مصائد البخار الحرارية

تعمل المصائد الحرارية استجابةً لدرجة حرارة البخار المحيط. يُناقَش تشغيل وفوائد 3 أنواع مختلفة هنا - مصائد التمدد السائل، وثنائية المعدن وذات الضغط المتوازن الحرارية. كل منها يعمل بطريقة مختلفة ومناسب لأنواع محددة من التطبيقات.

مصيدة البخار ذات التمدد السائل

هذه واحدة من أبسط المصائد الحرارية وموضحة في الشكل 11.2.1. عنصر مملوء بالزيت يتمدد عند التسخين لإغلاق الصمام ضد المقعد. يسمح الضبط بتغيير درجة حرارة تصريف المصيدة بين 60 درجة مئوية و100 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة بشكل مثالي كجهاز للتخلص من كميات كبيرة من الهواء والمكثفات الباردة عند بدء التشغيل. كما نوقش في الوحدة 2.2، تتغير درجة حرارة البخار المشبع مع الضغط.

يُوضَّح الشكل 11.2.2 منحنى التشبع للبخار، مع خط استجابة درجة الحرارة الثابتة (X - X) لمصيدة التمدد السائل، مُضبوطة على 90 درجة مئوية.

يمكن ملاحظته من الشكل 11.2.2 أنه عندما يكون الضغط عند الضغط P1، سيحتاج المكثفات فقط إلى التبريد بكمية صغيرة (ΔT1)، وسيكون التصريف مقبولًا. ومع ذلك، إذا زاد الضغط إلى P2 فيجب أن يبرد المكثفات أكثر (ΔT2) لمرور مصيدة البخار. هذا التبريد لا يحدث إلا في الأنبوب بين العملية والمصيدة، وإذا بقيت درجة حرارة تصريف المصيدة ثابتة، ستتغمر العملية بالمكثفات.

تطبيق نموذجي

بسبب خاصية التصريف بدرجة حرارة ثابتة، يمكن استخدام مصيدة التمدد السائل بشكل مفيد كـ ‘مصيدة تصريف عند الإيقاف’. هنا، يجب أن يشير مخرجها دائمًا إلى الأعلى، كما هو موضح في الشكل 11.2.3، لتمكين الغمر المستمر للعنصر المملوء بالزيت. بما أن المصيدة لا تتصريف إلا بين 60 درجة مئوية و100 درجة مئوية، ستفتح فقط عادةً عند بدء التشغيل. يمكن تركيبها بجوار مصيدة تصريف خطوط رئيسية التي تُوصَّل عادةً إلى خط إرجاع المكثفات. مزايا مصيدة البخار ذات التمدد السائل:

• يمكن ضبط مصائد التمدد السائل للتصريف عند درجات حرارة منخفضة، مُقدمةً تسهيل ‘تصريف بارد’ ممتاز. • كالمصيدة ذات الضغط المتوازن، مصيدة التمدد السائل مفتوحة تمامًا عند البرودة، مُقدمةً تصريف هواء جيد وسعة مكثفات قصوى على حمولات ‘بدء التشغيل’. • يمكن استخدام مصيدة التمدد السائل كمصيدة تصريف عند بدء التشغيل على خطوط البخار الرئيسية المُفرط التسخين منخفضة الضغط حيث يُضمن خط التبريد الطويل الغمر بمكثفات أكثر برودة. يمكنها تحمل الاهتزاز وظروف المطرقة المائية.

عيوب مصيدة البخار ذات التمدد السائل:

• يمكن أن تُدمر الأنبوب المرن للعنصر بواسطة المكثفات المُآكِلة أو التسخين الزائد. • بما أن مصيدة التمدد السائل تُفرغ المكثفات عند درجة حرارة 100 درجة مئوية أو أقل، يجب عدم استخدامها على التطبيقات التي تتطلب إزالة فورية للمكثفات من مساحة البخار. • إذا ستتعرض المصيدة لظروف تجمد يجب عزل المصيدة وأنابيبها المُرافقة بشكل جيد. • مصيدة التمدد السائل ليست عادةً حل تصريف بمفردها، لأنها تحتاج مصيدة بخار أخرى تعمل بشكل موازٍ. ومع ذلك، يمكن استخدامها غالبًا حيث لا يكون معدل بدء التشغيل consider مهمة، مثل تصريف لفائف تسخين أوعية صغيرة.

مصيدة البخار ذات الضغط المتوازن

تحسين كبير على مصيدة التمدد السائل هي المصيدة ذات الضغط المتوازن، الموضحة في الشكل 11.2.4. تتأثر درجة حرارة تشغيلها بضغط البخار المحيط. عنصر التشغيل هو كبسولة تحتوي على خليط سائل وماء خاص ذو نقطة غليان أقل من الماء. في الظروف الباردة الموجودة عند بدء التشغيل، تكون الكبسولة مُسترخية. الصمام بعيد عن مقعده ومفتوح على مصراعيه، مُسمحًا بإزالة غير مقيدة للهواء. هذه ميزة لجميع المصائد ذات الضغط المتوازن وتُفسر لماذا هي مناسبة جيدًا لتفريغ الهواء. مع مرور المكثفات عبر مصيدة البخار ذات الضغط المتوازن، يُنقل الحرارة إلى السائل في الكبسولة. يتبخر السائل قبل وصول البخار إلى المصيدة. يُسبب ضغط البخار داخل الكبسولة تمددها ويُغلق الصمام. ثم يُبرد فقدان الحرارة من المصيدة الماء المُحيط بالكبسولة، يتكثف البخار وتنكمش الكبسولة، مُفتتحةً الصمام ومُطلقةً المكثفات حتى يقترب البخار مرة أخرى وتتكرر الدورة (الشكل 11.2.5).

الفرق تحت درجة حرارة البخار الذي تعمل به المصيدة يُنظَّم بتركيز الخليط السائل في الكبسولة. العنصر ‘رفيع الجدار’ يُعطي استجابة سريعة لتغيرات الضغط ودرجة الحرارة. النتيجة هي خط الاستجابة كما هو موضح في الشكل 11.2.6. العناصر المبكرة من نوع الأكورديون ببناء غير حديدي كانت عُرضة للضرر من المطرقة المائية. مقدمة عناصر الفولاذ المقاوم للصدأ حسنت الموثوقية بشكل كبير. يُوضَّح الشكل 11.2.7 منظور مُفكك لترتيب مصيدة بخار ذات ضغط متوازن حديث لديها مقاومة كبيرة للضرر من المطرقة المائية والتسخين الزائد والتأكل. مزايا مصيدة البخار ذات الضغط المتوازن:

• صغيرة وخفيفة ولديها سعة كبيرة بالنسبة لحجمها. • الصمام مفتوح تمامًا عند بدء التشغيل، مُسمحًا للهواء والغازات الأخرى غير القابلة للتكثيف بالتصريف بحرية ومُقدمةً إزالة مكثفات قصوى عند كبر الحمل. • هذا النوع من المصائد لا يُرجَّح أن يتجمد عند العمل في موقع مكشوف (ما لم يكن هناك ارتفاع في أنبوب المكثفات بعد المصيدة، الذي سيسمح للماء بالرجوع وتغمر المصيدة عند إيقاف البخار). • تضبط مصيدة الضغط المتوازن الحديثة نفسها تلقائيًا مع تغيرات ضغط البخار حتى أقصى ضغط تشغيل. ستحمُل أيضًا حتى 70 درجة مئوية من التسخين الزائد. • صيانة المصيدة بسيطة. الكبسولة ومقعد الصمام يُزالان بسهولة، ويمكن تركيب البدائل في دقائق قليلة دون إزالة المصيدة من الخط. عيوب مصيدة البخار ذات الضغط المتوازن:

• المصائد القديمة ذات الضغط المتوازن كان لديها أكورديونات عُرضة للضرر من المطرقة المائية أو المكثفات المُآكِلة. كبسولات الفولاذ المقاوم للصدأ المُلحمة حديثًا، أكثر قدرة على تحمُّل هذه الظروف. • كجميع المصائد الحرارية الأخرى، لا تنفتح المصيدة ذات الضغط المتوازن حتى تنخفض درجة حرارة المكثفات تحت درجة حرارة البخار (يُحدد الفرق الدقيق في درجة الحرارة بالسائل المُستخدم لملء العنصر). هذا بوضوح عيب إذا اخترت مصيدة البخار لتطبيق لا يمكن فيه تحمُّل تغمر مساحة البخار بالمكثفات، مثل: تصريف الخطوط الرئيسية، المبادلات الحرارية، التتبع الحاسم.

مصيدة البخار ثنائية المعدن

كما يوحي الاسم، تُبنى مصائد البخار ثنائية المعدن باستخدام شريطين من معدنين مختلفين مُلحومين معًا في عنصر واحد. ينحرف العنصر عند التسخين (الشكل 11.2.8):