تفريغ الهواء لهذه التطبيقات قد يكون صعبًا. الهواء المُذاب في المنتج البارد يُجبر على الخروج من المحلول مع دفء الوعاء، وتظهر فقاعات على جانب المنتج من الغلاف. غياب التبقيع على الجلد الداخلي للوعاء يكشف النقاط الباردة، مشيرًا إلى أماكن تجمع الهواء داخل الغلاف.

مع الجمع بين نوع صمام البخار الخاطئ وعدم وجود منفذ تفريغ هواء، من المرجح أن يحدث التبقيع أخيرًا في أسفل الغلاف بالقرب من مخرج المكثفات، وفي الأعلى مقابل نقطة دخول البخار. أفضل صمام بخار سيكون من نوع عائم مع منفذ تفريغ هواء، مُوضَع تحت الوعاء، مما يسمح للمكثفات والهواء بالتدفق بالجاذبية إلى الأرض، أو إلى مستقبل تجميع ومضخة. يُوضع منفذ تفريغ الهواء أفضل وضع مقابل نقطة دخول البخار في المستوى الأعلى، والمُصنِّع الجدير سيضع فتحة لهذا الغرض (الشكل 11.9.1، الوحدة 9).

وعاء مائل يتطلب صمام عائم مع ميزة تحرير قفل البخار حيث تُزال المكثفات عبر أنبوب غاطس يمر عبر مفصل دوار. إذا لم يتضمن ذلك منفذ تفريغ هواء، فإن منفذ تفريغ هواء منفصل يتجاوز الصمام سيُحسِّن الأداء. كذلك، يجب وضع صمام البخار تحت المخرج (الشكل 11.9.2، الوحدة 9).

الأسطوانات الدوارة

حالة خاصة ذات أهمية هي الأسطوانة الجافة المستخدمة في العديد من صناعات العمليات. يُغذّى أسطوانة أفقية بالبخار عبر مفصل دوار عند أحد نهاياتها، والمادة المُعالجة تكون في اتصال مع السطح الخارجي للأسطوانة. تُنفَّذ المكثفات عبر أنبوب غاطس يمر عبر نفس المفصل الدوار أو مفصل مشابه عند النهاية المقابلة للأسطوانة.

مع الأسطوانات ذات الحجم الملموس، يكون حجم الهواء المُنزَح عند ‘بدء التشغيل’ كبيرًا. الهواء المتجمع داخل الأسطوانة أثناء التشغيل الطبيعي يُسبب نقاطًا باردة على السطح الخارجي، ويُنتَج معالج غير صحيح. التفريغ التلقائي للهواء أمر حيوي ويجب تحقيقه كمسألة روتينية إذا كان يُتوقع نتائج جيدة.

أفضل صمام بخار لهذا الغرض هو من نوع العائم-علاجي مع تحرير قفل البخار، لكن منفذ تفريغ هواء منفصل غالبًا ما يظل مطلوبًا بسبب كمية الهواء الكبيرة المطلوب تنقيتها.

تُظهر التجربة أن منفذ تفريغ الهواء وزجاجة تجميع الهواء عند مخرج المكثفات ستُعطي نتيجة ممتازة إذا رُكِّبت كما هو موضح في الشكل 11.13.1.

تفريغ الهواء الجماعي

مُصمِّمو معدات البخار أحيانًا يقللون النفقات بتوصيل النقاط البعيدة لمساحتين أو أكثر من مساحات البخار، وتركيب منفذ تفريغ هواء واحد، بدلاً من استخدام منافذ فردية لكل مساحة بخار. لسوء الحظ، غالبًا ما يكون هذا الترتيب غير ناجح. سخان هوائي متعدد اللفائف يمكن أن يكون لكل لفائفه إمداد من رأس بخار مشترك يُغذّى عبر صمام تحكم واحد. هنا، سيُغلق منفذ تفريغ الهواء عندما يصل البخار من قسم واحد إليه. الهواء الموجود في الأقسام الأخرى ببساطة لن يصل إلى المنفذ لفتحه. لاحقًا، يتكثف البخار في جسم منفذ تفريغ الهواء ويُستبدل مرة أخرى. ومرة أخرى، عندما يكون البخار الداخل من اللفائف التي تحتوي على أقل قدر من الهواء، يميل المنفذ إلى الإغلاق السريع. خلطات الهواء/البخار في اللفائف الأخرى لا تُحفَّز على التدفق نحو موقع المنفذ. تفريغ الهواء الجماعي غير ناجح، ويجب تجنبه، بنفس طريقة التبخر الجماعي لخطوط تصريف المكثفات.

منافذ تفريغ الهواء الكبيرة جدًا

سعة منفذ تفريغ الهواء تعتمد على حجم الفتحة، وفرق الضغط عبر المقعد، وخصائص الغاز المُنزَح. في بعض الحالات، تكون مساحات البخار المُفرَّغة كبيرة جدًا، كما في المُعقمات الكبيرة والأوعية البائية في صناعة الأغذية، والأوعية الضغطية الكبيرة، وأوعية فلكنة المطاط إلخ. كمية الهواء المُنزَح قد تكون كبيرة جدًا بحيث تتطلب تركيب عدد كبير من منافذ تفريغ الهواء على التوالي. الإجابة البديلة هي استخدام تحكم حراري ذاتي، مُثبَّت بشكل مشابه للشكل 11.13.2. يجب أن يكون الصمام من نوع مناسب لخدمة البخار. يُوضَع الصمام من قبل نظام التحكم، ويُوضَع مستشعر الحرارة على الجانب المنبعي للصمام. يُضبط إعداد درجة الحرارة على 100 درجة مئوية، أو أقل بقليل من هذه القيمة. بما أن الضغط في الأنبوب الذيلي عند مستشعر الحرارة جوي، تكون درجة الحرارة عند هذه النقطة 100 درجة مئوية إذا وصل بخار خالٍ من الهواء إلى المستشعر بعد تدفقه عبر الصمام. عند هذه درجة الحرارة، يجب أن يكون الصمام مغلقًا فقط. أي درجة حرارة أقل عند موقع المستشعر تعني وجود بعض الهواء، وسينفتح الصمام قليلًا.

وضع مستشعر الحرارة بهذه الطريقة، بعد الصمام حيث يكون ضغط الخط جويًا، يُلغي تأثير الضغط صعودًا من الصمام. لا يتعين على نظام التحكم سوى إغلاق الصمام عندما تصل درجة حرارة المستشعر إلى 100 درجة مئوية وفتحه عند درجات حرارة أقل. هذا الترتيب يجعل من العملي استخدام صمامات تفريغ هواء بحجم DN50، مما يُتيح تفريغ كميات كبيرة من الهواء.

تفريغ الهواء عبر صمامات البخار العلاجية

أي صمام بخار علاجي، مثل الميزان ذي البالون المتوازن أو الكبسولة، أو النوع ثنائي المعدن، يمكن استخدامه كمنفذ تفريغ هواء. من الواضح أن وحدة التشغيل يجب أن تكون واحدة تتفاعل بسرعة مع التغيرات في درجة الحرارة، والصمامات التي تتضمن شرائح مزدوجة المعدن ذات الأبعاد الكبيرة قد تكون أقل ملاءمة. لكن، إذا استُخدم صمام بخار علاجي بشكل أساسي لتصريف المكثفات، فما مدى فعالية تفريغ الهواء؟

بما أن الصمام سيكون مفتوحًا عند بدء التشغيل عندما يُفتح البخار، فسيُفرغ الهواء المُدفوع نحوه.

أثناء التشغيل العادي، قد لا يكون الصمام فعالًا تمامًا كمنفذ تفريغ هواء. كصمام بخار، سيُغلق أمام المكثفات عند درجة حرارة أقل بقليل من درجة التشبع. ومن ثم مع وجود ختم مائي على جانب مدخل الصمام، ستحبس الهواء وأي غازات أخرى غير قابلة للتكثيف داخل مساحة بخار العملية لفترة قصيرة بواسطة المكثفات.

عندما تفقد المكثفات عند صمام البخار بعض حرارتها في نهاية المطاف، فقط حينها سينفتح الصمام ويُفرغ كلاً من المكثفات وخليط الهواء/البخار البارد.

الطريقة الأكثر فعالية لإطلاق الهواء عبر صمام بخار من مساحة البخار هي استخدام صمام بخار من نوع عائم مع منفذ تفريغ هواء مدمج. بما أن المكثفات يجب أن تصل دائمًا إلى الصمام، فإن مرور الغازات غير القابلة للتكثيف إلى منفذ تفريغ الهواء المتكامل لا يتأخر أثناء التشغيل العادي.

يجب توضيح أن الجهاز التلقائي المُستخدم لتفريغ خلطات الهواء/البخار، سواء وُصف بأنه صمام بخار أو منفذ تفريغ هواء، من الأفضل وضعه فوق مستوى الماء في الصمام. في جميع الحالات الأخرى، يمكن أن يُؤدي إضافة منافذ تفريغ الهواء (في مواضع يمكن لخلطة الهواء/البخار الوصول إليها تحت جميع الظروف) إلى نتائج مفيدة تتناسب بشكل كبير مع التكاليف الإضافية المتكبدة.