بویلر و یا همان دیگ بخار با گرم کردن آب ، آن را به نقطه جوش می رساند . این مخزن تحت فشار گاهی ممکن است دچار مشکل شود که در این صورت باید برای تعمیر و عیب یابی دیگ بخار از متخصصین در این زمینه کمک گرفت.برای صرفه جویی در مصرف انرژی در دیگ بخار راه های متعددی وجود دارد . اما شاید ساده ترین و موثرترین روش، تعمیر و نگه داری تله بخار بصورت درست و اصولی و در زمان مناسب می باشد.

تله بخار چیست؟

شیر اتوماتیکی است که مانع از خروج بخار از سیستم شده و در صورت لزوم آب و یا گازهای نامحلول موجود در سیستم را تخلیه می‏نماید.به عبارت دیگر  یک دریچه self-contained است که به طور خودکار مایع درون محفظه بخار را تخلیه می کند. تا زمانیکه بخار زنده، باقی بماند. (وظیفه آن جلوگیری از خروج بخار زنده است) و یا در صورت لزوم اجازه می دهد تا بخار به سرعت کنترل شده یا معادل برسد. این شیر ها بصورت موازی با سیستم نصب شده و وظیفه آنها تخلیه کندانس موجود در خطوط است.

نحوه عملکرد تله بخار

ساده ترین مدل تله بخار یک دیسک یا لوله جامد کوتاه همراه با یک حفره کوچک حفاری شده در میان آن می باشد که در پایین ترین نقطه تجهیز نصب شده است. از آن جایی که کندانس بخار در پایین ترین نقطه جمع آوری می شود و بخار زنده در حجم حدود 1200 بار بزرگتر از سیال داغ است. کندانس به طور موثری حذف می شود و بخار مسدود می شود. با این حال مقدار زیادی از تله بخار ها در عملیات با طراحی مکانیکی و ترموستاتیک می باشد.

تله بخار مکانیکی و ترموستاتیکی به طور عمده هنگامی باز می شود که میعانات گازی و گازهای ساکن باید حذف شوند و هنگامی که تمام میعانات حذف شد، بسته می شود. این فرآیند هنگامی که بخار جدید دوباره میعان می شود و اماده تخلیه است، تکرار می شود. بهترین زمان عملکرد تله بخار ها هنگامی است که به طور خاص برای عملیات تراکم در آن استفاده می شوند، اندازه گیری شود.

معمولا بهتر است که سایز آن ها بزرگتر باشد، چرا که در این حالت میعانات موجود تخلیه خواهند شد. اگرچه سایز بزرگتر تله بخار ممکن است به سرعت پوشانده شود. انرژی تلف شده (از بخار استفاده  شده) و اگر به شدت زیاد باشد می توانند باعث مشکلاتی  را در پروژه شود.

انواع تله بخار

در زیر به معرفی انواع تله بخار اشاره می کنیم:

تله بخار مکانیکی

این تله بخار بر اساس اختلاف چگالی اب و بخار عمل می کند. تله بخار فلوتری و سطلی از این دسته اند. این مدل از تله بخار ها دارای شناور هایی هستند که در رابطه با سطح میعانات افزایش و کاهش می یابد و این حالت معمولا دارای یک اتصال مکانیکی می باشد که شیر را باز و بسته می کند. تله های مکانیکی در رابطه با سطح میعانات موجود در بدنه تله بخار عمل می کند. تله بخار مکانیکی معمولا طول عمری بین 3 تا 4 سال می باشد. سطل معکوس و تله های شناور نمونه هایی از تله های مکانیکی هستند. تله های شناور به “تله شناور توپ آزاد” و “تله شناور توپ اهرمی” طبقه بندی می شود.

تله بخار حرارتی

این مدل از تله ها دارای شیری می باشد که توسط انقباض/انبساط باز و بسته می شود. این امر متاث از  اختلاف دمای تله های مکانیکی می باشند که در طراحی آن ها نیاز است میعانات زمانی نگه داشته می شوند تا به اندازه کافی خنک شوند تا به شیر اجازه باز شدن بدهد. در بعضی شرایط استثنایی، این حالت مطلوب نیست. اگر میعانات به محض به وجود آمدن نیاز به حذف شدن داشته باشند. با توجه به بهترین روش ها  جهت ذخیره انرژی و کاهش انتشار صدور CO2، در بسیاری از عملیات ها (مانند خطوط ردیابی) به طور جهانی  پذیرفته شده است که میعانات قبل از دمای 40 درجه سانتی گراد تا 104 درجه فارنهایت کم تر از دمای اشباع باید حذف شود. بهترین عمل تنها با استفاده از تله هایی با عملکرد دمایی ممکن است. تله های کنترل دمایی (TB)، تله های ترموستاتیک، تله های بی ترموستاتیک نمونه هایی از تله هایی با عملکرد دمایی می باشند.

 تله ترمودینامیکی (TD)

که بر اساس سرعت بالای بخار و چگالی بیشتر اب به بخار عمل می کند. تله بخار دیسکی از این دسته است. تله های ترمودینامیکی بر روی تفاوت پاسخ دینامیکی به تغییر ولتاژ در جریان سیالات تراکم پذیر و تراکم ناپذیر کار می کند. زمانی که بخار وارد می شود، فشار استاتیک بالای دیسک، به دیسک برخلاف سیت به فشار بالای شیر می راند. فشار استاتیک در یک منطقه ی بزرگ ورودی غلبه می کند. همانطور که بخاز شروع به میعان شدن می کند، فشار خلاف دیسک و سیکل های تله کاهش می یابد. این امر اساسا یک تله TD را چرخه زمانی می سازد و حتی اکر فقط بخار وجود داشته باشد یاز خواهد شد. اگر گاز غیر متراکم در بالای دیسک جمع شده باشد، می تواند موجب بسته شدن تله شود.

 ترموستاتیکی

که بر اساس اختلاف دمای بخار و کندانس عمل می کند. تله بخار ویفری و بی متالیک از این دسته اند.

تله نازل ونتوری

عملکرد آن ها بر اساس جریان دو فاز جهت حذف میعان از سیستم های بخار می شود. بخار و میعان از چندین مرحله عبور می کنند. جایی که سیال متراکم تر (میعان) به طور مداوم نازل ونتوری را تخلیه می کند و از فرار بخار جلوگیری می کند. طراحی این تله بسیار آسان است و شامل هیچ جز مکانیکی که آسیب ببیند، نیست. سایز دقیق آن نسبت به تله های مکانیکی حیاتی تر است. ار آن جایی که یک سیستم با عملکرد بخار به طور مرتب میعان تولید می کند ، نازل ونتور به طور مداوم بارگذاری می شود. هرگونه آلاینده ای همراه با میعان بیرون برده می شود.

وظیفه steam trap

وظیفه اصلی آن تخلیه کندانس هوا و گازهای نامحلول از سیستم بدون اجازه عبور و اتلاف بخار می باشد. در صورتی که معیوب شود بهتر است در حالت باز (fail open)  قرار گیرد تا از تخلیه دائم کندانس اطمینان حاصل شود.

باید نیاز هر فرآیند با تکنولوژی و نوع steam trap هماهنگ گردد. نقاط قوت و ضعف مخصوص خود داشته و بنابراین در صورت انتخاب نادرست نتیجه ضعیفی را به دست خواهد داد.

بسیار مهم است که توجه کنیم هیچ نوع تله بخار کاملی که جهت استفاده در تمامی کاربردها و سایت ها مناسب باشد وجود ندارد. سازندگان معتبر معمولا نرم افزارهایی جهت اندازه گیری تله های بخار تهیه می نمایند که به کاربران امکان انتخاب بهینه و جلوگیری از اشتباهات اولیه را می دهند.

اطمینان حاصل نمایید که بخار تولیدی تا حد ممکن خشک بوده و دارای حداکثر انرژی نهان مفید جهت انتقال حرارت (Bt/Ib) می باشد

نگهداری و بازرسی مداوم سیستم

حتی در صورت انتخاب صحیح اندازه و نوع آن، برنامه نگهداری کاملی جهت حفظ راندمان سیستم مورد نیاز می باشد. به عنوان نمونه :

  • کلیه تله های بخار حداقل باید به صورت سالیانه بازرسی شوند.
  • عملکرد تله های بخار حداقل با دو روش از روشهای تست ( دیداری، شنیداری، دمایی) بررسی شود.
  • کلیه سیستم بخار و کندانس باید مجهز به عایق باشد. ولی از عایق کاری تله های بخار اجتناب نمایید زیرا ممکن است منجر به اختلال در عملکرد آنها شود. ( مگر نوع مکانیکی آن (از نوع inverted bucket و ball float).  که در زمستان احتمال یخ زدن دارن و کارکرد آنها مستقل از دمای بخار است).
  • تله های بخار را در محلی نصب نمایید که امکان سرویس و بازدید راحت داشته باشند. ( در غیراینصورت ممکن است به ندرت بررسی گردند.)
  • در صورت انتخاب صحیح نوع، اندازه گیری مناسب و نصب و نگهداری مطلوب.، سالیان متوالی بدون مشکل خاصی به کار خود ادامه می دهند. به هر حال باید به خاطر داشت که تله های بخار تنها جزئی از سیستم بوده. و باید مورد توجه خاصی به دیگر تجهیزات و عواملی که ممکن است. بر عملکرد آنها تاثیر داشته باشند مبذول گردد.

ویژگی های تله های بخار با توجه به نوع کاربرد

با توجه به هدف این مقاله در ارتباط با برخی مسائل موجود در سیستم های بخار.، پرسنل بهره بردار و نگهدار باید با مشخصات عمومی  آشنا باشند :

معیار های اندازه گیری و انتخاب

  • تکنولوژی عملکرد
  • فشار کاری و ظرفیت تخلیه کندانس
  • دمای کاری
  • هواگیری
  • مناسب بودن جهت نحوه لوله کشی سیستم
  • مقاوم در برابر انجماد
  • سهولت نصب، بازرسی و بهره برداری

جهت مشاوره و خرید دیگ بخار با شماره 09152073141 تماس حاصل فرمایید.

در ساختمان ها تمامی تجهیزات تاسیساتی سیستم به یک فضا انتقال داده می شود که کنترل و تعمیر آن ها را آسان تر می کند. به محل قرار گرفتن این تجهیزات ، موتورخانه می گویند.

محل قرار گیری موتور خانه ها

 این اتاق معمولا به دستگاه های مکانیکی و کنترل کننده های الکتریکی ، اختصاص داده می شود. معمولا محل قرار گیری موتورخانه ها در زیر زمین خانه است و در محل ها و ساختمان های بزرگ تر معمولا این فضا در خارج از ساختمان قرار دارد و آن هم به دلیل سنگینی تاسیسات و سر و صدای زیادی است که تولید می کنند.

اجزای موجود در موتور خانه

معمولا هدف تجهیزاتی که در موتور خانه هستند ، تهویه مطبوع و گرمایش ساختمان است. در سیستم های تهویه مطبوع و گرمایش ، روش های متعددی به کار گرفته می شود و بنا بر هر کدام از این روش ها تجهیزات متفاوتی مورد استفاده قرار می گیرد.

دیگ ها در موتورخانه

از معمول ترین مولد های گرمایی،دیگ های حرارت مرکزی می باشند . در دیگ ها انرژی حرارتی از سوخت (که توسط مشعل تولید حرارت می نماید ) گرفته شده و به آن داده می شود . بسته به نوع مصرف، آب می تواند در دیگ ها به آب گرم (۸۷ درجه سیلسیوس)، آب داغ (۲۰۰ درجه سیلسیوس با افزایش فشار آب) و یا بخار تبدیل شود لذا دیگ ها به سه نوع دیگ آبگرم ، آب داغ و دیگ بخار تقسیم می شوند .در دیگهای آب گرم انرژی حرارتی تولید شده توسط مشعل، آب گرم یا داغ را تولید می نماید و سعی می شود که از تولید بخار جلوگیری به عمل آید زیرا در این دیگ ها کنترل و سوپاپی جهت بخار ایجاد شده وجود ندارد و در صورت تولید بخار به دیگ آسیب می رسد. دیگ ها آب گرم از نظر جنس و ساخت به دو نوع : چدنی و فولادی تقسیم می شوند.

چیلر در موتورخانه

چیلرها معمولاً در دو نوع جذبی و تراکمی ساخته می شوند. بدلیل مصرف برق زیاد توسط چیلرهای تراکمی (کمپرسوری) امروزه چیلرهای جذبی از استقبال خوبی .در میان مهندسین مشاور و صاحبان ساختمانهای مسکونی و اداری برخوردار شده اند. ، این نوع چیلرها بجای انرژی برق از انرژی حرارتی برای تولید سرما استفاده مینمایند. و دارای قطعات متحرک کمتری نسبت به انواع کمپرسوری هستند. و با توجه به ماهیت چرخشی کار پمپهای مورد استفاده در آنها میزان خرابی و هزینه های مربوط. به تعمیرات آنها کمتر از انواع تراکمی می باشد ، همچنین صدای آنها بسیار کمتر از انواع تراکمی بوده. و تقریباً بدون لرزش هستند ، با در نظر گرفتن هزینه های جنبی از جمله هزینه. مربوط به خرید امتیاز برق و دیماند مربوطه و همچنین هزینه های جاری چیلر تراکمی. ، چیلرهای جذبی از نظر اقتصادی نیز دارای مزیت قابل توجهی هستند.

وسائل تبادل و توزیع گرما و سرماموتورخانه

آب ،بخار و یا هوا . بعد از عبور از شبکه های انتقال به وسائل توزیع گرما و سرما رسیده. تهویه مطبوع محیط را فراهم می آوردند وسائل توزیع سرما و گرما در اینجا فن کویل و هوا ساز می باشد. از فن کویل برای گرمایش در زمستان و هم برای سرمایش در تابستان مورد استفاده می شود. آب سرد و گرمی که در دستگاههای مولد انرژی (دیگ ـچلیر ) تولید می شود. توسط پمپ و شبکه لوله کشی به فن کویل رسیده. و پس از عبور از کویل های پره دار به وسیله وزش اجباری هوا روی کویل ها ، سرما و گرما را به محیط می دهد.

کیفیت بخار

با وجود اینکه کیفیت بخار از اهمیت بالایی برخوردار است بسیاری اوقات به عنوان یک عامل زیان آور در یک سیستم بخار به حساب آورده نمی شود. تولید بخار 100% خشک و حفظ آن در لوله کشی های خط بخار امکان پذیر نمی باشد. قطرات آب، رسوبات، زنگ زدگی ها و مواد شیمیایی مرتبط با عملیات بهبود کیفیت آب تغذیه که در قطرات آب موجود هستند بر کیفیت بخار تاثیر می گذارند. این مقاله اهمیت کیفیت بخار و ملاحظات طراحی و عملکردی موثر بر آن را مورد بررسی قرار می دهد.

اهمیت کیفیت بخار

زمانیکه حباب های بخار در یک دیگ بخار تشکیل می شوند، بر سطح آب شناور شده، فروپاشیده و بخار را آزاد می سازند. با فروپاشی هزاران عدد از این حباب ها، افشانه های میکروسکوپیک قطرات به داخل فضای باز بالای آب پرتاب می شوند. اثر مشابه را می توان با قرار دادن دست بر سطح بالای یک لیوان نوشیدنی گاز دار مشاهده نمود. در دیگ بخار، افشانه های متمرکز لایه ای از کف را در سطح آب ایجاد می نمایند. این لایه کف می تواند اندازه های متفاوتی داشته باشد و تاثیر شدیدی نیز بر کیفیت بخار خواهد گذاشت. یک لایه ضخیم کف احتمال معلق شدن آب در بخار را افزایش داده و کیفیت بخار پایینی را به دنبال خواهد داشت.

عواقب کیفیت پایین بخار

بسیاری از تکنیک های ساخت، از بخار برای افزودن انرژی به یک فرایند استفاده می کند.  این تکنیک ها از ابزارهایی سود می برند که برای بخار با کیفیت 100% و یا نزدیک به آن طراحی شده اند. کیفیت پایین بخار می تواند چهار پیامد اصلی را به همراه داشته باشد:

  1. وجود آلودگی یا ناخالصی در محصول نهایی: سیستم تزریق مستقیم بخار برای اتوکلاوها، دستگاه های استریلیزه و فرایندهای ساخت می تواند منجر به آلودگی محصول با رسوبات، زنگ زدگی ها و ذرات جامد محلول گردد.
  2. انتقال حرارت ضعیف: طراحی تجهیزات انتقال حرارت بر اساس کیفیت بخار 100% صورت می پذیرد آب موجود در بخار، آنتالپی در دسترس بخار را کاهش داده و تاثیری منفی بر عملکرد مبدل های حرارتی ، بویلرها، آبگرم کن ها و تجهیزات این چنینی خواهد گذاشت.
  3. آسیب رسانی به تجهیزات سیستم: آب معلق در بخار حین عبور از یک شیر کاهنده فشار یا شیر کنترل
  4. دچار پاشش آنی خواهد شد. این پاشش می تواند منجر به فرسایش داخلی و خرابی های پیش از موعد گردد. افت کیفیت بخار خطر وقوع ضربه قوچ را نیز افزایش می دهد
  5. اعمال بار اضافه بر تجهیزات آب تغذیه بویلر: بویلرهای بخار بر اساس بخار تولیدی. ارزیابی و نام گذاری می گردند و وجود هرگونه آب معلق در بخار، مصرف آب بویلر را به طور موثری افزایش می دهد. این اتفاق منجر به اعمال بار اضافه بر پمپ های تغذیه، تله های بخار و سیستم های بهبود کیفیت آب ورودی می شود. به ویژه سیستم های با فشار بخار پایین در معرض این رویداد می باشند.

دسته بندی بخار:

جداول بخار ویژگی های بخار خشک اشباع را نشان می دهند. یعنی بخاری که به طور کامل تبخیر شده و حاوی قطرات آب نمی باشد. در عمل بویلرها بخاری تولید می کنند که حاوی قطرات ریز آب  هستند. و نمی توان آن را بخار اشباع خشک در نظر گرفت. بویلرهای فشار بالا با طراحی خوب و شرایط بهره برداری مناسب.، بخاری را تولید می کند که نزدیک به بخار اشباع خشک می باشد. بسیار مهم است که بخار مورد استفاده در فرایندها تا حد امکان خشک باشد. کیفیت بخار با ضریب خشکی و بصورت نسبت بخار خشک حاضر در کل بخار تعریف می شود. چنانچه قطرات آب در بخار وجود داشته باشد بخار مرطوب خواهیم داشت. بخارهایی با ضریب خشکی کمتر از  %97 را بخار مرطوب می نامند. معادله مورد استفاده در محاسبه ضریب خشکی به صورت زیر است:

بخار

بخار تمیز:

عبارتهای بخار تمیز و یا بخار خالص عمدتا برای توصیف سطح کیفیت بخار مورد استفاده قرار می گیرند. دو روش برای دستیابی به بخار تمیز و یا خالص وجود دارد. روش اول از آب فوق العاده خالص در یک بویلر ساخته شده. از فولاد ضد زنگ همراه با یک سپراتور یا فیلتر استفاده می کند. این روش به بویلرهای مولد بخار بازیاب و بویلرهای الکتریکی محدود می شود. این فناوری سطوح خلوص فوق العاده بالای بخار را فراهم می سازد.، اما در مقایسه با دیگر روش تولید بخار تمیز یا خالص گرانتر می باشد. روش دیگر برای تولید بخار تمیز شامل استفاده از یک بویلر استاندارد. کربن استیل همراه با در نظر گرفتن ملاحظات خاص می باشد که سطوح خلوص پایین تری را ارائه می دهد.

جهت خرید دیگ بخار با همکاران ما در بخار شعله خراسان تماس بگیرید.

منبع:

Merrittc. ,Process steam system:A practical Guide for operators, Maintainers and Designers,John Wiley and sonc Inc. New Jersey.2016

بارگیری و ارسال دیگ بخار 5 تن با پلاک استاندارد به شرکت شهدانه گلشن نیشابور که تولید کننده. خوراک دام و طیور مجهز به سیستم فرآوری غلات و خوراک آجیلی برای دام سنگین و سبک می باشد.

در ساخت دیگ بخار 5 تن شرکت شهدانه گلشن از ورق های فولادآلیاژی با استاندارد DIN17155-17mn4  و ورق های آلیاژی A516Gr70 اوکراین استفاده شده است. تمامی لوله ها از نوع آتشخوار مانیسمان (بدون درز) رده 40 می باشد. کلیه مراحل ساخت شامل برشکاری، مونتاژ و جوشکاری تحت نظارت مستقیم تیم کنترل کیفیت و شرکت بازرسی مورد تائید سازمان استاندارد انجام می گیرد.

دیگ بخار ارسال شده به شرکت شهدانه گلشن دارای مشخصات فنی زیر می باشد

  • استاندارد مرجع بین المللی BS2790 و استاندارد ملی isiri 4231
  • ظرفیت 5 تن در ساعت
  • فشار کار 8 الی 10 بار
  • کوره اصلی تمام کاروگیت
  • کنترل کننده های سطح ( Level Control ) : برند عیوض تکنیک با جیوه های 4 سر  استاندارد
  • آبنماها : از نوع مغناطیسی استیل برند عیوض تکنیک جهت نمایش سطح آب دیگ بخار
  • پرشر سوئیچ ها : برند فانتینی ایتالیا جهت تنظیم و کنترل فشار بخار
  • شیر اطمینان : برند اشتعال اراک جهت آزاد سازی بخار بصورت مکانیکی
  • گیج فشار : جهت نشان دادن فشار بخار
  • مدار فرمان : برند ال جی، اشنایدر، هیوندای و برندهای با کیفیت موجود در بازار
  • پمپ : طبقاتی استیل با الکتروموتور ایتالیایی
  • عایق : پشم سنگ با دانسیته 80
  • روکش : ورق استنلس استیل
  • دارای گواهی و پلاک استاندارد شرکت بازرسی
  • دارای نشان استاندارد شرکت سازنده

تیم مهندسی ماشین سازی بخار شعله خراسان با استفاده از دانش بومی به بالاترین سطح حرارتی و راندمان در ساخت دست یافته اند.

 

تاسیسات حرارتی نظیر دیگ بخار ، دیگ آبگرم و . . . به دلیل اتلاف انرژی معمولاً راندمان های پایینی دارند . لذا ضروری است جهت بازدهی هر چه بیشتر و بهتر دستگاه ها نکاتی رعایت شود . در این مقاله به بررسی راه کارهای لازم و قابل اجرا جهت بهینه سازی مصرف انرژی در دیگ های بخار می پردازیم .

راهکارهای اجرایی بهینه سازی مصرف انرژی در دیگ بخار :

  • تنظیم بودن مشعل دیگ بخار
  • نصب اکونومایزر
  • استفاده از توربولاتور
  • کیفیت آب ورودی بویلر بخار
  • بلودان
  • عایق کاری مناسب
  • نگهداری و راهبری صحیح

تنظیم کردن مشعل دیگ بخار جهت کاهش مصرف سوخت :

فرایند احتراق به سه عامل حیاتی بستگی دارد :

  • سوخت : هرماده ای که دراثر ترکیب با اکسیژن گرما و نورایجاد کند.
  • گرما: برای اینکه عمل سوختن انجام پذیرد باید دمای ماده سوختنی به بالاتر از نقطه احتراق برسد.
  • اکسیژن : عمل احتراق به اکسیژن نیازدارد که این اکسیژن را می توان از هوای اطراف به طور طبیعی ، یا به طور مصنوعی تأمین کرد. نسبت سوخت به هوا مهمترین آیتم درکیفیت احتراق می باشد .

جدول دمای اشتعال برخی از مواد سوختنی :

دمای اشتعال (سانتیگراد) ماده سوختنی دمای اشتعال (سانتیگراد) ماده سوختنی
210 نفت سفید 300 چوب
650 گازطبیعی 260 نفت گاز
500 گازمایع 300-220 نفت کوره

جدول هوای مورد نیاز برخی از مواد سوختنی :

 

هوای موردنیازتئوری m3/kg ماده سوختنی هوای موردنیازتئوری m3/kg ماده سوختنی
4/10 نفت سیاه 2/4 چوب
4/11 گازوییل 8/10 نفت گاز

شرایط عوامل احتراق مطلوب :

  • مخلوط سوخت و هوا باید سریعا قابل اشتعال باشد .
  • شعله حاصله تحت تمامی شرایط دیگ بخار باید پایدار باشد.
  • شعله باید کاملاً درمحدوده داخل کوره باشد .
  • احتراق کامل باحداقل هوای اضافی مورد نیاز صورت گیرد .

عدم هماهنگی ابعاد مشعل با محفظه احتراق دیگ بخار :

طول شعله موازی در داخل دیگ بخار طوری تنظیم شود که حدوداً بعد از 3/4 طول دیگ قطع شود. بالا بودن درجه حرارت در ناحیه خروجی محفظه احتراق به دلیل برخورد و یا نزدیکی خیلی زیاد سر شعله به انتهای محفظه احتراق ، موجب آسیب رسیدن به دیگ وکاهش عمر مفید آن و همچنین کاهش میزان حرارت دهی دیگ بخار می گردد.

لوله آتشخوار به لوله‌هایی گفته می‌شود که به دلیل جنس خاص آلیاژ آنها، توانایی تحمل حرارت و فشار بالا برای عبور مایعات و گازهای حرارت بالا را دارند. این لوله‌ها باید تحمل حرارت حداقل ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد را داشته باشند.

بیشترین کاربرد لوله‌های آتشخوار در ساخت دیگ‌ بخار یا همان بویلرهای صنعتی و سیستم‌های مبدل حرارتی بوده و به‌طور کلی هرجا که نیاز به تحمل فشار و حرارت بالا در سیستم انتقال حرارتی در صنایع است پای لوله‌های آتشخوار به میان می‌آید.

تعریف لوله آتشخوار

لوله‌های آتشخوار دسته‌ای از لوله‌های صنعتی هستند که به دلیل آلیاژ عنصر کربن و منگنز مقاومت بسیار بالایی در تحمل حرارت را دارند. آلیاژ لوله‌های آتشخوار معمولا دارای 17/0 تا 19/0 درصد کربن بوده که وجود کربن باعث سختی فولاد شده و دارای 55/0 تا 8/0 درصد منگنز هستند که آلیاژ ترکیبی حاصله تحمل حرارت‌های بالای 450 درجه سانتی‌گراد را دارا است.

اینکه آهن معمولی به فولادی با ویژگی‌های خاص و مدنظر تبدیل شود بستگی به ساختار شیمیایی و ترکیب عناصر دیگر با آهن دارد به‌طوریکه با کم و زیاد کردن ترکیبات عناصر ویژگی خاصی را در فولاد موردنظر تقویت می‌کنند که در لوله‌های آتشخوار با ترکیب درصد کم کربن علاوه بر ایجاد سختی موردنظر فولاد خاصیت نرم و شکل‌پذیری خوبی در این دسته از لوله‌ها دارد.

حداقل میزان تحمل فشار در لوله‌های آتشخوار برای قطرهای 64 میل به بالا 32 اتمسفر بوده و حداقل میزان تحمل فشار برای  قطرهای کمتر، به دلیل قطر کمتر و مقاومت بالاتر برابر با 80 اتمسفر است.

متداول ترین سایز لوله های آتشخوار:

۲۵٫۴ – ۳۱٫۸ – ۳۸ – ۴۴٫۵ – ۵۰٫۸ – ۵۷ – ۶۰٫۳ – ۶۳٫۵ – ۷۶٫۱

کاربرد لوله آتشخوار

از لوله آتشخوار برای ساخت دیگ‌ بخار، دیگ‌های روغن داغ ، صنابع لبنیات‌سازی، مبدل‌های حرارتی و به طور کلی هر جا که فشار و حرارت بالا همزمان مورد نیاز باشد، از این لوله‌ها استفاده می‌شود.

در صورتی که برای اتصال این لوله‌ها، نیاز به جوشکاری باشد، عملیات حرارت دادن بعد از جوشکاری، باید در درجه حرارت ۵۲۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد و به مدت حداقل ۱۵ دقیقه انجام شود.

خرید لوله آتشخوار

در خرید این لوله‌ها باید به وزن هر متر و هر شاخه‌ی لوله دقت کرد چرا که لوله‌های بی‌کیفیت و کم کیفیت و با وزن کم در بازار موجود هستند که به دلیل عدم مقاومت کافی و ترکیدگی در فشار و حرارت بالا، سبب حادثه جانی و مالی می‌شوند.

شرکت ماشین سازی بخار شعله خراسان از لوله های آتشخوار مانیسمان در ساخت بویلرهای خود استفاده می کند.

 

لوله‌های آتش خوار در دیگ‌های بخار

در دستگاه‌های بخارشوی صنعتی یا دیگ بخار یا بویلر صنعتی، انتقال حرارت برای تولید بخار از طریق. این لوله ها انجام می شود. داخل لوله‌های آتش‌خوار حرارت ۸۰۰ درجه سانتیگراد و بیرون آنها آب وجود دارد. که این آب در اثر حرارت به بخار تبدیل میشود. بیشترین عامل تعیین قیمت در دستگاه کارواش بخار و بخارشوی صنعتی کیفیت. این لوله‌ها می باشد چرا که باید ظرفیت تحمل این میزان حرارت در کنار دمای آب را داشته باشند.

لوله های آتشخوار در دیگ‌های بخار فایر تیوب:

انتقال حرارت در دستگاه‌های بخارشوی صنعتی یا دیگ بخار. یا بویلر صنعتی، از طریق این لوله‌ها انجام می‌شود. هوای مشتعل شده از سمت مشعل از کوره دیگ بخار گذشته. و به  داخل لوله‌های آتش‌خوار حرارت با دمای ۸۰۰ درجه سانتیگراد هدایت می‌شود. و بیرون این لوله‌های آتش خوار آب وجود دارد. که این آب در اثر تبادل حرارت با این لوله‌ها به بخار تبدیل می‌شود. بیشترین عامل تعیین قیمت در دستگاه کارواش بخار و بخارشوی صنعتی کیفیت این لوله‌ها است چرا که باید ظرفیت تحمل این میزان حرارت در کنار دمای آب را داشته باشند.

طریقه عملکرد تولید بخار در دستگاه دیگ بخار:

هنگامی که مشعل روشن می‌شود حرارت از طریق تونل به انتهای دیگ می‌رود. از لوله‌ها بر می‌گردد و این فرایند سه بار تکرار می‌شود.  به هربار رفت و برگشت حرارت داخل دیگ و لوله‌ها یک «پاس» گفته می‌شود.

نکته مهم: از نظر استاندارد جهانی یک دیگ بخار باید بتواند سه پاس انجام دهد و در نهایت از اگزوز خارج شود. این سه پاس باعث می‌شود اصل حرارت مشعل به آب منتقل شود. و اتلاف انرژی کمتری صورت گیرد. اگر تعداد لوله‌ها در دستگاه کمتر از حد استاندارد باشد باعث می‌شود. تعداد پاس کاهش یابد و اگر به جای سه پاس، یک یا دو پاس داشته باشیم مدت زمان آماده‌سازی. بخار در دستگاه دوبرابر افزایش یافته و اتلاف انرژی زیادی به وجود می‌آید.

لوله‌ های آتشخوار در دیگ بخار واترتیوب:

در دیگ‌های واترتیوب آب از درون لوله‌ها عبور کرده و سطح خارجی لوله‌ها با هوای مشتعل شده. و داغ تبادل حرارت می‌کند. لوله‌های آتش‌خوار در این نوع دیگ بخار باید تحمل فشار بیشتری نسبت. به دیگ‌های بخار فایرتیوب داشته باشند بنابراین جنس آلیاژ به کار رفته آنها متفاوت است.

استاندارد لوله های آتشخوار

لوله آتشخوار دامنه کاربری خیلی بالایی دارد و به ‌همین ‌جهت با استانداردهای. مختلفی که هر کدام نیز ویژگی خاصی دارد تولید می ‌شود. انواع استاندارد این مقاطع را در ادامه بررسی می‌ کنیم.

  • لوله آتشخوار St35.8 تحت استاندارد دین آلمان که شماره استاندارد آن DIN17175 می باشد تولید می گردد. شماره آنالیز این استاندارد نیز ۱.۰۳۰۵ محاسبه می‌شود. لوله ‌های آتشخوار با این استاندارد دارای ترکیبی از عناصر کربن با ۱۷ تا ۱۹ صدم درصد. و منگنز با 55/0 تا 7/0 درصد است. فشار اتمسفری که توان تحمل آن را دارند حدود ۲۵ بار و تحمل حرارت تا ۵۸۵ محاسبه شده.که البته این حرارت باید به صورت غیر مستقیم باشد. این لوله‌ ها در ساخت دیگ‌ های روغن داغ و دیگ ‌های بخار مورد استفاده قرار می ‌گیرند. این نکته را باید متذکر شد که این لوله‌ ها به‌دلیل داشتن میزان پایین کربن به‌ راحتی شکل می ‌پذیرند و قابلیت انعطاف و خم کردن تا ۹۰ درجه را دارند.
  • لوله آتشخوار St45.8 که تحت استانداردهای DIN2448 و DIN17175 تولید شده و دارای شماره آنالیز ۱.۰۴۰۵ است. این لوله ‌های آتشخوار در آلیاژ خود حدود 2/0 تا 22/0 درصد کربن و در حدود ۵۵ تا ۶۵ صدم درصد منگنز دارند که فشار اتمسفری معادل ۳۰ بار و حرارت غیر مستقیم تا ۵۳۵ درجه سانتیگراد را برای لوله آتشخوار به ‌وجود می‌ آورند.
  • لوله‌ های آتشخوار ASME SA192 با استاندارد دین آلمان و با شماره استاندارد DIN17175 و شماره آنالیز ۱.۰۳۰۵ دارای ویژگی ‌های دیگری است. محتوای کربن در آلیاژ این لوله حدود 18/0 تا 2/0 درصد و محتوای منگنز در آن حدود 45/0 تا 7/0 محاسبه می‌ شود. لوله آتشخوار که با این استاندارد تولید شده می‌ تواند تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد حرارت غیر مستقیم و ۲۷ بار فشار اتمسفری را تحمل کند.
  • لوله آتشخوار با استاندارد ASTM boiler tube A179 که شماره آنالیز آن نیز ۱.۰۳۰۵ است. این لوله ‌های بویلر کمترین میزان کربن یعنی ۱۶ تا ۱۸ صدم درصد را در آلیاژ خود دارند. ضمن اینکه میزان منگنز آنها نیز ۵ تا ۷ دهم درصد است که فشار اتمسفری تا ۱۵ بار و حرارت غیر مستقیم تا ۵۳۰ درجه سانتیگراد را باعث می‌ شود. این لوله ‌ها پرکاربردترین نوع لوله در ساخت انواع مبدل ‌های حرارتی هستند و به‌ دلیل میزان خیلی کم کربن بیشترین حالت انعطاف ‌پذیری یعنی تا ۱۸۰ درجه خم شدن را دارند.

کشورهای سازنده لوله آتشخوار

لوله آتشخوار ، مطابق با استانداردهای روز دنیا در کشورهای چین ، رومانی ، روس ، اروپای غربی و شرقی تولید می شود. این لوله ها ، تمامی مراحل آزمایشی دمای بالا و فشار بالا را طی کرده اند. و دارای گواهینامه تولید و آنالیز لوله با قطر و ضخامت مختلف می باشد.

جهت مشاوره با تیم فنی بخار شعله خراسان تماس بگیرید:

09128978600

09152073141

05135415050

دی اریتور

عمل جداسازی گازهای چگالش ناپذیر از جمله اکسیژن را هوازدایی می نامیم. در نیروگاهها بهترین محل برای هوازدایی کندانسور است سازندگان کندانسورها معمولاً مقدار حداکثر تراکم اکسیژن موجود در آب چگالیده خروجی چگالنده را تضمین می کنند. هوازدایی خوب مستلزم فرصت کافی تلاطم خوب و وسایل خوب جهت هدایت گازهای غیر قابل چگالش جداشده می باشد. اکسیژن موجود در آب تغذیه دیگ بخار، آهن را به هیدرات فریک نامحلول و بی اثر هیدرات فرو که کمی خاصیت محافظتی دارد تبدیل می کند خوردگی اکسیژن با پیدایش برجستگی های اکسیدی در سطح داخلی دیگ بخار همراه است خوردگی (خوردگی در دیگ بخار) در زیر این برجستگی ها تا از بین رفتن ادامه پیدا می کند.کار دی اریتور

معمولاً یکی از نقاط قوت دی اریتور ها که تأمین آب گرم با درجه حرارت بالا جهت ورود به دیگ ها می باشد از نظر مهندسین مخفی می ماند. فرض کنید در یک سیستم بخار برای تأمین بخار نیاز به دبی بالا داریم اگر این آب را بخواهیم مستقیم از آب سختی گیری شده (با سختیگیر آب) و یا از منبع کندانس برای دیگ تغذیه کنیم ممکن است نیاز به زمان بیشتری باشد چرا که رساندن آب ۹۰ درجه سانتیگراد به بخار اشباع ۱۵۰ بار بسیار آسانتر است تا آب شر با دمای ۲۰ درجه را به این نقطه برسانیم.

همچنین اگر آب دیگ ها مستقیم از آب منبع کندانس یا سختی گیر تأمین شود ممکن است دیگ دچار تنش حرارتی زیادی شود که حتی منجر به از بین رفتن و سوراخ کردن لوله یا پوسته دیگ شود تنش حرارتی یعنی در زمانی که دمای دیگ جهت تأمین بخار اشباع ۱۵ بار بسیار بالا است آب سرد ورودی از شهر با دمای ۲۰ درجه به آن اضافه کنیم و سطح دیگ را به طور ناخودآگاه دچار یک تغییر دمای بالا کنیم که مسلماً بسیار خطرناک است.برای خرید دیگ بخار کلیک کنید.

کار دی اریتور

اما زمانیکه از دی اریتور استفاده می کنیم آب خروجی از منبع کندانس که البته اگر عایق بندی بطور صحیح انجام گرفته باشد دارای دمای خوبی است و شاید دارای مقداری هوا باشد و در حین این مرحله مقداری دمای آب ورودی به دی اریتور هنگام تماس با بخار ورودی به دی اریتور در محل اسکرابر افزایش یافته و اینک انرژی کمتری جهت تولید بخار در دیگ مصرف خواهد شد. انواع مختلفی دی اریتور در بازار تأسیسات ایران وجود دارد که در بعضی از این موارد دی اریتور از دو قسمت اصلی ۱- دگازر ۲- منبع ذخیره تشکیل شده است و در بعضی موارد اسکرابر داخل منبع ذخیره است. در بعضی موارد بخار از بالا وارد می شود و در بعضی از موارد بخار از وسط وارد دی اریتور وارد می شود.

طبق اصول زیر گازهای محلول در آب (اکسیژن و دی اکسید کربن) توسط دستگاه دی اریتور حذف می گردد:

۱- از آنجا که افزایش درجه حرارت آب، نسبت معکوس با حلالیت گازها در آب دارد.، بنابراین افزایش درجه حرارت آب در اثر تماس با بخار، سبب کاهش حلالیت گازهای محلول در آب می گردد.

۲- به دلیل پائین بودن فشار جزئی گازهای مورد نظر در فضای داخلی دی اریتور.، گازهای محلول در آب به فضای مجاور خود (فاز بخار) منتقل می گردند.

۳- خلاء موضعی ناشی از کندانس شدن بخار به حذف گازهای محلول در آب منجر می شود.

وجود اکسیژن نه تنها در داخل بخار بلکه در لوله های آب کندانس برگشتی نیز خوردگی شدید ایجاد می کند. دما اثر بسیار مهمی در میزان خوردگی اکسیژن دارد زیرا می تواند. باعث تشدید فعل و انفعالات اکسیداسیون گردد. قسمتی از اکسیژن آب تغذیه دیگ بخار می تواند همراه بخارات به محل مصرف بخار انتقال یابد. و در آنجا خوردگی ایجاد شود. تغییر PH آب داخل دیگ بخار اثراتی در افزایش میزان خوردگی و با کمک کردن. به اکسید های محافظ برای جلوگیری از خوردگی دارد.

به دو طریق می توان این اکسیژن محلول در آب را از بین برد: ۱- طریقه فیزیکی ۲- طریقه شیمیایی کار دی اریتور

قسمت های مختلف دی اریتور:

۱- شیر خروجی گازها از دی اریتور

۲- فلنچ و سوراخ های محل ورود آب کندانس به دی اریتور

۳- دریچه های بازدید

۴- محل اتصال و فلنچ جهت ورود آب سختی گیری شده به دی اریتور

۵- اسکرابر

۶- سر ریز یا Over flow

۷- پیش گرمکن و تله بخار

۸- آب نما

۹- کنترل سطح

۱۰- پمپ خطی

۱۱- شیر برقی کنترل آب به دی اریتور

۱۲-شیر برقی کنترل بخار به دی اریتور

و ….  کار دی اریتور

علل کاربرد دی اریتور:

وجود گازهای اکسیژن و دی اکسید کربن در آبهای تصفیه شده. مورد مصرف در دیگهای بخار واحدهای صنعتی و مسکونی سبب ایجاد ضایعات زیر می گردد:

۱- اکسیژن موجود در آب مصرفی دیگ بخار، در حد فاصل فاز مایع و فاز بخار.، باعث ایجاد حفره های موضعی (Pitting) می گردد که انفجار حفره ها یکی از عوامل آسیب دیدگی دیگ های بخار می باشد.

۲- وجود گازهای اکسیژن و دی اکسیدکربن علاوه بر ایجاد خوردگی در لوله های برگشت. (کندانس)، عامل ایجاد پدیده کاویتاسیون در پمپ ها می باشند. که این پدیده باعث ایجاد خوردگی پره های پمپ ها می گردد.

۳- در فرآیندهایی که از بخار آب به منظور بوزدایی (Stripping) استفاده می شود.، وجود اکسیژن نه تنها عامل بوزدایی را مختل می سازد، بلکه در اثر اکسیداسیون، در محصول ایجاد بو خواهد نمود. (نظیر فرآیند تولید روغن نباتی).

۴- به منظور جلوگیری از ایجاد شوک حرارتی در دیگ بخار، افزایش درجه حرارت آب ورود. به دیگ بخار تا محدوده نقطه جوش بسیار حائز اهمیت می باشد.در دستگاه دی اریتور علاوه بر حذف گازهای اکسیژن و دی اکسیدکربن. از آب، درجه حرارت به نحو مطلوب افزایش می یابد.

مهمترین مزایای دی اریتور عبارت است از

۱- به لحاظ جداسازی گاز از آب در ستون جداکننده، اختلاط بخار با آب ذخیره شده. در مخزن دی اریتور صورت نمی پذیرد.

۲- استفاده از مبدل حرارتی جریان مخالف در ستون جداکننده، در مقایسه با نمونه های. مشابه از نقطه نظر اقتصادی کاملاً مقرون به صرفه می باشد.
۳- اطلاعات جمع آوری شده از واحدهای نصب شده، نشانگر کارآیی بالای این سیستم. در مقایسه با نمونه های مشابه و حذف کامل گازهای مضر از آب می باشد.

کنترل دمای سوپر هیت

بخاري که براي واحد هاي مصرف کننده فرستاده می شود. باید از نظر دما و فشار کنترل گردد.، علاوه بر آن در صورتیکه لوله هاي سوپرهیت کننده بیش از حد گرم شوند.، تنش و شوك حرارتی در آنها بوجود آمده و از بین می روند. از اینرو کنترل دمای سوپر هیت از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. روش هاي زیادي براي کنترل دماي سوپرهیتر وجود دارد. که می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

Bypassing the Furnace Gas

بایپس نمودن گاز در اطراف سوپرهیتر کردن بخشی از گازهاي احتراق بوسیله (bypass). در بویلرهاي که ظرفیت کم دارند، می توان با بايپس یک دمپر دماي سوپرهیتر را کنترل نمود. این روش کنترل قبلا بکار برده می شد. ولی اشکالاتی که در انتخاب فلز مطمئن براي دمپر در برابر خوردگی و دماي بالا در مسیر عبور. گازهاي داغ وجود داشت، سبب منسوخ شدن روش کنترل با دمپر شده است.دما در سوپر هیت

Tilting burners in the Furnace

تغییر زاویه مشعل ها در کوره دماي بخار خروجی از سوپرهیتر را با تغییر زاویه مشعل ها به سمت بالا و پایین (به میزان 30درجه) در بویلرهاي نوع عرضی می توان کنترل نمود .با تغییر زاویه مشعل ها به سمت پایین، لوله هاي بالارونده بخش بیشتري انرژي به شکل تابش جذب می نمایند، در نتیجه سهم جذب حرارت در سوپرهیتر نسبتا کم شده و دماي آن پایین می آید .اگر مشعل ها به سمت بالا گردانده شوند، زاویه تابش نسبت به سوپرهیترها مناسب تر شده و انرژي حرارتی بیشتري به سوپرهیت رها منتقل و دماي آنها افزایش می یابد.

استفاده از مشعل هاي اضافی (Auxiliary Burners )

با استفاده از مشعل هاي جنبی علاوه بر مشعل هاي اصلی می توان دماي بخار را کنترل کرد .اثر این مشعل ها شبیه مشعل هایی با زاویه متغیر است.

Desuperheating using water spray

کاهش دماي سوپرهیتر با پاشش آب با اسپري کردن آب به بخار سوپرهیت می توان دماي آنرا کاهش داد .اضافه کردن آب در بخشی به نام دي هیتر یا ري هیتر صورت می گیرد.دما در سوپر هیت

کنترل پیش سردکن (Precondensing Control )

دماي بخار خروجی را می توان با سردکردن بخار خروجی از بویلر با آب تغذیه در یک کندانسور کوچک کنترل کرد . را تنظیم می کند. Bypass کنترل اتوماتیک، مقدار آب تغذیه

 

Gas Recirculation

گردش مجدد گاز بخشی از گاز خروجی از اکونومایزر مجددا داخل کوره می شود .این عمل به کمک یک فن انجام می گیرد. این گاز نظیر هواي اضافی عمل می کند و بر دیواره هاي کوره اثر می گذارد .این عمل انرژي حرارتی جذب شده توسط دیواره هاي آبی را کم کرده و انرژي جذب شده توسط سوپرهیتر را افزایش می دهد.

قراردادن کویل در درام بویلر( Coil Immersion in the Boiler Drum )

بعضا براي کاهش دماي سوپرهیتر، بخشی از بخار خروجی از آن را، بوسیله یک کویل به مخزن لجن وارد می نمایند .این بخارها پس ازکاهش دما و قبل آن آنکه به دماي اشباع بخار در آن فشار برسد، مجددا به سوپرهیتر وارد می شود تا بدین با افزایش فلوي عبوري از آن، دماي سوپرهیتر کاهش یابد.

کنترل مقدار جریان هوا

گازهاي حاصل از احتراق و در دودکش تعیین می گردد .وجود 3 درصد اکسیژن در گازهاي خروجی از دودکش به مفهوم بهسوزي در کوره است .در صورتیکه اکسیژن خروجی از دودکش کمتر از 3 درصد باشد، داخل کوره دوده زایی وجود خواهد داشت و با افزایش مونوکسیدکربن مواجه میگردیم و در صورت بالا بودن بیشتر از 3 درصد در خروجی از دودکش مقدار ناکس افزایش خواهد یافت و به علت افزایش حجم گازهاي حاصل از احتراق، انرژي حرارتی زیادي به همراه هواي اضافی از کوره به بیرون رفته و تلف خواهد شد .در بویلرها سعی بر این است مقدار هوا را طوري تنظیم نمایند که مقدار 3 درصد اکسیژن در جریان خروجی از دودکش وجود داشته باشد .

از آنجایی که براي تامین هواي مورد نیاز احتراق در بویلرها از فن هاي دمنده و مکنده استفاده می گردد، لذا با استفاده از دمپرهاي هواي ورودي مقدار هوا را تنظیم می کنند .از طرفی مقدار هواي مورد نیاز با توجه به مقدار سوخت تنظیم میگردد .از اینرو در دودکش بویلرها و با استفاده از سنسورهایی که مقادیر اکسیژن و مونوکسیدکربن را اندازه می گیرند، مقدار هواي ورودي به کوره تنظیم میگردد، با بالارفتن مقدار اکسیژن دمپرهاي هواي ورودي بسته شده و با کم شدن اکسیژن دمپرها باز می شوند .در دودکش بعضی از بویلرها به منظور کنترل بهتر احتراق، میزان مونوکسیدکربن خروجی نیز اندازه گیري می شود.اگر قصد خرید دیگ بخار را دارید حتما با ما تماس بگیرید.

در فرآیندهاي شیمیایی، مهمترین بخشی که مستقیماً با مصرف انرژي ارتباط می یابد، مبدل هاي حرارتی میباشند. ماشین سازی بخار شعله خراسان تلاش کرده است تا مبدل هایی طراحی کند که ضمن داشتن حداکثر بازدهی، در کارکردهاي بلندمدت، کمترین مشکلات عملیاتی را داشته باشند.اگر قصد خرید دیگ بخار را دارید تا پایان این مقاله همراه ما باشید.

اصولاً مبدلهاي حرارتی، به خصوص از نوع (پوسته- لوله ای) دارای دو مشکل عملکرد پایین حرارتی و جرم گرفتگی داخل لوله ها به خصوص در هنگام کارکرد با سیالات کثیف یا حساس به دما می باشند می دانیم که ضریب انتقال حرارت در جریان آشفته ونیز جریان آشوبناک بیش از ضریب انتقال حرارت در جریان آرام است .

پس هر ابزاري که کمک کند جریان به سمت آشفته شدن یا آشوبناك شدن پیش رود باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی میشود در این مقاله کاربرد انواع توربولاتور در کارایی مبدل حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است ، وقتی از توربولاتور درون لوله استفاده شود با افزودن یک مولفه سرعت که میتواند پایداري جریان را در معرض خطر قرار دهد،جریان به سمت آشفته شدن پیش برده و باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی می گردد.

مبدل حرارتی

توربولاتور با ایجاد اغتشاش در جریان و از بین بردن لایه مرزي ، ضریب انتقال حرارت را افزایش داده ، از رسوب سیال بر سطح داخلی لوله جلوگیري می کند و باعث طولانی تر شدن زمان عبور جریان سیال در لوله می شود، درنتیجه سیال مدت زمان بیشتري در تماس با سطح تبادل حرارتی قرار می گیرد و میزان انتقال حرارت افزایش می یابد.

امروزه با توجه به کم شدن منابع انرژي و از طرفی افزایش هزینه هاي استفاده از انرژي اکثر محققین و مهندسین در تلاش هستند تا با ساخت تجهیزات کمکی مانند توربولاتورها براي دستگاههاي صنعتی بتوانند حتی به مقداري اندك در مصرف انرژي صرفه جویی نمایند. تاکنون تغییرات زیادی برروی توربولاتور ها صورت گرفته است و انواع مختلفی از آن در کارایی های متفاوت به بازار عرضه شده است.

بخار شعله خراسان

در سال های اخیر بررسی های زیادی بر روی افزایش انتقال حرارت وهمین طور کارایی مبدل های حرارتی صورت گرفته.علاوه بر این، بررسی تلفات انرژی نیز جزو موارد بسیار مهمی است که در سالهای اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. به طور کلی راه های افزایش انتقال حرارت و همینطور کارایی مبدل های حرارتی به سه دسته ی اکتیو، پسیو و روش های ترکیبی قابل تقسیم می باشند. در روشهای اکتیو، انرژی خارجی به منظور بهبود انتقال حرارت مورد استفاده قرار میگیرد.

توربولاتور

برای مثال استفاده از امواج صوتی یا میدان مغناطیسی به منظور مغشوش کردن جریان، از جمله روش های اکتیو می باشد. روش پسیو، روشی است که در آن نیازی به استفاده از انرژی خارجی وجود ندارد. استفاده از نانوسیال ها ، موج دار کردن لوله ها ، استفاده از لوله ها فین دار، لوله های میکروفین دار, لوله های مسطح  و استفاده از توربولاتور های مختلف از جمله توربولاتورهای پیچشی، فنرها ، توربولاتور پنجره ای و غیره از جمله ی این روش ها می باشند.

روش های ترکیبی نیز به روش هایی گفته میشود که در آنها روش های اکتیو و پسیو به صورت ترکیبی مورد استفاده قرار میگیرند به عنوان مثال استفاده همزمان از میدان مغناطیسی و نانو سیال نمونه ای از این روش می باشد. هر سه روش فوق به منظور افزایش انتقال حرارت در جاهای مختلف از جمله مبدل های حرارتی، نیروگاه های هسته ای،صنایع غذایی و غیره به کار گرفته میشوند.

انتقال گرما :

به بیان بسیار ساده میتوان این گونه بیان کرد که انتقال گرما، گذر انرژي بر اثر اختلاف دماست. در واقع هر گاه میان دو جسم یا دو محیط اختلاف دما وجود داشته باشد انتقال گرما روي خواهد داد. بشر از دیرگاه براي انتقال سیال بصورت پیوسته از لوله استفاده می نمود. لوله در اینجا مجرایی است که سیال در داخل آن جریان می یابد و همزمان گرم یا سرد نیز میشود.هنگامی که سیال لزجی وارد مجرایی می شود ، لایه مرزي، در طول دیواره تشکیل خواهد شد. لایه مرزي به تدریج در کل  سطح مقطع مجرا توسعه می یابد و از آن به بعد به جریان، کاملا توسعه یافته (فراگیر ) گفته میشود.

در ناحیه کاملا توسعه یافته در داخل لوله ، عملاً لایه مرزي وجود ندارد چون دو ناحیه مختلف، که یکی با سرعت جریان آزاد و دیگري تحت تاثیر دیواره باشد ، وجود نخواهد داشت و در سرتاسر لوله ، تمام نواحی تحت تاثیر دیواره قرار دارند. از آنجا که لایه مرزي، مقاومتی در برابر انتقال حرارت است، لذا بیشترین میزان ضریب انتقال حرارت جابجایی در ابتداي لوله، یعنی در جایی که ضخامت لایه مرزي صفر است، مشاهده میشود. مقدار این ضریب به تدریج همزمان با افزایش ضخامت لایه مرزي و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر انتقال حرارت، کاهش می یابد.

ضریب انتقال حرارت جا به جایی :

امروزه به منظور افزایش ضریب انتقال حرارت جابه جایی مطرح است بحث استفاده از مبدلهاي حرارتی آشوبناك است. به این معنی که براي افزایش ضریب انتقال حرارت و غالبا در کویلها، جریان را آشوبناك میکنند. بروز هر دو پدیده (آشفتگی و آشوبناکی) در جریان سیال باعث افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی میشود. که هر چه مقدار ضریب انتقال حرارت جابجایی بزرگتر باشد مبدل حرارتی راندمان بالاتري خواهد داشت. باتوجه به گستردگی استفاده از مبدل هاي حرارتی پوسته و لوله در صنایع مختلف از حدود یک قرن پیش پژوهش هایی با این موضوع انجام شده اند.

تعداد مقالات با موضوع طراحی مبدل هاي پوسته و لوله در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 میلادي به بالاترین حد خود رسیده و پس از آن سیري نزولی داشته است. نکته مهم این است که در سالهاي اخیر تقریبا هیچ طراحی جدیدي براي مبدل هاي حرارتی پوسته و لوله و (توربولاتور)ارائه نشده است و فقط روش هایی براي افزایش کارایی مبدل هاي حرارتی مانند استفاده از ابزار افزاینده انتقال حرارت قابل نصب درداخل لوله یا بهینه سازي و تصحیحی روش هاي قدیمی طراحی ارایه شده اند.

توربولاتور

توربولاتور(Turbulator) : توربولاتور یا پره هاي مارپیچی درون لوله هاي دیگ بخار ، بویلر آبگرم و آبداغ و مبدل هاي لوله اي و غیره قرار داده می شوند و به غیر از اینکه به جریان حالت دورانی می دهند ، موجب می شوند که جریان سیال در داخل لوله ها از حالت جریان آرام به حالت جریان مغشوش تبدیل شود.همان طور که می دانیم میزان انتقال حرارت در جریان مغشوش بسیار بالاتر از جریان آرام می باشد و وجود این پره ها باعث افزایش میزان انتقال حرارت در مبدل ها شده و به تبع آن موجب افزایش راندمان مبدل ها ، کاهش مصرف انرژي می گردد.

تاریخچه توربولاتور :

پیشینه تاریخی استفاده از توربولاتور در دیگ بخار، دیگ آبگرم و آبداغ به سال ۱۸۹۶ در انگلستان باز می گردد. در این سال در تحقیقی نشان داده شد كه با استفاده از توربولاتور نوار پیچانده می توان مصرف زغال سنگ را در بویلر لوله آتشی 2/18  درصد كاهش داد.استفاده از توربولاتور از اوایل قرن بیستم در انگلستان معمول گردید. هم اكنون در بسیاری از كشورهای دنیا توربولاتور بعنوان بخشی جدایی ناپذیر از بویلر درآمده است و سازندگان بویلر از همان ابتدا بویلر را مجهز به توربولاتور به مشتریان خود تحویل می دهند .

در کتاب :

improving steam system performance:A Sourcebook for Industry

كه مرجع بهره وری سوخت در آمریكا محسوب می شود، تاكید بر استفاده از توربولاتور در پاس ۲ و ۳ بویلرهای لوله آتشی دارد.

قوانین پایه در توربولاتور ها :

انتقال حرارت بین دو سیال در مبدل از طریق سطح فلزي است که آنها را از یکدیگر جدا کرده، پس هر چه سطح تماس سیال با این سطح بیشتر باشد، ضریب انتقال حرارت بالاتري حاصل خواهد شد و بازده مبدل افزایش پیدا میکند. براي افزایش سطح حرارت از پره ها استفاده میشود. در مبدل ها میتوان پره ها را روي جداره هاي خارجی یا داخلی نصب نمود البته پره هاي داخلی علاوه بر افزایش راندمان انتقال حرارت، افت فشار سمت لوله را نیز افزایش میدهند. براي افزایش ضریب انتقال حرارت به جاي پره هاي داخلی میتوان از توربولاتورها استفاده کرد که درون لوله ها قرار میگیرند. این کلاف ها مشابه پره هاي داخلی عملکرده ولی افت فشار سمت لوله را نسبت به آنها بیشتر افزایش میدهد.

مبدل

در مبدلهاي حرارتی تازمانیکه رسوبگذاري به تشکیل یک پرده نازك بازدارنده از حرکت سیال در دیواره لوله منجر شود حرکت سیال به راحتی ادامه دارد. ته نشین شدن رسوب در جداره لوله باعث ممانعت از انتقال کامل حرارت در لوله میگردد.توربولاتور از شکل گیري این پرده نازك جلوگیري میکند و جریان مغشوش باعث بالارفتن عدد میگردد.

این موضوع باعث افزایش ضریب انتقال حرارت در مبدلهاي حرارتی میشود و همچنین بر مخلوط و منفعل شدن جریان در میکسرهاي خطی و رآکتورها تاثیر میگذارد. اغتشاش ایجاد شده توسط توربولاتور همچنین فوق العاده رسوبگذاري را کاهش می دهد و رسوب هاي ته نشین شده در جداره لوله توسط ذرات مواد را جاروب میکند.

 

توربولاتور چیست

اصول و مبانی استفاده از توربولاتور ها :

روشهاي متعددي براي افزایش بازدهی مبدلهاي حرارتی ارائه شده است. که به دلیل هزینه کمتر نسبت به روشهاي دیگر و عدم استفاده از سایر منابع انرژي نظیر برق.، جنبه هاي اجرایی استفاده از وسایل افزاینده انتقال حرارت براي مهندسان. در صنایع، بسیار پرجاذبه تر تشخیص داده شده است. توربولاتورها که با اشکال هندسی خاصی طراحی میشوند، درون لوله هاي مبدل قرار داده میشوند.

توربولاتورها با ایجاد سرعتهاي چرخشی در جریان سیال و افزایش اختلاط به خصوص. در نزدیکی دیواره هاي داخلی لوله هاي مبدل، نهایتاً سبب میگردند. که از سرعت ته نشینی ذرات کاسته شده و از تشکیل لایه مرزي نیز جلوگیري گردد. فرصت نیافتن سیال براي تشکیل لایۀ مرزي که خود از مقاومت هاي مهم در برابر انتقال حرارت محسوب میشود.، از دلایل عمده افزایش نرخ انتقال حرارت میان سیال درون لوله و پوسته میباشد.

مبدل

به علاوه، افزایش سرعت شعاعی و محوري در جریان سیال داخل لوله باعث نوعی یکنواختی. در توزیع دما در طول لوله و در هر مقطع از آن میگردد .لذا در برخی از مکانیزم هاي تشکیل که دلیل اصلی بوجود آمدن. آن نقاط داغ موضعی  جرم گرفتگی درون لوله هاي مبدل ها نظیر کُک در سطح لوله است. استفاده از این وسایل باعث جلوگیري از این پدیده شده و نهایتاً سبب بهبود انتقال حرارت در طول لوله میگردد. توربولاتورها در انواع مختلفی طراحی میشوند که هر یک بسته به ساختمان طراحی خود.، با مکانیزم خاصی سبب افزایش انتقال حرارت و کاهش همزمان جرم گرفتگی در لوله ها میگردند.

توربولاتورها نه تنها در لوله هاي مبدل هاي پوسته- لوله اي بلکه در کولرهاي هوایی.، جوش آورها، چگالنده ها، و کوره هاي احتراقی نیز به طور عملی استفاده میشوند.

 

توربولاتور

توربولاتور وسیله ای برای افزایش راندمان :

روش های معمول افزایش راندمان مبتنی بر بازیابی انرژی خروجی همراه دود. و استفاده از آن جهت پیش گرم كردن آب یا هوای ورودی به دیگ بخار است.در استفاده از توربولاتور هدف اصلی دستیابی به روشی است. كه میزان انتقال حرارت از دود به آب داخل بویلر افزایش یافته.، دمای خروجی دود كاهش یافته، و در نتیجه راندمان بویلر افزایش یابد.استفاده از توربولاتور روش مقرون به صرفه تری در افزایش راندمان مجموعه بخار نسبت. به استفاده از اكونومایزر و یا پیش گرمكن هوا می باشد.

توربولاتور

اصول کارکرد توربولاتور :

در دیگ بخار و بویلر آبگرم و آبداغ فایر تیوب. ، سوخت پس از احتراق در كوره ، وارد لوله های دود می گردد.محصولات احتراق در عبور از این لوله ها ، حرارت خود را به آب بیرون لوله ها منتقل می كنند. و سرانجام از طریق دودكش خارج می شوند.جریان دود در لوله های دود و یك جریان توسعه یافته با پروفیل سرعت مستقیم است. كه لایه مرزی یاد شده كه سرعت خیلی كمتری نسبت به جریان اصلی دارد. به مثابه یك عایق حرارتی بین جداره لوله و حجم اصلی جریان قرار می گیرد. و میزان انتقال حرارت را كاهش می دهد.همچنین دوده وارد لوله می شوند. با قرار گرفتن در این لایه كم سرعت، فرصت نشستن بر روی جداره لوله را پیدا می كنند.

توربولاتور وسیله مكانیكی ثابتی است كه در جریان سیال قرار گرفته و با ایجاد اغتشاش. در جریان و از بین بردن لایه مرزی، ضریب انتقال حرارت را افزایش داده. و از رسوب دوده بر روی سطح داخلی لوله جلوگیری می كند.همچنین توربولاتور مسیر عبور جریان دود در لوله را طولانی تر نموده.، دوده مدت زمان بیشتری در تماس با سطح تبادل حرارتی قرار می گیرد. و در نتیجه میزان انتقال حرارت افزایش می یابد.

طراحی توربولاتور :

گام پیچش مهم ترین پارامتر در طراحی توربولاتور است. نسبت گام به قطر لوله را نسبت پیچش نامیده نمایش می دهند . هر چه قدر این عدد کوچکتر باشد.، تعداد پیچ ها در واحد طول بیشتر بوده و لاجرم میزان اغتشاش و طول مسیر بیشتر شده و میزان انتقال حرارت بیشتر  نكته محدود كننده  خواهد بود . با قرار گرفتن توربولاتور در لوله های دود  افت فشاری، در مسیر دود ایجاد می گردد. كه چنانچه اختلاف فشار ایجاد شده توسط فن مشعل و دودكش نتواند. بر آن فائق آید، دود نمی تواند از بویلر خارج شده، مشعل پس زده و خاموش می شود. برای بدست آوردن نقطه بهینه طراحی، ضریبی تعریف می گردد. كه حاصل تقسیم میزان افت فشار بر دمای خروجی دودكش است.

ابعاد بهینه توربولاتور :

نقطه مینیمم منحنی ، ابعاد بهینه توربولاتور است كه در آن میزان افت فشار نسبت به افزایش راندمان حداقل است.البته ممكن است در نقطه بهینه طراحی هم مجموعه فن مشعل و دودكش توان غلبه بر افت فشار ایجاد شده را نداشته باشند كه در این  صورت باید لاجرم از نقطه بهینه دور شد .بهینه هر بویلر با دیگری متفاوت است ولی محدوده كلی آن بین2/6 تا 3/4می باشد .عملی كه بستگی به افت فشار مجاز دارد عددی بین ۳ تا۵ است.

موارد به کارگیری توربولاتور :

* اصولاً به کارگیري و مزایاي ناشی از به کاربردن این وسایل در مبدلهاي پوست لوله اي. در دو زمینه زیر قابل توجه مهندسان بوده است:

1- در بهبود کارکرد مبدلهاي حرارتی موجود، مزایاي عمدهاي در فرآیند مربوط با نصب این وسایل. در درون لوله ها و سپس کاهش تعداد گذرهاي طرف لوله به صورت زیر حاصل میگردد :

  •  کاهش رسوبگرفتگی در لوله ها .( برای اطلاعات بیشتر درباره خوردگی دیگ بخار این مقاله را مطالعه نمایید.)
  •  رساندن درجۀ حرارتهاي سیالات خروجی از طرف لوله و طرف پوسته به دماهاي مورد نظر در طراحی و حتی فراتر از آن .
  •  افزایش ظرفیت واحد ها با بالابردن دبی جریان ها در مبدل ها، به خصوص وقتی که مبدلها.، دستگاه هاي حرارتی گلوگاهی فرایند محسوب می شوند .
  •  افزایش بار حرارتی دستگاه هاي تبادل حرارتی و اصلاح شبکۀ مبدل هاي حرارتی و نهایتاً کاهش مصرف آب و بخار در یک فرآیند.

2_ مزایاي ناشی از به کارگیري این تکنولوژي درطراحی اولیه مبدل ها :

  •  کاهش سطح انتقال حرارت مورد نیاز به مقدار بسیار قابل ملاحظه.
  • کاهش تعداد پوسته ها و گذرهاي طرف لولۀ مبدل و ساده تر شدن ساختمان مبدل در طراحی.

انواع توربولاتور :

 

نوار پیچانده

نوار پیچانده Twisted tape :

معمولترین نوع توربولاتور میباشد و ضریب انتقال حرارت داخل لوله را تا 3/5 برابر  افزایش می دهد. و درعین حال افت فشار اضافی چندانی به سیستم تحمیل نمیکند.

  • نوار پیچانده سوراخ دار : نوار پیچانده کلاسیک نوع دیگری از این نوار ها می باشد. که با ایجاد سوراخ هایی برروی آن باعث افت فشار کمتری حدود 20% درصد میشود. در حالی که انتقال حرارت به صورت نامحسوسی کاهش میابد. که در حالت کلی بازده مبدل افزایش میابد.
  • نوار پیچانده ساعت گرد و پاد ساعت گرد : استفاده متناوب از افزونه های ساعت. گرد و پاد ساعت گرد به منظور اصلاح شبکه افزونه پیچانده مورد استفاده قرار می گیرد.

داده های تجربی نشان داده اند که استفاده از نوار های پیچانده با محور های متناوب می تواند. عدد ناسلت بیشتری نسبت به نوار های پیچانده ساده ایجاد کند .

این واقعیت را  که ضریب اصطحکاک و عدد ناسلت دارای رابطه مستقیم هستند. با اندازه گیری ویژگی های انتقال حرارت به ازای زوایای پیچش مختلف در نوار های پیچانده ساعت گرد. و پاد ساعت گرد مشخص شده اند . به ازای اعداد رینولدز مختلف برای زوایای پیچش  30درجه ، 60درجه ، 90درجه ضریب اصطحکاک به ترتیب. در حدود 2.7 و 3.1 تا 4 و 5 برابر نسبت به حالت ساده افزایش یافته است.

نوار خمیده

نوار خمیده :

افزایش ضریب انتقال حرارت تا 7 برابر گزارش شده است. ولی به دلیل افت فشار بالا (تا حد 300 درصد افت فشار لوله خالی) موارد استفاده از آن محدود است. و نیاز به دقت و محاسبات خاص و در صورت امکان تعویض فن دمنده مشعل دارد.

نوار خمیده

سیم فنری :

افت فشار کم، سهولت تولید همراه با 2 برابر کردن ضریب انتقال حرارت این نوع توربولاتور. را در رتبه دوم مصرف پس از نوار پیچانده قرار داده است. موقعی که سیالی از داخل یک لوله صاف عبور میکند. ( خصوصًا سیالهای با ویسکوزیته بالا ) قسمتی از سیال که نزدیک جداره لوله است در اثر اصطکاک با جداره و کم بودن سرعت عبور سرد شده. ولی مابقی سیال انتقال حرارت کمتری خواهد داشت و کلاً انتقال حرارت طرف لوله کمتر خواهد شد . با قراردادن توربولاتور های سیمی در داخل این لوله ها جریان آرام در نزدیک جداره لوله را میتوان. به هم زد و با ایجاد یک توربولانس ، جریان در مرکز لوله را به کناره ها و بالعکس منتقل نموده و انتقال حرارت را بهبود بخشید .

توربولاتورها جهت افزودن بازدهی انتقال حرارت در لوله های صاف و در جریانهای آرام. ( با عدد رنولدز پائین ) موثر است . همچنین باعث افزایش انتقال حرارت در رژیم جریان آرام و. همینطور مثمر ثمر در جریان های توربولانس و غیر آرام نیز میباشد . این توربولاتورها  از سیم های فلزی که بصورت حلقه های اسپیرال بافته میشوند. مطابق عکس هایی که در زیر ملاحظه می کنید ، تولید میشوند .این نوع توربولاتورها مزایای زیادی نسبت به نوع فین دار و یا ورقی دارند .

سیم فنری :

تراکم توربولاتورها جهت ایجاد جریان مغشوش برحسب نوع سیال و یا گازی که از داخل لوله ها عبور میکند. با در نظر گرفتن مؤلفه های ضریب انتقال حرارت ماکزیمم ، کمترین افت فشار و اقتصادی بودن قطر و طول لوله ها و در جهت رسیدن. به پمپی و با قدرت پایین تعیین میگردد .توربولاتورها طوری ساخت میشوند. که پس از عبور از یک سر لوله کاملا در لوله محکم میشود و امکان جابجایی و حرکت را ندارند .

توربولاتورحداکثر با طول ۳ متر و با استفاده از سیم مسی و سیم استینلس استیل تولید میشوند .فین های این نوع توربولاتور در یک جهت بصورت اریب بوده و هیچگونه تیزی در آن وجود ندارد. که باعث آسیب به لوله خصوصًا لوله های مسی شود. فرم قرار گرفتن فین طوری است که براحتی از یک طرف لوله میتواند داخل لوله گردد .

سیم فنری

سیم فنری

سیم فنری

نوار چین دار :

افزایش ضریب انتقال حرارت تا 5 برابر میباشد و به خاطر افت فشار بالا. ( تا حد 300درصد افت فشار لوله خالی) استفاده از آن نیاز به دقت و محاسبات خاص دارد.

نوار چین دار

پروانه ای :

مهمترین عواملی که روی بهبود انتقال حرارت و هدر رفت انرژی اثر دارند. شامل زاویه پره ها ، قطر توربولاتور و زاویه بین توربولاتور ها هستند . میانگین افزایش 29 درصد برای ضریب انتقال حرارت و حدود 265درصد برای ضریب اصطکاک جریا هوا. در مقایسه با لوله ساده مشاهده شده است . مشاهده میشود که میزان افت فشار در این توربولاتور شدید است. بنابراین برای عملیاتی شدن آن در ابعاد صنعتی نیاز است که طراحی آن بهبود یابد . توربولاتور پروانه ای به دلیل طول کوتاه آن دارای اثرات مقطعی است که این اثرات در امتداد لوله و با افزایش فاصله از توربولاتور کم می شوند.

 با توجه به اینکه نسبت به سایر توربولاتور ها پژوهش های کمی روی این توربولاتور انجام گرفته است. اما با بهبود طراحی آن می توانیم حداکثر بازدهی را از این توربولاتور داشته باشیم .

پروانه ای

توربولاتور های ورقی چهار گوش :

در موارد مختلفی میتوان از توربولاتورهای پیچیده شده و ورقی وباطول نامحدود مطابق شکل پائین استفاده نمود . توربولاتورها جهت افزایش توربولانس سیال و بهینه نمودن انتقال حرارت در داخل لوله ها قرار داده میشوند.برای اطلاع از قیمت دیگ بخار تماس بگیرید.

چهار گوش