اعتبارات اختيار صمامات البخار

نوع التطبيق وتصميم النظام واحتياجات الصيانة ستؤثر على أداء واختيار صمامات البخار. تُناقَش عوامل مثل المطرقة المائية والأوساخ وقفل البخار والتفريغ الجماعي وظروف الفراغ والتحكم بالحرارة في العمليات في هذا الدرس.

الاعتبارات

بالتعريف، يجب أن يحبس صمام البخار البخار أو يعيقه وفي نفس الوقت لا يقيد مرور المكثفات والغازات الأخرى غير المتكاثفة. الرعاية الأساسية للتفريغ الجيد تم توضيحها بالفعل لكن يستحق التكرار أن أداء المعدات هو الأهم. يتبع اختيار الصمام بناءً على أن متطلبات الضغط وحمل المكثفات وطرد الهواء قد استُوفت في الاختيار الأولي. ومع ذلك، سيؤثر تصميم النظام واحتياجات الصيانة أيضًا على الأداء والاختيار. يُرجى الرجوع إلى الأقسام الفرعية التالية في هذه الوحدة لمزيد من النصائح حول هذا الموضوع. المطرقة المائية المطرقة المائية هي عرض لمشكلة في نظام البخار. قد يكون ذلك بسبب ضعف تصميم أنابيب البخار والمكثفات، أو استخدام نوع خاطئ من الصمامات أو صمام بخار مُتسرب، أو مزيج من هذه العوامل. غالبًا ما يكون من العبث تركيب الصمام الصحيح لتطبيق معين إذا كان تصميم النظام لا يسمح للصمام بالعمل بشكل صحيح. ومن العبث أيضًا تركيب التصميم الصحيح وعدم اهتمام الصانع المناسب بصمامات البخار. ستتناول الوحدات 11.6 إلى 11.11 inclusive ‘اختيار صمامات البخار’ المطابقة الصحيحة لصمامات البخار مع التطبيقات والتصاميم. كما يُعالَج التصميم المناسب لأنابيب البخار في الوحدة 10 - ‘توزيع البخار’. غالبًا ما تُنسب أعراض المطرقة المائية إلى خلل في صمام البخار. التفسير الأرجح هو أن صمام بخار معطوب قد تضرر من المطرقة المائية. يمكن أن تحدث المطرقة المائية بعدة طرق، بما في ذلك:-

• فشل إزالة المكثفات من مسار البخار عالي السرعة في الأنابيب.
• من تطبيق يتم التحكم فيه حراريًا وحيث يجب رفع المكثفات إلى خط إرجاع، أو الإرجاع إلى نظام مضغوط.
• عدم قدرة المكثفات على الدخول بشكل صحيح أو التحرك على طول خط إرجاع صغير الحجم، بسبب إما (أ) الفيضان، أو (ب) الضغط الزائد مع تأثيرات خنق البخار المتسارع. أدت تقنيات التصميم والتصنيع الحديثة إلى إنتاج صمامات بخار أكثر متانة من سابقاتها. يسمح هذا لصمام البخار بالعمل لفترة أطول في الظروف العادية، كما سيكون أفضل قدرة على تحمل تأثيرات الأنظمة المُصمَّمة بشكل ضعيف. بشكل أساسي، مهما كان صمام البخار مصنوعًا بشكل جيد، إذا رُكِّب في نظام مُصمَّم بشكل ضعيف سيكون أقل فعالية ولديه عمر افتراضي أقصر. إذا فشل صمام بخار باستمرار في نظام قائم بسبب المطرقة المائية، فمن المحتمل أن يكون الخطأ في تصميم النظام وليس الصمام. الحل هو التحقيق في السبب الحقيقي للمشكلة والقضاء عليها بتصحيح نواقص النظام. تطبيقان مهمان هما تصريف خطوط البخار الرئيسية، والمبادلات الحرارية ذات التحكم بالحرارة. كقاعدة عامة، يجب تصريف خطوط البخار الرئيسية على فترات منتظمة من 30 إلى 50 مترًا بجيوب تصريف مُحجَّمة بشكل مناسب. يجب أيضًا تصريف قاعدة أي ماسورة صاعدة. المبادلات الحرارية ذات التحكم بالحرارة لا يمكن أن تعمل بشكل فعال إلا إذا سُمح للمكثفات بالتصريف بحرية منها. إذا كان هناك رفع بعد الصمام، فسيكون هناك دائمًا ميل للمطرقة المائية، بغض النظر عن الصمام المُركَّب. في هذه الحالة، يجب إما إكمال الصمام بمضخة، أو استبداله بمضخة-صمام. ستُعالَج هذه المسألة بمزيد من التفصيل في الوحدة 13 - ‘إزالة المكثفات’ من المهم أن يُصمَّم ويُركَّب خط الأنابيب بشكل صحيح. سيساعد هذا في الحفاظ على الأداء الحراري للنظام طوال عمره التشغيلي. الأوساخ الأوساخ هي عامل رئيسي آخر يجب أخذه في الاعتبار عند اختيار الصمامات. على الرغم من أن البخار يتكاثف إلى ماء مقطر، إلا أنه قد يحتوي أحيانًا على آثار من منتجات معالجة مغذية الغلاية والمعادن الطبيعية الموجودة في الماء. كما يجب مراعاة أوساخ الأنابيب المُنشأة أثناء التركيب ومنتجات التآكل. صمام الانفجار المتقطع هو الأقل احتمالاً للتأثر بالأوساخ. في الصمامات الترموستاتية، هذا يعني أن الصمام الترموستاتي المتوازن الضغط هو الأفضل، على الرغم من أن الصمام المسطوح الأكبر المرتبط ببعض الصمامات الحجابية قد يسبب صعوبات. فعل التقطير في الصمامات ثنائية المعدن، جنبًا إلى جنب مع ترتيب ساق الصمام المار عبر المقعد، يعني أنها الأكثر عرضة للخلل (بسبب الاحتكاك الإضافي) أو حتى الانسداد. يُزعم أحيانًا أن عنصر الاستشعار يمكن تنظيفه بسهولة ولا يتأثر بالتلوث. ومع ذلك، نادرًا ما يكون تلوث العنصر مشكلة: الأجزاء ذات الصلة هي آلية صمام ‘الكلاك الديناميكي’، التي تميل إلى التنظيف الذاتي بسبب فعل الفتح الإيجابي. صمامات البخار العائمة-الترموستاتية مقاومة جدًا للأوساخ. كمثال متطرف، عند تصريف أوعية الشفاء الخرسانية، يمكن نقل الرمل المتبقي الذي يترسب في المكثفات عبر صمامات البخار العائمة-الترموستاتية الكبيرة بنجاح، بسبب التدفق المنخفض السرعة عبر فتحة نسبية كبيرة. يحتوي صمام الدلو المقلوب على فتحة تهوية في الدلو. إذا انسدت، يمكن أن تُسبب تقييد الهواء في الصمام وتأخر استجابته. إذا حدث ذلك، يجب إزالة الحجر أو الأوساخ المسددة لفتحة التهوية، مما يتطلب إخراج الصمام من الخدمة. صمام النبض لا يتحمل الظروف المتسخة. الفراغ الدقيق بين السدادة والأسطوانة المخروطية عرضة للتدفق عالي السرعة والسدادة ستلتصق بشكل متكرر في وضع وسيط. يتجمد الصمام في وضع ثابت وسيمر إما البخار أو المكثفات اعتمادًا على معدل التكاثف. جهاز الفتحة الثابتة هو الأقل ملاءمة للظروف المتسخة. الفتحة صغيرة بطبيعتها وتنسد بشكل متكرر. تكبير الفتحة (كما يُفعل أحيانًا من اليأس) يدمر مفهوم التحجيم على فتحة ثابتة. وهو مُسرِّف وفي بعض الحالات يؤخر فقط الوقت حتى يتكرر الانسداد. غالبًا ما يُزوَّد مُصفَّي ويُركَّب، لكن يجب أن يكون دقيقًا جدًا ليكون فعالًا. هذا ببساطة ينقل الانسداد من فتحة الصمام إلى المُصفَّي، الذي يتطلب بدوره وقت توقف منتظمًا للتنظيف. المُصفَّيات

غالبًا ما تُنسى هذه الأجهزة (الشكل 11.5.1) في أنظمة البخار، يبدو أن ذلك في محاولة لتقليل تكاليف التركيب. يمكن أن تؤثر الحجر وأوساخ الأنابيب على صمامات التحكم وصمامات البخار، وتقلل من معدلات نقل الحرارة. من السهل للغاية وغير المكلف تركيب مُصفَّى في الأنبوب، والتكلفة المنخفضة للقيام بذلك ستعطي نتائج طوال عمر التركيب. يتم اعتراض الحجر والأوساخ، ويقل الصيانة عادةً كناتج لذلك. الاختيار بسيط. يُختار مادة المُصفَّى لتطابق نوع التركيب وضغط النظام الذي يُتوقع أن يعمل حتى. يمكن النظر في أحجام شاشة ترشيح مختلفة لمستويات حماية مختلفة. كلما كان المرشح أدق، كان يحتاج إلى تنظيف أكثر تكرارًا. من المؤكد أن المُصفَّيات أسهل بكثير وأرخص في الشراء والصيانة من صمامات التحكم أو صمامات البخار. تُقدَّم مزيد من المعلومات حول المُصفَّيات في الوحدة 12 - ‘مُساعدات خطوط الأنابيب قفل البخار

إمكانية قفل البخار قد تكون أحيانًا عاملًا حاسمًا في اختيار صمامات البخار. يمكن أن يحدث عندما يُركَّب صمام البخار بعيدًا عن المعدات المُصرَّفة. ويمكن أن يصبح حادًا عندما تُزال المكثفات عبر أنبوب نفسي أو غطس. يوضح الشكل 11.5.2 مشكلة قفل البخار في أسطوانة تجفيف دوارة باستخدام أنبوب نفسي. في الشكل 11.5.2 (ي) ضغط البخار كافٍ لرفع المكثفات عبر الأنبوب النفسي، عبر صمام البخار وبعيدًا. يُظهر الشكل 11.5.2 (ii) ما يحدث عندما ينخفض مستوى المكثفات في قاع الأسطوانة أسفل نهاية الأنبوب النفسي. يدخل البخار إلى الأنبوب النفسي ويُسبب إغلاق صمام البخار (في هذه الحالة من النوع العائم). الصمام مؤقتًا ‘مقفل بالبخار’. فقدان الحرارة من الأسطوانة سيؤدي إلى تكوُّن المزيد من المكثفات التي بدورها لا تستطيع الوصول إلى الصمام. يُظهر الشكل 11.5.2 (iii) الأسطوانة تزداد تغمرًا بالمكثفات مما سيؤدي إلى انخفاض معدل التجفيف من الأسطوانة وزيادة القدرة المطلوبة لتدوير الأسطوانة. في الحالات القصيرة قد تمتلئ الأسطوانة إلى خط المركز وقد ينتج عن ذلك ضرر من الحمل الميكانيكي الزائد لتخفيف هذه المشكلة يُحتاج صمام يحتوي على صمام ‘تحرير قفل البخار’. هذا صمام إبرة داخلي يسمح للبخار المحبوس في الأنبوب النفسي بالنزف بعيدًا عبر الصمام الرئيسي. صمام العائم هو النوع الوحيد من الصمامات المزود بهذه الميزة وهو الاختيار الصحيح على الآلات الدوارة مثل أسطوانات التجفيف. نظرًا لأن صمام الإبرة مفتوح فقط بالقدر الكافي لتجنب هدر البخار، لديه قدرة محدودة على طرد الهواء. غالبًا ما تُزوَّد صمامات من هذا النوع بفتحات تهوية مدمجة وتحرير قفل البخار (الشكل 11.5.3). يعمل آلية تحرير قفل البخار اليدوي بشكل مستقل عن فعل التهوية التلقائي. يُوضَّح صمام بخار عائم-ترموستاتيقياسي في الشكل 11.5.4 ستفتح الأنواع الأخرى من الصمامات وستتعامل في النهاية مع قفل البخار، ومع ذلك، سيكون التصريف وأداء المعدات غير منتظم. هذا مرفوض بوضوح لمستخدمي معدات العمليات حيث تكون أوقات الدفعات والكفاءة والأداء ذات أهمية عالية. التفريغ الجماعي

التفريغ الجماعي يصف استخدام صمام واحد يخدم أكثر من تطبيق واحد. يُظهر الشكل 11.5.5 عمليتين دفعية (أوعية غلافية) تعملان عند ضغطين مختلفين من البخار مع خط تصريف من كل منهما متصل بصمام بخار واحد. الضغط الأعلى في المعدات ب’ سيسمح لمكثفات هذه الوعاء بالتصريف لكنه سيمنع تصريف المكثفات من المعدات أ حيث سيبقى صمام التراجع مغلقًا. ستتغمر المعدات أ بالمكثفات وستعاني من انخفاض حاد في الأداء. لهذا السبب، التفريغ الجماعي للمعدات العاملة عند ضغوط مختلفة ليس ممارسة جيدة. لكن ماذا لو كانت المعدات تعمل عند نفس الضغط؟ ضع في اعتبارك التركيب التالي الموضح في الشكل 11.5.6.

في الشكل 11.5.6، محتوى الوعاء أ شبه وصل إلى درجة الحرارة المطلوبة ويُكاثف القليل من البخار نسبيًا. الأوعية ب، ج ود مُملأة للتو بالمنتج البارد ومع تشغيل البخار، تكون معدلات تكاثفها أعلى بكثير من الوعاء أ. نتيجة لذلك، سرعة البخار على طول خطوط الإمداد هذه أعلى بكثير، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط أعلى على طول كل خط فرعي. ستكون ضغوط البخار المنخفضة موجودة عند مداخل الأوعية ب، ج ود وفي غلافها البخاري (بسبب أن ب، ج ود لديها معدل تكاثف أعلى من الوعاء أ) مما يُقلل من قدرتها على التسخين ويُزيد من أوقات إنتاجها. بسبب هذا، تكون الضغوط عند نقاط تصريف الأوعية ب، ج ود أقل أيضًا من ذلك في الوعاء أ. سيتدفق البخار من الوعاء أ عبر خط تصريف المكثفات إلى الأوعية الأخرى لمعادلة الضغوط، وسيتدفق المكثفات من الأوعية الأخرى عكس هذا التدفق. عندما تُوصَّل نقاط تصريف أوعية مختلفة عند ضغوط مختلفة بصمام واحد، فإن الوعاء ذو الضغط الأعلى (في هذه الحالة الوعاء أ) سيُعيق تدفق المكثفات من الأخرى. الأوعية ذات الحاجة الأكبر لتصريف المكثفات (في هذه اللحظة الأوعية ب، ج ود) ست倾向于 التغمر بالمكثفات. وبالتالي، من غير المرجح أن يكون ترتيب المكثفات الموضح في الشكل 11.5.6 مُرضيًا. يمكن أن تتفاقم الحالة عندما يكون للعمليات المُفرغة جماعيًا تحكم حراري منفصل. أحد التطبيقات المحتملة المناسبة للتفريغ الجماعي هو وحدة معالجة هواء ذات أقسام مُدفأة متتالية (الشكل 11.5.7). هذا التطبيق من ‘التدفق’ يختلف عن الدفعة (أو غير المتدفقة) في الشكل 11.5.6. ستتشارك أقسام التدفئة دائمًا أي تغيير في الحمل حيث يتم تقديمها بصمام تحكم واحد. من المهم أن تكون وصلات تصريف المكثفات وخط الأنابيب المشترك مُحجَّمة بشكل سخي للسماح بتدفق مكثفات كافٍ في اتجاه واحد عكس التدفق في الاتجاه الآخر. سيعمل فقط حيث يتم تغذية جميع الأقسام بصمام تحكم واحد ويتم تسخين نفس السائل الثانوي من جميع الأقسام.

السبب الأصلي للتفريغ الجماعي هو أن هناك كان نوعًا واحدًا فقط من صمامات البخار. كان السلف لصمام الدلو الحالي، وكان كبيرًا جدًا ومكلفًا. صمامات البخار اليوم أصغر بكثير وفعالة من حيث التكلفة، مما يسمح بتصريف المبادلات الحرارية الفردية بشكل صحيح. من الأفضل دائمًا أن تكون معدات استخدام البخار مُفرغة بشكل فردي بدلاً من المجموعة. في كثير من الحالات قد يكون من الضروري استخدام مضخة-صمام على المعدات ذات التحكم بالحرارة، لإزالة المكثفات بشكل صحيح. المُبدِّلات

مع صمامات البخار المُفرغة إلى الغلاف الجوي من أنابيب مفتوحة الطرف، من الممكن رؤية تصريف المكثفات الساخنة. سيكون هناك أيضًا كمية معينة من البخار المتسارع موجودة بالنسبة لضغط المكثفات قبل الصمام. يمكن أن يُشكل هذا خطرًا على المارين، لكن يمكن تقليل المخاطر من خلال تقليل حدة التصريف. يمكن تحقيق ذلك بتركيب مُبدِّل بسيط (الشكل 11.5.8) على نهاية الأنبوب (الشكل 11.5.9) الذي يقلل من عنف التصريف والصوت. بشكل عام، يمكن تقليل مستويات الصوت بنسبة تصل إلى 80%.

متطلبات خاصة

تصريف الفراغ

إزالة المكثفات من مساحة بخار تعمل تحت الفراغ يمكن أن تكون مشكلة. إذا استُخدم صمام بخار، يجب توصيل مخرجه بمصدر فراغ أكبر من ذلك في مساحة البخار لضمان فرق ضغط ثابت عبر الفتحة لتصريف المكثفات. حيث لا يكون هذا ممكنًا، يمكن استخدام مضخة مدعومة بالضغط لتصريف المكثفات من المعدات (الأشكال 11.5.10 و11.5.11). يُوصى بصمام تراجع مقعد طري على مخرج المضخة حيث يكون الرفع قليلًا أو معدومًا، وستعمل كسرة هواء كجهاز مضاد للنفسي عند التصريف إلى نقطة أسفل المضخة. يمكن استخدام الضغط الجوي كقوة دافعة عند التصريف أسفل المضخة (الشكل 11.5.11)، لكن يجب وضع صمام التراجع في حلقة ختم أسفل المضخة لإحداث رأس افتتاحي أدنى (يعتمد على نوع صمام التراجع) وختم مائي. إذا كانت المضخة تصرِّف مكثفات من نظام غاز تحت الفراغ، يمكن استخدام هواء مضغوط أو غاز خامل كقوة دافعة لتشغيل المضخة. تصريف صمام البخار للعمليات المتحكم بها حراريًا صمام البخار هو صمام تلقائي يعتمد على ديناميكا النظام لتوفير التدفق. يجب أن يعتمد على عوامل خارجية ويتفاعل معها، مثل ضغط البخار أو ضغط الرأس الثابت على جانب مدخل الصمام. يجب أن يكون ضغط المخرج أقل من ضغط المدخل لتوفير التدفق في الاتجاه الصحيح. معدل التدفق عبر أي صمام بخار مرتبط بفرق الضغط عبره. من الممكن أيضًا وجود ضغوط سلبية عبر الصمام، مما قد يُعزز التدفق العكسي عبره. عند تركيب الصمامات لتمرير المكثفات إلى خطوط إرجاع مشتركة، يُنصح بتركيب صمامات عدم الإرجاع بعد كل صمام لمنع التدفق العكسي تحت ظروف الضغط السلبي. حدث ضغوط صفرية وسلبية عبر صمامات البخار هو أمر شائع. التأثيرات تُلاحَظ بشكل شائع مع العمليات المتحكم بها حراريًا أي بطاريات المسخنات، واللواحق، والأوعية الغلافية، والمبادلات الحرارية الصحية، في الواقع أي عملية تحتوي على صمام تحكم على إمداد البخار. يمكن أن يحدث بغض النظر عن ضغط إمداد البخار، ويعتمد بالكامل على ضغط نظام المكثفات وضغط البخار في المبادل الحراري. مصطلح ‘الركود’ يصف هذه الحالة. كلما تُنبِّأ بها أو شُخِّصت، يُحتاج حل آخر مثل مضخة-صمام لإزالة المكثفات من المبادل الحراري. تُناقَش الظاهرة بمزيد من التفصيل في الوحدة 13 - ‘إزالة المكثفات’.