أنظمة التحكم التلقائي في المستوى

شرح مفصل للتحكم التلقائي في المستوى بالتشغيل/الإيقاف والتعديل وعناصرين وثلاثة عناصر، مع مقارنة بين الإيجابيات والسلبيات.

التحكم بالتشغيل/الإيقاف

جميع طرق كشف المستوى الموصوفة حتى الآن يمكن استخدامها لإنتاج إشارة تشغيل/إيقاف للتحكم في المستوى. الطريقة الأكثر شيوعًا للتحكم في المستوى هي ببساطة تشغيل مضخة التغذية عند مستوى منخفض وتشغيلها حتى يصل مستوى ماء أعلى داخل الغلاية.

مع التحكم العائم في المستوى، يُستخدم مفتاح مغناطيسي مع تذبذب مدمج أو نطاق ميت.
مع مجسات الموصلية، مطلوب مجسان (تشغيل المضخة وإيقاف المضخة) يعطيا مستويات تبديل ثابتة.
يمكن استخدام مجس سعة لإعطاء مستويات تبديل قابلة للتعديل تشغيل/إيقاف. في المملكة المتحدة، التحكم من نوع التشغيل/الإيقاف شبه عالمي على الغلايات تحت حوالي 5000 كجم/ساعة معدل إنتاج البخار لأنه الخيار الأقل تكلفة. (في أستراليا ونيوزيلندا، تنص المعايير على أنه للغلايات التي تتجاوز 3 ميجاواط (عادة 5000 كجم/ساعة)، يجب تركيب تحكم تعديل). يمكن الجدال بأن هذا النوع من التحكم بالتشغيل/الإيقاف ليس مثاليًا للتحكم في الغلاية، لأن معدل التدفق المرتفع نسبيًا لمياه التغذية ‘الباردة’ عند تشغيل المضخة يُقلل ضغط الغلاية. هذا يسبب تغيرًا مستمرًا في معدل اشتعال الحارق مع تشغيل وإيقاف المضخة. باتخاذ مثال نموذجي، يمكن إثبات بالحساب أنه حتى مع مياه التغذية عند 80 درجة مئوية، قد يكون معدل اشتعال الحاعق أعلى بنسبة 40% مع تشغيل مضخة التغذية، مقارنة بإيقافها. هذا التغير المستمر يسبب:
تآكل في أجهزة تحكم الحارق.
دورة حرارية للغلاية.
انخفاض في الكفاءة.
تدفق بخار ‘منشاري’ كما هو موضح في مخطط المسجل في الشكل 3.17.2. إذا كانت حمولات البخار عالية، فإن تدفق البخار المتغير سيُميل إلى زيادة حمل الماء مع البخار، وسيميل إلى جعل مستويات الماء غير مستقرة بشكل متزايد مع الخطر المرتبط بقفل مستوى الماء المنخفض، خاصة على التركيبات متعددة الغلايات. ومع ذلك، يبقى الواقع أن التحكم بالتشغيل/الإيقاف يُستخدم على نطاق واسع على غلايات الإنتاج الصغير والمتوسط، كما هو مُعرَّف أعلاه، وأن العديد من المشاكل المرتبطة بتشغيل غلايات البخار مع تقلبات كبيرة في الحمل ترجع جزئيًا إلى أنظمة التحكم بالمستوى بالتشغيل/الإيقاف.

ملخص التحكم في المستوى بالتشغيل/الإيقاف

المزايا:

بسيط.
غير مكلف.
جيد للغلايات في وضع الاستعداد. العيوب:
كل غلاية تتطلب مضخة تغذية خاصة بها.
المزيد من التآكل على مضخة التغذية ومعدات التحكم.
ضغط وتدفق بخار متغير.
المزيد من حمل ماء الغلاية.
احتمال أكبر للمشاكل التشغيلية اليومية تحت تقلبات الحمل الكبيرة.

التحكم بالتعديل

في هذا النوع من الأنظمة تعمل مضخة التغذية بشكل مستمر، وصمام تلقائي (بين مضخة التغذية والغلاية) يتحكم في تدفق مياه التغذية لمطابقة طلب البخار. عند العمل بشكل صحيح، يمكن للتحكم بالتعديل أن يُسطح بشكل كبير مخطط تدفق البخار ويضمن استقرارًا أكبر لمستوى الماء داخل الغلاية. للتحكم التعديلي في المستوى، يمكن استخدام الطرق التالية لاستشعار مستوى الماء:

عوائم مع إشارة خروج مستمرة.
مجسات سعة.
خلايا فرق الضغط.

إعادة الدورة

لحماية مضخة التغذية من السخونة الزائدة عند الضخ ضد صمام تعديل مغلق، يُوفر خط إعادة دورة أو تدفق رجعي لضمان حد أدنى من التدفق عبر المضخة. قد يُتحكم في إعادة الدورة بصمام أو بألواح ثقب. كمية الماء المُعاد تدويرها ليست كبيرة، وعادة ما يكون التوجيه متاحًا من مُصنِّع المضخة. كمؤشر، يكون حجم الثقب عادة بين 5 مم و7 مم لغلاية نموذجية. التحكم التعديلي في المستوى بتغيير سرعة مضخة ماء تغذية الغلاية في هذا النوع من الأنظمة، إشارة تعديل تمثل مستوى ماء الغلاية (على سبيل المثال، من مجس سعة) تُوجَّه إلى متحكم تردد كهربائي. يُغيِّر هذا المتحكم بدوره تردد الجهد المتردد إلى محرك مضخة ماء تغذية الغلاية، وبالتالي يُغيِّر سرعته.

إذا طلب كمية كبيرة من الماء، تعمل المضخة بسرعة عالية.
إذا طلب كمية أقل من الماء، تُقلَّل سرعة المضخة. بهذه الطريقة تُعدَّل سرعة المضخة لتوفير تدفق ماء تغذية يُطابق طلب الغلاية على مياه التغذية. هناك طريقتان لتطبيق تقنية الدفع المتغير بشكل عام: مع إعادة الدورة - عندما يُلبى الطلب وتُقلَّل سرعة المحرك إلى الحد الأدنى، ولا يزال بعض إعادة الدورة لمياه التغذية إلى خزان التغذية مطلوبًا لتجنب سخونة المضخة (انظر الشكل 3.17.5). بدون إعادة الدورة - في هذه الحالة يوقف متحكم المحرك مضخة التغذية عند حمولات الغلاية المنخفضة جدًا، لذا لا تكون إعادة الدورة مطلوبة. عاملان مهمان مرتبطان بإيقاف وتشغيل المضخة هما:
لا يجب تشغيل وإيقاف المضخة ضمن فترة زمنية محددة أكثر مما يوصي به المُصنِّع.
عند التشغيل، يجب زيادة تردد المتحكم تدريجيًا من السرعة المنخفضة، لتقليل التآكل على المضخة. الميزة الرئيسية لمحركات السرعة المتغيرة هي أنه مع تغيير سرعة المضخة، يتغير استهلاكها للطاقة أيضًا، وبطبيعة الحال، انخفاض استهلاك الطاقة يعني انخفاض تكاليف التشغيل. ومع ذلك، يجب ربط توفير التكاليف من استخدام محركات السرعة المتغيرة بالتكلفة الأعلى لمعدات التحكم. هذا عادة مجدٍ فقط للغلايات الكبيرة ذات التغيرات الواسعة في الحمل أو التي تعمل بطريقة رائد/متأخر.

التحكم في مستوى الماء بعنصر واحد

نظام التحكم المعياري في مستوى ماء الغلاية بعنصر واحد، مع التحكم التناسبي، يُوفر تحكمًا ممتازًا على معظم تركيبات الغلايات. ومع ذلك، مع التحكم التناسبي بعنصر واحد، يجب أن ينخفض مستوى الماء لينفتح صمام التحكم في مياه التغذية. هذا يعني أن مستوى الماء يجب أن يكون أعلى عند معدلات تبخر منخفضة وأقل عند معدلات تبخر عالية: سمة تحكم مستوى متناقص. ومع ذلك، حيث تكون هناك تغيرات حمل مفاجئة جدًا، على بعض أنواع غلايات الأنبوب المائي، للتحكم بعنصر واحد حدوده. ضع في اعتبارك الموقف عندما تعمل غلاية ضمن سعتها المُصنَّفة:

‘ماء’ الغلاية ستحتوي فعليًا على خليط من ماء وفقاعات بخار، سيكون أقل كثافة من الماء وحده.
إذا زاد الطلب على البخار، ينخفض الضغط في الغلاية مبدئيًا، ويزيد نظام التحكم من معدل اشتعال الحارق. يزداد معدل التبخر لتلبية الطلب المتزايد.
معدل التبخر المتزايد يعني أن ماء الغلاية سيحتوي على المزيد من فقاعات البخار ويصبح أقل كثافة. إذا طُبِّق حمل مفاجئ الآن على الغلاية:
ينخفض الضغط داخل الغلاية أكثر، وجزء من ماء الغلاية يتبخر إلى بخار. تبخر ماء الغلاية، بالإضافة إلى زيادة المدخل الحراري مع تشغيل الحاقات لأقصى حد، يعني أن ‘ماء’ الغلاية سيحتوي على المزيد من فقاعات البخار، وستنخفض كثافته أكثر.
مع انخفاض الضغط، يزداد الحجم النوعي للبخار، والسرعة الناتجة الأعلى التي يُسحب بها البخار من الغلاية يمكن أن تُنشئ ‘انتفاخ’ لخليفقاعة البخار/الماء، مما يُحدث ارتفاعًا ظاهريًا في مستوى الماء.
أجهزة التحكم في المستوى ستكتشف هذا الارتفاع الظاهري في مستوى الماء، وتبدأ في إغلاق صمام التحكم في مياه التغذية، بينما فعليًا مطلوب مزيد من الماء. الموقف الآن هو أن هناك طلبًا عاليًا على البخار، ولا يُضاف ماء إلى الغلاية للحفاظ على المستوى.
تصل نقطة حيث ينهار ‘الانتفاخ’ في الماء، ربما إلى مستوى تحت إنذارات المستوى المنخفض، ويمكن للغلاية ‘القفل’ فجأة، مُخرجة المنشأة من الخدمة. التحكم في مستوى الماء بعنصرين التحكم بعنصرين يُعكس سمة التحكم بالمستوى المتناقص لضمان ارتفاع مستوى الماء عند معدلات التبخر العالية. يسعى هذا لضمان أن كمية الماء في الغلاية تبقى ثابتة عند جميع الحمولات، وأن خلال فترات الطلب المتزايد والمفاجئ على البخار، ينفتح صمام التحكم في مياه التغذية. يعمل النظام باستخدام إشارة من مقياس تدفق بخار مُثبَّت في أنابيب تصريف البخار لزيادة نقطة ضبط متحكم المستوى عند حمولات البخار العالية. العنصران للإشارة هما:
العنصر الأول - إشارة المستوى من الماء داخل الغلاية.
العنصر الثاني - إشارة التدفق من مقياس تدفق البخار في منفذ بخار الغلاية.

ملخص التحكم في مستوى الماء بعنصرين أي تركيب غلاية يتعرض لتغيرات مفاجئة ومتكررة في الحمل قد يعمل بشكل أفضل مع نظام تحكم مياه تغذية بعنصرين. حيث تكون تغيرات حمل العملية شديدة (المخابر تطبيق شائع)، يجب التفكير في التحكم بعنصرين ويبدو ضروريًا حيث تكون هناك تغيرات حمل مفاجئة تزيد عن 25%، على غلاية.

التحكم في مستوى الماء بثلاثة عناصر التحكم بثلاثة عناصر كما هو موضح في الشكل 3.17.8، يتضمن عنصري الإشارة المذكورين سابقًا، بالإضافة إلى عنصر ثالث، وهو معدل التدفق الفعلي لمياه التغذية المقاس إلى الغلاية. التحكم بثلاثة عناصر يُرى غالبًا في بيوت الغلايات حيث تُغذَّى عدد من الغلايات بمياه تغذية من حلقة رئيسية مشتركة مضغوطة. تحت هذه الظروف، قد يتغير الضغط في حلقة مياه التغذية الرئيسية اعتمادًا على كمية الماء المسحوبة من كل غلاية. بما أن الضغط في الحلقة الرئيسية يتغير، فإن كمية الماء التي ستمررها صمام التحكم في مياه التغذية ستتغير أيضًا لأي فتحة صمام معينة. المُدخل من العنصر الثالث يُعدِّل إشارة صمام التحكم في مياه التغذية، لأخذ هذا التغير في الضغط بعين الاعتبار.

ملخص التحكم التعديلي في المستوى

المزايا:

ضغط وتدفق بخار مستقران ضمن القدرة الحرارية للغلاية.
تشغيل حارق أكثر كفاءة.
إجهاد حراري أقل على غلاف الغلاية.
حمل ماء غلاية أقل.
يمكن استخدام محطة تغذية مركزية.
تآكل أقل على مضخة التغذية والحارق. العيوب
أكثر تكلفة.
يجب أن تعمل مضخة التغذية باستمرار.
أقل ملاءمة لعملية ‘الاستعداد’.
استهلاك كهرباء أعلى محتمل.