البخار المُسخّن ورسم بياني لمرحلتي البخار

البخار المحموم

عندما يمر البخار المشبع الذي تم إنتاجه في غلاية البخار عبر سطوح نقل الحرارة، سيبدأ درجة حرارته في الارتفاع فوق درجة الغليان أو التشبع.
يُوصف البخار بأنه محموم إذا كانت درجة حرارته أعلى من درجة حرارته عند التشبع. درجة التحميم ترتبط بشكل مباشر بدرجة حرارة البخار بعد تسخينه فوق درجة التشبع.

يمكن توفير التحميم فقط للبخار المشبع وليس للبخار الذي يحتوي على رطوبة. لكي يتم تحقيق التحميم، يجب أن يمر البخار المشبع عبر مبادل حراري آخر. يعتبر هذا المبادل الحراري للتحميم بمثابة مبادل حراري ثانوي داخل الغلاية. يعتبر الغاز الدافئ الخارج من الغلاية أفضل طريقة لتوفير الحرارة للبخار المشبع.

البخار المحموم يجد تطبيقاته في محطات توليد الكهرباء بالبخار لإنتاج الطاقة الكهربائية. في توربينات البخار، يدخل البخار المحموم من أحد النهايات ويخرج من النهاية الأخرى إلى المكثف (قد يكون من نوع مبرد بالماء أو الهواء). الفرق في الطاقة بين دخول البخار المحموم ومخرجه يتسبب في دوران رотор التوربين. يحدث تقلص تدريجي في طاقة البخار أثناء مروره عبر روتر التوربين.

لذلك، من الضروري أن يكون هناك تحميم كافٍ عند مدخل التوربين لتجنب تكاثف البخار الرطب في الجزء الأخير من روتر التوربين.

بشكل أساسي، يحتوي روتر التوربين على عدة مراحل ويجب على البخار أن يمر عبر كل مرحلة قبل الوصول إلى المكثف. لذلك، إذا لم يتم توفير التحميم الكافي في البخار عند مدخل التوربين، فقد يصبح البخار مشبعًا عند الوصول إلى المراحل اللاحقة من الروتر ويزداد رطوبته عند المرور عبر كل مرحلة متتالية.

البخار الرطب في نهاية الروتر خطير للغاية لأنه قد يؤدي إلى ضربة الماء وتآكل شديد في المراحل الأخيرة من شفرات التوربين. من أجل التغلب على هذه المشكلة، يُنصح بتصميم معلمات دخول البخار للتوربين بحيث يتم السماح للبخار المحموم بالدخول إلى مدخل التوربين وأن تكون تصميمات مخرج التوربين متوافقة مع معلمات البخار القريبة من الشروط المشبعة.

من أبرز الأسباب لاستخدام البخار المحموم في توربين البخار هو التحسين الملحوظ في كفاءة الدورة الحرارية.

يمكن تحديد كفاءة المحرك الحراري باستخدام:

كفاءة دورة كارنو: نسبة الفرق في درجة الحرارة بين الدخول والخروج إلى درجة الحرارة عند الدخول.

كفاءة دورة رانكين: نسبة الطاقة الحرارية عند مدخل ومخرج التوربين إلى الطاقة الحرارية الكلية المستخرجة من البخار.
2. مثال على حساب كفاءة دورة كارنو وكفاءة دورة رانكين.
تفسير بالمثال:
تم تزويد التوربين بـ بخار محموم بضغط 96 بار وبدرجة حرارة 490oC. الخرج عند 0.09 بار ورطوبة 12%.
درجة حرارة البخار المشبع هي: 43.7oC
تحديد ومقارنة كفاءة دورة كارنو و دورة رانكين.
إجراء لتحديد كفاءة دورة كارنو :

إجراء لتحديد كفاءة دورة رانكين :
حيث،

الحرارة الحسية في المكثف المقابل لضغط الخرج 0.09 بار بالكيلوجول/كجم = 183.3
3.
مخطط المرحلة البخارية هو تمثيل رسومي للبيانات الواردة في جدول البخار. يقدم مخطط المرحلة البخارية العلاقة بين الإنتالبيا ودرجة الحرارة بحسب الضغوط المختلفة. الإنتالبيا السائلة hf. يتم تمثيل ذلك بواسطة الخط A-B في مخطط المرحلة. عندما يبدأ الماء في استقبال الحرارة من 0oC، فإنه يستقبل جميع إنتالبيته السائلة على طول خط الماء المشبع A-B في مخطط المرحلة.

إنتالبيا البخار المشبع (hfg): أي إضافة حرارية أخرى تؤدي إلى تغيير في المرحلة إلى البخار المشبع ويتم تمثيلها بواسطة (hfg) في مخطط المرحلة أي B-C.

نسبة الجفاف (x): عند تطبيق الحرارة، يبدأ السائل في تغيير فازته من سائل إلى بخار ثم تبدأ نسبة الجفاف للمزيج في الزيادة أي التحرك نحو الوحدة. في مخطط المرحلة، تكون نسبة الجفاف للمزيج 0.5 بالضبط في منتصف الخط BC. وبالمثل، عند نقطة c في مخطط المرحلة، تكون قيمة نسبة الجفاف 1.

خط C-D نقطة c تقع على خط البخار المشبع، أي إضافة حرارية أخرى تؤدي إلى زيادة درجة حرارة البخار أي بداية تحميم البخار الممثلة بخط C-D.
منطقة السائل → المنطقة على الجانب الأيسر من خط السائل المشبع
منطقة التحميم → المنطقة على الجانب الأيمن من خط البخار المشبع
منطقة ثنائية الطور → المنطقة بين خط السائل والبخار المشبع وهي خليط من السائل والبخار. خليط بنسب جفاف مختلفة.
نقطة الحرجة → هي نقطة الذروة حيث يلتقي خط السائل والبخار المشبع. تنخفض إنتالبيا التبخر إلى الصفر عند نقطة الحرجة، مما يعني أن الماء يتحول مباشرة إلى بخار عند نقطة الحرجة وما بعدها.
أعلى درجة حرارة يمكن أن يصل إليها السائل أو يوجد فيها تعادل لنقطة الحرجة.
معلمات نقطة الحرجة → درجة الحرارة 374.15oC
الضغط → 221.2 بار

القيم التي تتجاوز هذه تعتبر قيم فوق حرجة وهي مفيدة في زيادة كفاءة دورة رانكين.

بيان: احترام الأصل، المقالات الجيدة تستحق المشاركة، إذا كان هناك انتهاك للحقوق يرجى التواصل لحذف.