مقدمة - لماذا مصائد البخار؟

مهمة مصيدة البخار هي تصريف المكثفات والهواء والغازات الأخرى غير القابلة للتكثيف من نظام البخار دون السماح لهروب البخار الحي. يُغطّي هذا الدليل الحاجة إلى مصائد البخار، والاعتبارات المحيطة بتشغيلها، وأوضاع التشغيل الأساسية، والمعايير ذات الصلة.

على مدار تاريخ استخدام البخار، كانت Spirax Sarco في طليعة تحسين كفاءة محطة البخار. منذ عام 1935، اتسع نطاق منتجات Spirax Sarco بشكل كبير ويُحدَّد الآن عالميًا على العديد من أنواع المعدات التي تستخدم البخار. اليوم، هناك القليل من عمليات التصنيع التي لا تعتمد على البخار لتقديم منتج نهائي.

تُعد مصيدة البخار جزءًا أساسيًا من أي نظام بخاري. إنها الحلقة المهمة بين إدارة البخار والمكثفات الجيدة، حيث تحتفظ بالبخار داخل العملية لأقصى استفادة من الحرارة، لكنها تُطلق المكثفات والغازات غير القابلة للتكثيف في الوقت المناسب. على الرغم من أن النظر إلى مصائد البخار بشكل منعزل أمر مغري، إلا أن تأثيرها على نظام البخار ككل غالبًا لا يُقدَّر. تصبح الأسئلة التالية مهمة

غالبًا ما يكون صحيحًا أنه إذا اخترت مصيدة بخار غير مناسبة لتطبيق معين، لا تُلاحظ آثار سلبية. أحيانًا، تُغلق مصائد البخار تمامًا دون أي مشاكل واضحة، على سبيل المثال على خط بخار رئيسي، حيث أن التصريف غير الكامل للمكثفات من نقطة تصريف واحدة يعني غالبًا أن الباقي يُنقَّل ببساطة إلى النقطة التالية. قد تكون هذه مشكلة إذا كانت نقطة التصريف التالية مسدودة أو أُغلقت أيضًا!

قد يتعرف المهندس المُتبصِّر على أن تآكل صمامات التحكم والتسرب وانخفاض إنتاج المعدات، يمكن علاجها جميعًا بالاهتمام السليم بمصائد البخار. من الطبيعي أن يعاني أي آلية من التآكل، ومصائد البخار ليست استثناء. عندما تفشل مصائد البخار في الوضع المفتوح، قد يمر كمية معينة من البخار إلى نظام المكثفات، على الرغم من أنها غالبًا كمية أقل مما قد يُتوقَّع. لحسن الحظ، تتوفر الآن وسائل سريعة لكشف مثل هذه الأعطال وتصحيحها لمستخدم البخار.

‘مهمة مصيدة البخار هي تصريف المكثفات دون السماح لهروب البخار الحي’

لا يكتمل أي نظام بخاري دون ذلك المكون الحاسم ‘مصيدة البخار’ (أو المصيدة). هذه هي الحلقة الأهم في حلقة المكثفات لأنها تربط استخدام البخار بإرجاع المكثفات.

تُنقّي مصيدة البخار حرفياً المكثفات (وكذلك الهواء والغازات الأخرى غير القابلة للتكثيف) خارج النظام، مما يسمح للبخار بالوصول إلى وجهته بأكثر حالة جافة ممكنة لأداء مهمته بكفاءة واقتصادية. كمية المكثفات التي يجب أن تتعامل معها مصيدة البخار قد تختلف بشكل كبير. قد يكون عليها تصريف المكثفات عند درجة حرارة البخار (أي بمجرد تكوُّنها في مساحة البخار) أو قد يُطلب منها التصريف تحت درجة حرارة البخار، مما يُعطي بعض ‘الحرارة المحسوسة’ خلال العملية. الضغوط التي يمكن أن تعمل بها مصائد البخار قد تكون في أي مكان من الفراغ إلى أكثر من مئة بار. لملاءمة هذه الظروف المتنوعة، توجد أنواع مختلفة كثيرة، لكل منها مزايا وعيوبها الخاصة. تُظهر التجربة أن مصائد البخار تعمل بكفاءة أكبر عندما تُطابَق خصائصها مع خصائص التطبيق. من الضروري اختيار المصيدة الصحيحة لتنفيذ وظيفة معينة تحت ظروف معينة. على الرغم من أن الظروف قد لا تكون واضحة على الفور. قد تتضمن تغيرات في ضغط التشغيل أو الحمل الحراري أو ضغط المكثفات. قد تتعرض مصائد البخار لدرجات حرارة متطرفة أو حتى مطرقة مائية. قد تحتاج إلى مقاومة التآكل أو الأوساخ. مهما كانت الظروف، فإن اختيار مصيدة البخار الصحيح مهم لكفاءة النظام. سيتضح أن نوعًا واحدًا من مصائد البخار لا يمكن أن يكون الاختيار الصحيح لجميع التطبيقات.

اعتبارات اختيار مصائد البخار

تفريغ الهواء عند ‘بدء التشغيل’، أي بداية العملية، تمتلئ مساحة المسخن بالهواء، والذي ما لم يُستبعد، سيُقلل من نقل الحرارة ويُزيد من وقت التسخين. تزداد أوقات بدء التشغيل وتنخفض كفاءة المعدات. يُفضَّل تفريغ الهواء بأسرع وقت ممكن قبل أن تتح له الفرصة للخلط مع البخار الداخل. إذا خُلط الهواء والبخار معًا، لا يمكن فصلهما إلا بتكثيف البخار لترك الهواء، الذي يجب تفريغه بعد ذلك إلى مكان آمن. قد تكون هناك حاجة إلى منافذ تفريغ هواء منفصلة على مساحات بخارية أكبر أو أكثر تعقيدًا، لكن في معظم الحالات يُفرغ الهواء الموجود في النظام عبر مصائد البخار. هنا تمتلك المصائد الحرارية ميزة واضحة على بعض أنواع المصائد لأنها مفتوحة تمامًا عند بدء التشغيل. المصائد العائمة مع منافذ تفريغ هواء حرارية مدمجة مفيدة بشكل خاص، بينما تمتلك العديد من المصائد الحركية الحرارية أيضًا القدرة على التعامل مع كميات معتدلة من الهواء. ومع ذلك، الثقب الصغير في فتحات تصريف المكثفات ذات الفتحة الثابتة وثقب النزف في مصائد الدلو المقلوب كلاهما يُفرغ الهواء ببطء. قد يزيد ذلك من أوقات الإنتاج وأوقات التسخين والتآكل. إزالة المكثفات بعد تفريغ الهواء، يجب أن تمرر المصيدة المكثفات ولكن ليس البخار. تسرب البخار في هذه النقطة غير فعال وغير اقتصادي. يجب أن تسمح مصيدة البخار بمرور المكثفات مع احتجاز البخار في العملية. إذا كان نقل الحرارة الجيد حاسمًا للعملية، يجب تصريف المكثفات فورًا وعند درجة حرارة البخار. تُعد تغمر المعدات بالمكثفات من الأسباب الرئيسية لعدم كفاءة محطة البخار نتيجة اختيار مصيدة بخار خاطئ. أداء المعدات عندما تُؤخذ الاعتبارات الأساسية لإزالة الهواء والمكثفات في الاعتبار، يمكن توجيه الانتباه إلى ‘أداء المعدات’. ببساطة، ما لم يُصمَّم خصيصًا للتغمر بالمكثفات، لكي يعمل المبادل الحراري بأفضل أداء، يجب أن تمتلئ مساحة البخار ببخار نظيف وجاف. نوع مصيدة البخار سيؤثر على ذلك. على سبيل المثال، تحتبس المصائد الحرارية المكثفات حتى تبرد تحت درجة حرارة التشبع. إذا بقيت هذه المكثفات في مساحة البخار، ستُقلل من مساحة نقل الحرارة وأداء المسخن. تصريف المكثفات عند أقل درجة حرارة ممكنة قد يبدو جذابًا جدًا، لكن عمومًا معظم التطبيقات تتطلب إزالة المكثفات من مساحة البخار عند درجة حرارة البخار. هذا يتطلب مصيدة بخار بخصائص تشغيل مختلفة عن النوع الحراري، وهذا يعني عادةً إما مصيدة ميكانيكية أو حركية حرارية. قبل اختيار مصيدة بخار معينة من الضروري من الضروري دراسة احتياجات العملية. سيُحدد هذا عادةً نوع المصيدة المطلوبة. طريقة توصيل العملية بنظام البخار والمكثفات قد تحدد بعد ذلك نوع المصيدة المُفضَّلة للقيام بأفضل عمل تحت الظروف المعينة. بمجرد الاختيار، من الضروري تحديد حجم مصيدة البخار. سيُحدَّد هذا بظروف النظام ومعايير العملية مثل:

• أقصى ضغوط للبخار والمكثفات.
• ضغوط تشغيل البخار والمكثفات.
• درجات الحرارة ومعدلات التدفق.
• ما إذا كانت العملية مُتحكَّمًا بها حرارياً. تُناقَش هذه المعايير بمزيد من التفصيل في الوحدات اللاحقة ضمن هذه المجموعة. الموثوقية أظهرت التجربة أن ‘التفريغ الجيد لمصائد البخار’ مرادف للموثوقية، أي الأداء الأمثل مع الحد الأدنى من الاهتمام. أسباب عدم الموثوقية غالبًا ما ترتبط بما يلي:
• التآكل، بسبب حالة المكثفات. يمكن مواجهة ذلك باستخدام مواد بناء معينة، ومعالجة جيدة لماء التغذية.
• المطرقة المائية، غالبًا بسبب رفع بعد مصيدة البخار، وأحيانًا يُتجاهل في مرحلة التصميم وغالبًا يكون سبب ضرر غير ضروري لمصائد بخار موثوقة بخلاف ذلك.
• الأوساخ، المتراكمة من نظام حيث يُنقَّل مركب معالجة المياه من الغلاية، أو حيث تُسمح لأوساخ الأنابيب بالتدخل في تشغيل المصيدة. المهمة الأساسية لمصيدة البخار هي الإزالة السليمة للمكثفات والهواء وهذا يتطلب فهمًا واضحًا لكيفية تشغيل مصائد البخار. البخار المُتسارع تأثير ناتج عن مرور المكثفات الساخنة من نظام عالي الضغط إلى نظام منخفض الضغط هو ظاهرة طبيعية للبخار المُتسارع. يمكن أن يُربك هذا المُراقب بشأن حالة مصيدة البخار. انظر إلى المحتوى الحراري للمكثفات المُكوَّنة حديثًا عند ضغط ودرجة حرارة البخار (المتوفر من جداول البخار). على سبيل المثال، عند ضغط 7 بار ضغط معياري، ستحتوي المكثفات على 721 كيلوجول/كجم عند درجة حرارة 170.5 درجة مئوية. إذا صُرفت هذه المكثفات إلى الغلاف الجوي، لا يمكن أن توجد كماء عند 100 درجة مئوية، محتويةً على 419 كيلوجول/كجم من المحتوى الحراري للماء المشبع. المحتوى الحراري الفائض البالغ 721 - 419 أي 302 كيلوجول/كجم، سيتبخر نسبة من الماء، مُنتِجًا كمية من البخار عند ضغط جوي. البخار منخفض الضغط المُنتَج يُشار إليه عادةً بـ ‘البخار المُتسارع’. يمكن حساب كمية البخار المُتسارع المُطلقة كما يلي: إذا كانت المصيدة تصرِّف 500 كجم/ساعة من المكثفات عند 7 بار ضغط معياري إلى الغلاف الجوي، فإن كمية البخار المُتسارع المُنتَجة ستكون 500 x 0.134 = 67 كجم/ساعة، ما يعادل حوالي 38 كيلوواط من فقدان الطاقة! يمثل هذا كمية كبيرة من الطاقة المفيدة، والتي غالبًا ما تُفقد من التوازن الحراري لحلقة البخار والمكثفات، وتُوفر بسيطة لزيادة كفاءة النظام إذا كان من الممكن التقاطها واستخدامها.

كيف تعمل مصائد البخار

هناك ثلاثة أنواع أساسية من مصائد البخار تسقط فيها جميع الأنواع الفرعية، تُصنَّف جميعها حسب المعيار الدولي ISO 6704:1982. أنواع مصائد البخار:

• حرارية (تُشغَّل بتغيرات درجة حرارة السائل) تُحدَّد درجة حرارة البخار المشبع بضغطه. في مساحة البخار، يُعطي البخار محتواه الحراري للتبخر (الحرارة)، مُنتجًا مكثفات عند درجة حرارة البخار. نتيجة لأي فقدان إضافي للحرارة، ستُنخفض درجة حرارة المكثفات. ستمر المصيدة الحرارية المكثفات عند الإحساس بدرجة الحرارة المنخفضة هذه. مع اقتراب البخار من المصيدة، تزداد درجة الحرارة وتُغلق المصيدة.
• ميكانيكية (تُشغَّل بتغيرات كثافة السائل) تعمل مجموعة مصائد البخار هذه بالكشف عن الفرق في الكثافة بين البخار والمكثفات. تتضمن مصائد البخار هذه ‘مصائد الكرة العائمة’ و’مصائد الدلو المقلوب’. في ‘مصيدة الكرة العائمة’، ترتفع الكرة في وجود المكثفات، مُفتتحةً صمامًا يمرر المكثفات الأكثف. مع ‘مصيدة الدلو المقلوب’، يطفو الدلو المقلوب عندما يصل البخار إلى المصيدة ويرتفع لإغلاق الصمام. كلتاهما ‘ميكانيكية’ في جوهر طريقة تشغيلهما.
• حركية حرارية (تُشغَّل بتغيرات ديناميكا السائل) تعتمد مصائد البخار الحركية الحرارية جزئيًا على تكوُّن البخار المُتسارع من المكثفات. تشمل هذه المجموعة مصائد البخار ‘الحركية الحرارية’ و’القرص’ و’النبض’ و’المتاهة’. يتضمن هذا النوع بشكل فضفاض أيضًا ‘مصائد الفتحة الثابتة’، والتي لا يمكن تعريفها بوضوح كأجهزة تلقائية لأنها ببساطة ثقب بقطر ثابت مُصمَّم لمرور كمية محسوبة من المكثفات تحت مجموعة واحدة من الظروف. تعتمد جميعها على حقيقة أن المكثفات الساخنة، المُطلقة تحت الضغط الديناميكي، ستُتسارع لإعطاء خليط من البخار والماء. تشمل الوحدات التالية مرجعًا إلى مصائد البخار هذه.

ISO 6552:1980

معجم المصطلحات الفنية لمصائد البخار التلقائية. **ISO 6553:2016

EN ISO 6553:2017**

وضع العلامات على مصائد البخار التلقائية. ISO 6554:1980

أبعاد الوجه للوجه لمصائد البخار التلقائية المُفلنجة. EN 558:2017

صمامات صناعية. أبعاد الوجه للوجه والمركز للوجه للصمامات المعدنية للاستخدام في أنظمة الأنابيب المُفلنجة. صمامات PN و Class المُحددة.

(على الرغم من أن ISO 6554:1980 لا يزال ساريًا، في أوروبا دُمِج في معيار الصمامات الصناعية العامة EN 558:2017، الذي له نطاق أوسع بكثير من ISO 6554:1980، ويُحدد ‘سلسلة’ الوجه للوجه بشكل مختلف عن EN 26554:1991). **ISO 6704:1982

EN 26704:1991**

تصنيف مصائد البخار التلقائية. ISO 5117 :2023

اختبارات خصائص الإنتاج والأداء لمصائد البخار التلقائية.

(يُستبدل بـ ISO 6948:1981، ISO 7841:1988 و ISO 7842:1988، مُدمجًا بذلك طرق تحديد فقدان البخار وطرق تحديد سعة التصريف لمصائد البخار التلقائية كملحقات للنص الرئيسي الذي هو اختبارات خصائص الإنتاج والأداء لمصائد البخار التلقائية).