أنابيب البخار ومنافذ التصريف

ينظر هذا الدرس في ترتيبات أنابيب البخار الرئيسية واعتبارات التصميم الأخرى اللازمة للتسخين الفعال وجودة البخار الجيدة وتوزيع البخار الصحيح من بيت الغلايات.

أنابيب البخار ومنافذ التصريف

تُصنع غلايات الغلاف بسعة حتى حوالي 27,000 كجم/ساعة من البخار. عندما تُطلب حمولات تتجاوز هذا، تُوصَّل غلايتان أو أكثر بالتوازي، مع تركيب أربع غلايات أو أكثر ليس غير شائع. تصميم أنبوب البخار الرئيسي المترابط مهم للغاية. يُوضِّح الشكل 3.8.1 طريقة شائعة لتوصيل أربع غلايات: طريقة غالبًا ما تكون مصدر مشاكل. بالإشارة إلى الشكل 3.8.1، مع تشغيل جميع الغلايات بنفس الضغط، يجب أن يكون الضغط عند النقطة A أقل من ذلك عند النقطة B لتدفق البخار من النقطة B إلى المنشأة. وبالتالي، يجب أن يكون انخفاض الضغط أكبر بين الغلاية رقم 4 والنقطة A من الغلاية رقم 3 والنقطة B، بينما يحدث الفرق في هذين الانخفاضَين بين A وB.

يعتمد التدفق على انخفاض الضغط، يتبين بعد ذلك أن الغلاية رقم 4 ستُفرغ بخارًا أكثر في الأنبوب الرئيسي المشترك من الغلاية رقم 3. كذلك، ستفرغ الغلاية رقم 3 أكثر من رقم 2، وهكذا. التأثير الصافي هو أنه إذا كانت الغلاية رقم 1 مُحمَّلة بالكامل، فإن الغلايات الأخرى مُحمَّلة بشكل متزايد، ويتفاقم التأثير كلما اقتربنا من المنفذ النهائي.

يمكن إثبات أنه بشكل نموذجي، إذا كانت الغلاية رقم 1 مُحمَّلة بالكامل، فإن رقم 2 ستكون مُحمَّلة بحوالي 1%، ورقم 3 بحوالي 6%، ورقم 4 بحوالي 15%. بينما تستطيع غلايات الغلاف التعامل مع ظروف حمل زائد طارئة بنسبة 5%، فإن حمل زائد بنسبة 15% غير مرغوب فيه.

سرعة خروج البخار المتزايدة من الغلاية تُنشئ سطح ماء شديد التقلبات، وقد يفشل نظام التحكم في المستوى في التحكم.

عند حمولات عالية، في هذا المثال، ستتوقف الغلاية رقم 4 (‘قفل’)، مُلقيًا نظامًا غير مستقر بالفعل على الغلايات الثلاث المتبقية، التي ستتوقف قريبًا أيضًا.

الملاحظة الرئيسية هي أن هذا التصميم للتوزيع لا يسمح للغلايات بمشاركة الحمل بالتساوي.

يجب أن يكون الهدف أن تكون انخفاضات الضغط بين كل مخرج غلاية ومنفذ الأنبوب الرئيسي إلى المنشأة في حدود 0.1 بار. هذا سيُقلل من الانتقال ويساعد في منع الحمل الزائد وقفل الغلايات.

التصميم المُوضَّح في الشكل 3.8.2 يُظهر تصميمًا مُحسَّنًا لجذع جديد. الجذع مُرتَّب للتفريغ من المركز، بدلاً من طرف واحد. بهذه الطريقة، لن تُحمَّل أي غلاية بأكثر من 1% من الجذع، بشرط أن يُحجَّم خط الجذع بشكل صحيح.

ترتيب أفضل موضح في الشكل 3.8.3 لتركيب أربع غلايات أو أكثر،شبه شجرة عائلة، حيث يُوزَّع الحمل على كل غلاية بالتساوي. هذا الترتيب مُوصى للغلايات المُحملة بشدة، مع تحكم متتالي حيث تُوقف واحدة أو أكثر بانتظام.

يُؤكَّد أن تصميم الجذع الصحيح سيوفر الكثير من المتاعب وال النفقات لاحمًا. تصميم جذع الغلاية الصحيح على تطبيقات الغلايات المتعددة سيُؤدي دائمًا إلى تشغيل متوازن جيد.

منافذ تصريف البخار

بعد النظر في الترتيب العام لجذع البخار، يجب ضمان الشروط التالية:

تصدير بخار جاف إلى المنشأة.
التحكم السليم في عملية التسخين.
توزيع البخار بشكل صحيح إلى المنشأة.
عدم قدرة غلاية واحدة على ضغط أخرى عن طريق الخطأ.

انتقال الماء

عندما تُنتج غلاية مُصمَّمة جيدًا بخارًا تحت ظروف حمل مستقرة، تكون كسور جفاف البخار عالية، حوالي 96 إلى 99%. التغيرات في الحمل التي تحدث أسرع مما تستطيع الغلاية الاستجابة ستؤثر سلبًا على كسور الجفاف. سيطرة سيئة على TDS في ماء الغلاية، أو تلوث مغذية الغلاية، سيُؤدي إلى تصدير بخار رطب من الغلاية. عدد من المشاكل مرتبطة بهذا:

قطرات الماء في أنابيب البخار ستميل لتآكل داخل الأنبوب وأي تجهيزات أخرى وصمامات، خاصة إذا كانت السرعات عالية.
الماء في نظام البخار يُعطي احتمال مطرقة مائية خطيرة.
الماء في البخار لا يحتوي على إنثالبي التبخر الذي صُمِّمت المنشأة لاستخدامه، لذلك نقله إلى المنشأة غير فعال.
الماء المُنقَل مع البخار من غلاية سيحتوي حتمًا على مواد مذابة وعالقة، يمكن أن تُلوث التحكمات وسطوح نقل الحرارة ومصائد البخار والمنتج. لهذه الأسباب، مُفَصِّل بالقرب من الغلاية مُوصى به. تعمل المُفَصِّلات بforcing البخار لتغيير اتجاهه بسرعة. هذا يُؤدي إلى فصل جزيئات الماء الأكثر كثافة عن البخار بسبب قصورها الذاتي، ثم تُشجَّع للنزول إلى قاع جسم المُفَصِّل، حيث تتجمع وتُصرَف عبر مصيدة بخار.

التسخين

من الضروري عند إدخال غلاية على الإنترنت، يتم بطريقة بطيئة وآمنة ومُتحكَّم بها لتجنب:

المطرقة المائية - حيث توجد كميات كبيرة من المكثفات داخل الأنبوب ثم تُدفع على طول الأنبوب بسرعات البخار. هذا يمكن أن يُسبب ضررًا عند اصطدام الماء بعائق في الأنبوب، مثل صمام تحكم.
الصدمة الحرارية - حيث يُسخَّن الأنبوب بسرعة كبيرة بحيث يصبح التمدد غير مُتحكَّم فيه، مُنشئًا إجهادًا في الأنبوب وحركة كبيرة على مساند الأنبوب.
التغذية - حيث يُسبب انخفاض مفاجئ في ضغط البخار الناتج عن حمل كبير مفاجئ إلى سحب ماء الغلاية إلى الأنابيب. هذا ليس فقط سيئًا لتشغيل المنشأة، بل غالبًا ما تذهب الغلاية إلى ‘قفل’ وسيستغرق وقتًا لإعادة الغلاية إلى حالة التشغيل. الماء المُفرَغ يمكن أن يُسبب أيضًا مطرقة مائية في الأنابيب. فترة التسخين لكل منشأة ستكون مختلفة وتعتمد على عوامل كثيرة. غلاية صغيرة منخفضة الضغط في منشأة مدمجة مثل مغسلة، على سبيل المثال، يمكن رفعها إلى ضغط التشغيل في أقل من 15 دقيقة. مجمع صناعي كبير قد يستغرق ساعات عديدة. نقطة البدء، عند إدخال غلاية صغيرة بأمان على الإنترنت، هي صمام الإيقاف الرئيسي، الذي يجب فتحه ببطء.

على منشآت أكبر، ومع ذلك، يكون من الصعب التحكم في معدل التسخين باستخدام صمام الإيقاف الرئيسي. هذا لأن صمام الإيقاف الرئيسي مُصمَّم لعزل جيد؛ لديه مقعد مسطح يعني أن جميع القوى المبذولة بتدوير المقبض تعمل مباشرة على المقعد، مما يضمن إحكامًا جيدًا تحت الضغط. يعني أيضًا أن الصمام غير مُميَّز وسيمرر حوالي 80% من سعته في أول 10% من حركته.

لهذا السبب من الممارسة الجيدة تركيب صمام تحكم بعد صمام الإيقاف الرئيسي. صمام التحكم لديه مُشبِّك مُشكَّل، يعني أن العلاقة بين زيادة التدفق وحركة المُشبِّك أقل حدة بكثير. وبالتالي يُتحكَّم بشكل أفضل في معدل التدفق وبالتالي معدل التسخين.

مثال على صمام تحكم مُثبَّت بعد صمام إيقاف الغلاية الرئيسي موضح في الشكل 3.8.4.

ترتيب تسخين نموذجي قد يكون أن صمام التحكم مُغلق حتى تُطلب الغلاية.

عند هذه النقطة يفتح مؤقت النبضات صمام التحكم ببطء عبر فترة زمنية مُحددة مسبقًا. هذا الترتيب لديه أيضًا ميزة عدم الحاجة لعمالة (إذا لم تُسخَّن الغلاية من البارد) خلال فترة تسخين الغلاية، التي قد تكون خلال ساعات الفجر. موضوع إدخال الغلايات على الإنترنت مُغطَّى بإرشادات HSE في المملكة المتحدة. على أنظمة توزيع كبيرة، غالبًا ما يكون صمام تحكم حجم الخط لا يزال خشنًا جدًا لتوفير التسخين البطيء المطلوب. في هذه الظروف يمكن استخدام صمام تحكم صغير في حلقة حول صمام عزل. هذا لديه أيضًا ميزة أنه حيث تُستخدم صمامات انزلاقية متوازية للعزل، يمكن معادلة الضغط على جانبي الصمام قبل فتحه. هذا سيسهل فتحها ويقلل التآكل. منع ضغط غلاية لغلاية أخرى من BS 2790، القسم 8.8.3. حيث تُوصَّل غلايتان أو أكثر بجذع مشترك، بالإضافة إلى صمام إيقاف الغلاية الرئيسي، يجب تضمين صمام ثانٍ في وصلة البخار، ويجب أن يكون هذا الصمام قابلاً للقفل في الوضع المغلق. هذا يسمح بحماية أفضل لغلاية مُوقتة عند عزلها من جذع التوزيع. ما لم يُثبَّت صمام عدم إرجاع منفصل في وصلة البخار، يجب أن يتضمن أحد صمامَّي الإيقاف ميزة عدم الإرجاع. هدف هذا القسم من المعيار البريطاني هو توفير ظروف عمل آمنة عند إيقاف الغلاية للإصلاح أو الفحص. صمامات عدم الإرجاع البسيطة من النوع اللوحي غير مناسبة لهذا الغرض، لأن التغيرات الصغيرة في ضغوط الغلاية يمكن أن تسبب تذبذبها، مُلقيًا حملًا زائدًا على غلاية أو أخرى بالتناوب. هذا يمكن، تحت ظروف شديدة، أن يُسبب حملًا دوريًا زائدًا للغلايات. حالات كثيرة من عدم الاستقرار مع تركيبات الغلايتَين تحدث بهذه الطريقة. صمامات الإيقاف الرئيسية مع صمامات عدم إرجاع مدمجة تميل للعاناة من هذه الظاهرة بشكل أقل. بديلًا، صمامات عدم إرجاع قرصية مُثبَّتة بنابض يمكن أن توفر تأثير تخميد يميل لتقليل المشاكل المسببة بالتذبذب (الشكل 3.8.5). ينص BS 2790 على أن صمام عدم إرجاع يجب تركيبه في هذا الخط مع صمام الإيقاف الرئيسي، بديلًا، يجب أن يتضمن صمام الإيقاف الرئيسي صمام عدم إرجاع مدمج.

معايير الغلاية ذات الصلة (المملكة المتحدة)

أداة تشريعية 1989 رقم 2169 (لوائح أنظمة الضغط وأوعية الغاز القابلة للنقل 1989) مع الدليل المُرتبط وممارسة ممارسة مُعتمدة. ضمان توزيع البخار الصحيح نقطة البدء لنظام التوزيع هو بيت الغلايات، حيث يكون غالبًا مناسبًا لخطوط بخار الغلاية التقارب في مُجمَّع بخار يُسمى عادة الجذع الرئيسي للتوزيع. حجم الجذع يعتمد على عدد وحجم الغلايات وتصميم نظام التوزيع. في منشأة كبيرة، النهج الأكثر عملية هو توزيع البخار عبر رئيسي عالي الضغط حول الموقع. التوزيع العالي الضغط مفضل عمومًا لأنه يُقلل أحجام الأنابيب مقارنة بالسعات والسرعات. يمكن أيضًا تقليل الحرارة المفقودة بسبب أقطار الأنابيب الأقل إجمالاً. هذا يسمح بأخذ إمدادات البخار من الرئيسي، إما مباشرة إلى مستخدمين عاليي الضغط، أو إلى محطات خفض الضغط لتزويد المستخدمين المحليين ببخار بضغط مخفض. جذع بخار في بيت الغلايات يوفر نقطة بداية مركزية مفيدة. يوفر وظيفة فصل إضافية إذا غُلب مُفَصِّل الغلاية، ووسيلة للسماح للغلايات المُوصَّلة بمشاركة حمل نظام التوزيع. ضغط التشغيل يُصمَّم الجذع لضغط تشغيل الغلاية والتوافق مع لوائح أنظمة الضغط. من المهم تذكر أن معايير الفلنج مبنية على درجة الحرارة والضغط وأن الضغط المسموح ينخفض مع ارتفاع درجة حرارة التشغيل.

على سبيل المثال، تصنيف PN16 هو 16 بار عند 120 درجة مئوية، لكنه مناسب فقط حتى 13.8 بار بخار مُشبع (198 درجة مئوية).

القطر يجب حساب قطر الجذع بسرعة بخار قصوى 15 م/ث تحت ظروف الحمل الكامل. السرعة المنخفضة مهمة لأنها تساعد أي رطوبة مُرتبطة على السقوط.

منافذ التصريف يجب أن تكون دائمًا من أعلى جذع التوزيع.

الجاذبية والسرعة المنخفضة ستضمن أن أي مكثفات تسقط إلى قاع الجذع وتُصرَف منه. هذا يضمن تصدير بخار جاف فقط.

مصائد البخار من المهم إزالة المكثفات من الجذع بمجرد تكوّنها. لهذا السبب مصيدة ميكانيكية، مثل مصيدة عوائم، هي الخيار الأفضل. إذا كان الجذع هو نقطة المصيدة الأولى بعد منافذ الغلاية، يمكن أن تحتوي المكثفات على جزيئات انتقال وقد يكون من المفيد تصريف مصيدة البخار هذه إلى وعاء تفريغ الغلاية، بدلاً من خزان تغذية الغلاية.

قراءة ذات صلة:

The Steam and Condensate Loop، الكتلة 11، ‘مصائد البخار’
The Steam and Condensate Loop، الكتلة 10، ‘توزيع البخار’