سیستم توزیع بخار: طراحی، عملکرد و نگهداری
سیستم توزیع بخار پیوند حیاتی بین مولد بخار و کاربر بخار در هر واحد فرآیندی است. این سیستم بخار را از منبع مرکزی به نقطه استفاده با کیفیت، مقدار و فشار صحیح منتقل می‌کند. در این آموزش به روش‌های طراحی، عملیات و نگهداری یک سیستم توزیع بخار کارآمد و ایمن خواهیم پرداخت.
چیست سیستم توزیع بخار؟
سیستم توزیع بخار به عنوان یک شبکه از لوله‌ها، شیرها، اتصالات و تجهیزات مکمل تعریف می‌شود که بخار را از دیگ یا واحد تولید مشترک به تجهیزات مصرف‌کننده بخار در واحد فرآیندی منتقل می‌کند.
سیستم توزیع بخار می‌تواند به دو بخش تقسیم شود: خطوط اصلی بخار و لوله‌های شاخه‌ای. خطوط اصلی بخار لوله‌های بزرگی هستند که بخار را از دیگ به جهت عمومی واحد منتقل می‌کنند. لوله‌های شاخه‌ای لوله‌های کوچک‌تری هستند که بخار را از خطوط اصلی به تجهیزات فردی منتقل می‌کنند.
اهداف اصلی یک سیستم توزیع بخار عبارتند از:
ارائه بخار خشک و اشباع به فرآیند با فشار و دما مورد نیاز.
کمینه کردن ضایعات حرارتی و تبخیر در لوله‌ها و اتصالات.
جلوگیری ازضربه آبی، فرسایش، زنگ‌زدگی، صدای مزاحم و مشکلات دیگر ناشی از طراحی یا عملیات نامناسب.
کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی با بهینه‌سازی اندازه لوله، عایق، پشتیبانی و ترتیب‌بندی.
طراحی سیستم توزیع بخار
طراحی یک سیستم توزیع بخار شامل عوامل مختلفی مانند:
فشار کاری تولید بخار: این فشار حداکثری است که دیگ یا واحد تولید مشترک می‌تواند بخار تولید کند. این فشار به نوع و ظرفیت دیگ، سوخت مورد استفاده و نیازهای فرآیندی بستگی دارد.
حداقل نیاز فشاری در انتهای فرآیند: این حداقل فشاری است که تجهیزات مصرف‌کننده بخار می‌توانند به طور کارآمد و ایمن عمل کنند. این فشار به نوع و ظرفیت تجهیزات، شرایط فرآیندی و حاشیه‌های ایمنی بستگی دارد.
اتلاف فشار در سیستم: این تفاوت بین فشار تولید بخار و فشار فرآیند است. این اتلاف توسط مقاومت اصطکاکی در لوله‌ها و اتصالات، تبخیر در لوله‌ها به دلیل انتقال حرارت به محیط اطراف و شیرهای کاهنده فشار (PRVs) در صورت استفاده ایجاد می‌شود.
کیفیت بخار: این معیاری است برای اندازه‌گیری چقدر بخار خشک و اشباع است. این کیفیت به طراحی، عملیات و نگهداری دیگ و همچنین سیستم خارج‌سازی کندينزات بستگی دارد. کیفیت ضعیف بخار می‌تواند منجر به بخار مرطوب شود که می‌تواند مشکلاتی مانند فرسایش، زنگ‌زدگی، ضربه آبی، کاهش کارایی انتقال حرارت و خسارت به تجهیزات ایجاد کند.
برای طراحی یک سیستم توزیع بخار که این اهداف و عوامل را برآورده کند، مراحل اساسی زیر وجود دارد:
تعیین تقاضای بخار هر تجهیز به صورت نرخ جریان جرمی، فشار، دما و کیفیت.
انتخاب یک فشار تولید بخار مناسب که بتواند حداقل نیاز فشاری در انتهای فرآیند را با حاشیه کافی برای اتلاف فشار در سیستم برآورده کند.
محاسبه اتلاف فشار در هر بخش از سیستم با استفاده از فرمول‌های تجربی یا ابزارهای نرم‌افزاری. عواملی مانند قطر لوله، طول، خشکی، خمیدگی‌ها، اتصالات، شیرها، ضخامت عایق، دمای محیط و غیره را در نظر بگیرید.
انتخاب یک اندازه لوله مناسب برای هر بخش از سیستم که بتواند جریان بخار مورد نیاز را با حداقل اتلاف فشار و هزینه منتقل کند. از اندازه‌های استاندارد لوله استفاده کنید و تغییرات نامناسب در قطر را اجتناب کنید.
نصب PRVs در جاهای لازم برای کاهش فشار بخار به منظور تناسب با مناطق یا تجهیزات فرآیندی مختلف. از جداکننده‌ها قبل از PRVs برای خارج کردن کندينزات متخلخل استفاده کنید تا بخار با کیفیت بالا تضمین شود. از شیرهای ایمنی بعد از PRVs برای محافظت از سیستم در صورت شکست PRVs استفاده کنید.
نصب دستگاه‌های خارج‌سازی کندينزات مناسب مانند شیرهای بخار، شیرهای خلاء و پمپ‌های کندينزات در طول سیستم برای جلوگیری از تجمع کندينزات و تضمین ارسال بخار خشک. از انواع مختلف شیرهای بخار مانند شیرهای حرارتی یا مکانیکی بر اساس کاربرد استفاده کنید. عواملی مانند نوع نصب (خارج‌سازی انفرادی یا گروهی)، بار کندينزات (مستمر یا متناوب)، فشار و دمای عملیاتی (بالا یا پایین) و غیره را در نظر بگیرید.
فراهم کردن سیستم‌های مناسب گسترش و پشتیبانی لوله برای تطبیق با گسترش و انقباض حرارتی لوله‌ها به دلیل تغییرات دما. از جوین‌های گسترش یا حلقه‌ها در جاهای لازم برای اجازه حرکت لوله بدون ایجاد تنش یا نشت استفاده کنید. از پشتیبان‌های لوله یا دستگاه‌های نصب در فواصل منظم برای جلوگیری از آویزان شدن یا لرزش لوله‌ها استفاده کنید.
فراهم کردن عایق مناسب برای تمام لوله‌ها و اتصالات برای کاهش ضایعات حرارتی و تبخیر. از مواد عایق‌بندی مناسب بر اساس دما، مقاومت در برابر رطوبت، مقاومت در برابر آتش و غیره استفاده کنید. از وجود شکاف‌ها یا آسیب در عایق که می‌تواند لوله‌ها را به هوای محیطی معرض بگذارد اجتناب کنید.
فراهم کردن تهویه مناسب برای تمام فضاهای بسته که لوله‌ها در آنجا قرار دارند برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد یا تجمع رطوبت. از ونتیلیتورها یا موتورهای بادکننده در جاهای لازم برای تضمین گردش هوا استفاده کنید.
عملیات و نگهداری سیستم توزیع بخار
عملیات و نگهداری یک سیستم توزیع بخار برای تضمین کارایی، ایمنی و قابلیت اطمینان آن ضروری است. برخی از رویکردهای رایج عبارتند از:
نظارت و کنترل پارامترهای کلیدی مانند نرخ جریان بخار، فشار، دما و کیفیت با استفاده از ابزارهایی مانند مترهای جریان، گیج‌های فشار، ترمومترها و مترهای هدایت الکتریکی. عملیات دیگ، PRVs یا دستگاه‌های دیگر را به صورت لازم تنظیم کنید تا شرایط بهینه حفظ شود.
بازرسی و تست تمامی مولفه‌ها به صورت منظم برای عملکرد صحیح، نشت، اپراتوری یا آسیب. هر قطعه خراب را به سرعت تعویض یا تعمیر کنید.
تمیز کردن و شستشوی تمامی لوله‌ها و اتصالات به صورت دوره‌ای برای خارج کردن مقیاس، زنگ‌زدگی یا آب‌سنگی که می‌تواند باعث بلوکه شدن، کاهش کارایی انتقال حرارت یا افزایش اتلاف فشار شود.
لیوی‌کردن تمامی قطعات متحرک مانند شیرها، شیرهای بخار یا پمپ‌ها بر اساس توصیه‌های سازنده برای جلوگیری از اصطکاک، صدای مزاحم یا گیر کردن.
بازرسی و تکمیل مواد عایق‌بندی به صورت لازم برای جلوگیری از تخریب یا از دست دادن به دلیل مواجهه، رطوبت یا آسیب مکانیکی.
مزایا و معایب تولید بخار در فشار بالا
تولید بخار در فشار بالا نسبت به فشار پایین یا متوسط مزایا و معایبی دارد.
برخی از مزایا عبارتند از:
تولید بخار در فشار بالا حجم نسبتاً کمتری نسبت به فشار پایین اشغال می‌کند که منجر به کاهش اندازه لوله، هزینه و ضایعات حرارتی می‌شود.
تولید بخار در فشار بالا باعث بهبود کیفیت بخار از طریق کاهش محتوای رطوبت و افزایش اشباع می‌شود.
تولید بخار در فشار بالا امکان تنظیمات بیشتر PRV برای مناطق یا تجهیزات فرآیندی مختلف را فراهم می‌کند.
برخی از معایب عبارتند از:
