طراحی دیگهای بخار
در طراحی دیگهای بخار باید گفت دیگ بخار گرمایشی لارس، در سه مدل از دیگهای بخار در بازار وجود دارد که آنها شامل بخش ریخته گری (C.I.S.)، لوله آب افقی (H.W.T.) و لوله آتش افقی (H.F.T.) بودند.
صدها هزار از این دیگهای بخار در حال استفاده می باشد و باید گفت که وقتی همه شرایطی که در آنها کار می کنند رضایت بخش هستند، آنها کارایی قابل قبولی و قابلیت اطمینان و عمر مفید را دارا هستند.
در طی یک دوره ۵۰ ساله، این سه طرح به تدریج دیگ بخار عمودی لوله را که در یک زمان استاندارد استاندارد پذیرفته شده بودند، به حالت تعلیق درآوردند.
دیگ بخار ایستاده
دیگ بخار ایستاده لوله در روز اول اولین دیگهای بخار شده ای که پس از کتری چای ساخته شده بود، جابجا شده بود، و بخار خارج شده از چاله (شکل ۱).
متاسفانه در شرایطی که بویلرها کار می کنند، همیشه ایده آل و یا حتی رضایت بخش نیستند و آن به دلیل وجود یک کار بزرگ تعمیر و بازسازی دیگها است.
صفحات زرد در هر شهر بزرگ ایده هایی را درباره حجم تعمیرات بویلر ارائه می دهند.
این لیست ها به کار تعمیراتی که توسط شرکت های کوچک انجام می شود و در صفحات زرد لیست نشده اند مربوط هست.
باید تأکید کرد که برخی از دیگهای بخار که طراحی شده اند و یا به روش غیر دقیق و بی نظیر تولید می شوند.
اکثر دیگهای بخار با کیفیت خوب هستند و خرابی هایی که کار تعمیر و بازسازی دیگ بخار را تداوم می بخشد، عمدتا به شرایط نامساعد که تحت آن بویلر مشکلی قرار گرفته است.
به همین دلیل است که دیگهای بخار به شدت تحت شرایط محیط نامطمئن عمل می کنند و از اهداف اصلی طراحی لارس در واقع توسعه یک دیگ بخار بود طوریکه دیگ های معمولی نمی توانند آن شرایط را تحمل کنند.
شکل ۱: بالا: دیگ بخار “Kettle Tea” در اوایل.
پایین: دیگ بخار عمودی لوله عمودی معمولی.
در این بولتن ما تلاش خواهیم کرد به جزئیات توضیح دهیم که چگونه بخشش به طراحی دیگ بخار Laars طراحی شده است.
ابتدا اجازه دهید برخی از مسائل مربوط به زمینه را که منجر به شکستهای بویلر شده اند، لیست کنیم.
- معرفی آب خام به سیستم گرمایشی.
- تغییرات سریع در دمای آب دیگ بخار.
- دیگ بخار با دمای پایین آب.
مشکل دوم سیستم “باز”
این معمولا ناشی از (الف) یک یا چند نشت در سیستم یا (ب) ورود به سیستم از مخزن انبساط است که منجر به افزایش خروج آب یافته از طریق شیر تخلیه فشار در هر بار افزایش درجه حرارت سیستم می شود.
در سیستم کاملا تنگ، مهر و موم شده مقدار لجن یا مقیاس کشف شده بسیار کم است، و اکثر دیگهای بخار سال را بدون تردید تحمل خواهد کرد.
با این حال، اگر آب خام، حتی در مقادیر کم، در سیستم جریان یابد، وضعیت کاملا متفاوت داریم. ماهیت مشکلات ایجاد شده توسط جریان آب خالص بستگی به کیفیت آب خام دارد.
خوردگی
سرعت آب را از طریق طرح های دیگهای مختلف بررسی کنیم، همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده است.
دیگ Laars
از این جدول روشن است که آب در آستر آهن، لوله افقی آب و دیگهای لوله افقی نسبت به Laars یا حتی سیستم لوله ای آهسته تر حرکت می کند.
تأثیر لجن بر دیگ
یکی دیگر از نکات مهم در نظر گرفتن این که تأثیر لجن بر دیگ بخار؛ شکل ۲ یک طرح کلی از چهار طرح را نشان می دهد.
نتیجه گیری
پاراگراف های فوق با تأثیرات جریان آب نرم یا تهاجمی به یک سیستم گرمایشی ارتباط دارند.
مواد معدنی
مواد معدنی تشکیل دهنده مقیاس از زمانی که آب گرم می شود، رسوب می کند و این مواد معدنی در گرما ترین سطوح انباشته می شوند.
این باعث می شود بخش کرک در C.I.S و سوزاندن از کمترین لوله در H.W.T یا سوزاندن از لوله کوره در H.F.T در مورد دیگهای لارس سرعت آب بالا دوباره سودمند است، زیرا میزان انباشت سنگین را به شدت کاهش می دهد.
در صورتیکه هر دیگ بخار برای دوره های طولانی تحت شرایط پوسته پوسته شدن ایجاد شود آسیب جدی خواهد بود.
حذف عوامل مخرب در دیگ بخار و تعمیرآن
در صورتی که آب ورودی نرم و خورنده باشد، لجن حاصل از دیگ بخار خارج می شود و از طریق سیستم پخش می شود.
مشکل تغییرات سریع در دمای آب
تغییرات دما سریعا در سیستم های گرمایشی خنک کننده ترکیب می شوند.
هر کس موافق است که یک سیستم به خوبی طراحی شده موجب حفاظت و جلوگیری از ورود آب سرد را به دیگ بخار و جلوگیری از چرخش سریع سیستم بین حرارت و خنک کننده داشته باشد.
واقعیتهای بدی که بسیاری از دیگهای بخار به این شکل صدمه می بینندکه این بسیار ناخوشایند است.
جدول۱
موضوع انتقال حرارت در یک دیگ
در جریان انتقال گرما از گاز داغ به آب در یک دیگ، دو موانع عمده مواجه می شوند.
در خصوص گازهای داغ یک شرایط مشابه وجود دارد.
گازهای احتراق داغ که با سطوح انتقال تماس دارند،، خنک می شوند و در یک فیلم ضخیم به فلز متصل می شوند.
دوباره (مانند آب) این فیلم راکد به عنوان یک عایق عمل می کند و جریان گرما را مسدود می کند.
یک مشکل دیگر در سمت گاز به علت کم بودن حرارت گاز در مقایسه با آب در طرف دیگر بوجود می آید. یک فوت مکعب آب در هنگام بالا بردن ۱۰ درجه، ۶۲۴ BTU را جذب می کند، در حالی که یک فوت مکعب هوا هنگام بالا رفتن ۱۰ درجه فارنهایت، فقط ۱۶۵ BTU را جذب می کند.
روش دیگر این است که برای هر فوت پایه مکعب آب با سطح انتقال (و افزایش دما در ۱۰ درجه فارنهایت) باید ۲۵ فوت مکعب محصولات احتراق (در حدود ۲۰۰۰ درجه فارنهایت) تامین شود.
علاوه بر این، به دلیل هدایت ضعیف، گاز حرارت آن را آهسته تر می کند از آن است که آب می تواند آن را جذب کند.
جدول ۴
انتقال گرما
در شکل فوق انتقال گرما از گاز داغ از طریق یک دیوار لوله به مایع (مانند آب). دمایی که در آن وجود دارد میتواند اتصال هدایت گرمایی بحرانی بین فین و لوله را از بین ببرد.
به همین علت استفاده از مواد سطح در سطح دیگهای بخار تا زمان تولید لوله مسطح ناپیوسته به تأخیر انداخته شد.
توسعه لوله بیس بال مسی به طراح دیگ، یک ماده انتقال حرارت ایده آل را ارائه داد که او را قادر ساخت بسیاری از پیشرفت های اساسی در طراحی بویلر داشته باشد.
این نسبت تقریبا ایده آل ۸ برابر بیشتر از سطح گاز را نسبت به طرف مرطوب ارائه می دهد. این مس از مس ساخته شده است که ۸٫۵ برابر هدایت کننده تر از آهن یا فولاد است و بسیار مقاوم در برابر خوردگی به محصولات آب و گاز مایع است.
این طرح طراح دیگ را قادر می سازد تمام سطوح انتقال حرارت لازم برای عملیات کارآمد را فراهم کند و در عین حال، میزان آب را کاهش داده و سرعت آب را به میزان مطلوب افزایش دهد.
جدول ۵
از دیگر و مهم ترین نکته این است که در حال حاضر ممکن است برای اولین بار ترتیب سطوح انتقال حرارت به گونه ای باشد که هر خطی اینچ لوله با حداکثر کارایی کار می کند و دقیقا همان مقدار گرما را جذب می کند.
در گذشته یکی از محدودیت های جدی طراحی طراحی بویلر مواد متعارف (چدن، لوله های فولادی یا لوله های مس مس)، اندازه و انبوه سطوح انتقال غیر ممکن بود.
بیش از یک درصد کوچک از سطح در تماس مستقیم با شعله و در موقعیت برای جذب انرژی تابشی از جرم شعله.
طراحان بویلر برای مدت طولانی به این نتیجه رسیده اند که تنها سطوحی که در تماس با محصولات احتراق خنثی قرار می گیرند و در معرض انرژی تابشی توده شعله کار می کنند.
بخش عمده ای از مواد انتقال متعارف غیرممکن بود که بیش از یک کسر سطح در این موقعیت کارآمد قرار گیرد.
نیاز به رتبه بندی “اسب بخار”
عملکرد دیگهای درجه بندی شده با فوت مربع در هر اسب بخار در دیگ بخار است.
یک اسب بخار در دیگ بخار برابر خروجی گرمایشی ۳۳،۴۷۵ BTU در ساعت است. بنابراین، یک دیگ بخار بر پایه پنج فوت مربع در هر اسب بخار دیگ درجه بندی شود.
یک روش واضح تر و دقیق تر از این می تواند بگوید که سطح مربعی متوسط در دیگ حدود ۶،۶۹۵ BTU در ساعت را جذب می کند. کلمه AVERAGE باید تحت تأثیر قرار گیرد.
بالاتر از آن واضح است که در بخش آهنگری، لوله افقی آب یا لوله افقی پایین ترین (گرمترین) سطوح جذب حدود ۱۱،۳۰۰ BTU در هر فوت مربع، در حالی که بالا
(جالب) سطح جذب حدود ۱۳۴۰ BTU در هر فوت مربع است.
این باید با سطوح در Laars مقایسه شود که در آن سطوح بیش از حد و یا سطوح خالی به کار رفته و جایی که هر مربع مربعی (نه مربع مستطیلی) ۱۰،۵۰۰ BTU را جذب کرده است، نه بیشتر و نه کمتر.
چند سال پیش، تولید کنندگان دیگ تنها تلاش خود را برای تولید بخش مرطوب محدود کردند. دیگران برای ایجاد جعبه (که قبلا کوره نامیده می شود) نامیده می شدند، تنظیم می کردند و عقب می انداختند، مشعل ها را تهیه می کردند، طراحی و نصب کنترل ها و سایر ترمینال ها را انجام می دادند و غیره.
یک دیگ بخار به سادگی سطوح انتقال را نادیده می گیرد. در حقیقت، برای کسب گواهینامه AGA یا CGA، احتراق باید بسیار تمیز و کامل باشد که در هر شرایط آزمایش، بیش از ۰۴٪ از مونوکسید کربن در محصولات دودکش قابل تحمل نخواهد بود.
محصولات احتراق دیگ بخار که مطابق با این الزامات هستند، کاملا تمیز و بدون سپرده به هیچ وجه. واضح است که هنگامی که برخی سطوح در ۱/۱۰ کارایی دیگران را انجام می دهند.
مقدار کل سطح معنای بسیار کمی را به عنوان اندازه گیری کارایی یا کیفیت دیگهای بخار می دهد. بدیهی است که میزان بهره وری از سطوح به مراتب مهمتر از سطح کلان است.
جدول ۶
آیا بویلرها می توانند بیش از حد کارآمد باشند؟
به نظر میرسد که بهتر است سطح کامل دیگ بخار، در نظر گرفته شود. توجه دقیق به واقعیت ها ما را به نتیجه ی اجتناب ناپذیری می رساند که این طور نیست.
درست است که، با همۀ چیزهای دیگر برابر است، افزودن سطح انتقال حرارت بیشتری به دیگ بخار، دمای دودکش را پایین می آورد و بنابراین کارایی را افزایش میدهد.
با این حال، کاهش دمای دودکش بیش از حد می تواند زیان آور و حتی خطرناک باشد.
گازهای دودکش باید دیگ بخار را با گرمای کافی برای انجام دو وظیفه حیاتی انجام دهند؛ گرمای باقی مانده در گازهای دودکش باید به اندازه کافی به (a) نگه داشتن ستون گاز در دریچه و دودکش به اندازه کافی گرم برای حفظ عمل پشته خوب، و (ب) برای جبران خسارات گرما از طریق دیواره های سیستم تخلیه.
گازهای دودکش در دیگ بخار
از نمودار همگرایی می توان دید که اگر دیگ بخار در محدوده معمول ۷ تا ۹ درصد CO2 عمل می کند و اگر راندمان واقعی احتراق ۸۰ درصد باشد، گازهای دودکش در محدوده ۳۰۵ تا F 410 درجه فارنهایت (بالاتر از محیط).
از بالا، مشخص است که دیگ بخار که در راندمان احتراق ۸۰٪ عمل می کند نزدیک به حد بالای عملکرد بی خطر است.
تمامی دیگهای آبگرم برای تطابق با نیاز اداره استاندارد تست می شوند. تست عملکرد شامل الزام ۷۵٪ گرمای بازده حرارتی است که حداقل به آب وارد شده میباشد.
علاوه بر این، استاندارد اجازه می دهد تا ۵٪ اضافی برای خروجی گرما از دیگ بخار برای پوشش حرارت تابشی از دست رفته بویلر به ساختمان.
سیستم های گرمایشی لارس
سیستم های گرمایشی لارس مطابق با این الزامات هستند، همانطور که همه دیگهای طراحی شده برای تایید طراحی شده اند.
تست تحت شرایط استاندارد فشار سنج و دما، و غیره انجام می شود و نه همه دیگهای بخار تحت شرایط مطلوب عمل می کنند.
برای یک چیز، دیگهای بخار واقع در یک پنت هاوس یا یک محوطه در بالای ساختمان می تواند با ایجاد تابش از پوشش دیگ، هیچ حرارتی به آن ساختمان اضافه ندهد، گرچه دیگ آبگرم دارای یک جرقه A.G.A. رتبه بندی بهره وری ۸۰٪. در این شرایط چنین رتبه بندی درست نیست.
در اندازه گیری یک دیگ بخار برای یک سیستم داده شده و بار گرما، مهم است که عوامل ایمنی را در محاسبات معرفی کنید تا از موقعیت هایی مانند دیگ بخار در محوطه پشت بام و همچنین پوشش مشکلات تامین سوخت برخوردار باشید.
در طول یک دوره بسیار سرد، کل سیستم توزیع گاز به شدت مالیات می گیرد.
در بعضی از مناطق که خطوط اصلی خط لوله گاز است، فشار گاز کاهش می یابد. اگر یک دیگ بخار با هیچ فاکتور ایمنی اندازه نباشد، می تواند خروجی نامشخص خود را در دوره ای که حداکثر ظرفیت آن بیشتر مورد نیاز است تولید کند.
دیگ بخار در حالت کلی برای ساخت تجهیزات در طراحی به بیش از ۲۵ سال گذشته بر میگردد.
در طول این دوره از زمان استفاده جدید از این تاسیسات بوجود می آید و بسیاری از افزوده شدن به گرمای بار می تواند رخ دهد.
بجز برخی از عوامل ایمنی به تقاضای اولیه محاسبه شده، بارهای بعدی باعث یک مشکل جدی می شود.
بعضی از تولید کنندگان دیگ را بدون استفاده از فاکتورهای بهره وری ۸۰٪، از استفاده از ضریب بهره وری ۸۰ درصد، بدون هیچ گونه رزرو، توصیه می کنند.
اگر شما مطمئن شوید که یک فاکتور ایمنی را در اندازه گیری دیگ بخار خود داشته باشید، بهتر است به مشتری خود خدمت کنید.
اندازه گیری دیگ بخار
هنگام اندازه گیری دیگ بخار، باید ارتفاع بالای سطح دریا را در نظر بگیرید.
تمام امتیازات BTU برای سطح دریا؛ همانطور که به ارتفاعات بالاتری می رسیم، تراکم سوخت کاهش می یابد و مقدار اکسیژن نیز کاهش می یابد.
به طور معمول، دیگهای بخار ۴٪ برای هر ۱۰۰۰ فوت ارتفاع از سطح دریا کاهش می یابد و لارس دیگ بخار را با توجه به ارتفاع که در آن عمل می شود، ساخت می کند.
مراقب باشید از مشخصات گاز. گاهی اوقات محتوای BTU سوخت متفاوت از استاندارد است که توسط انجمن گاز آمریکا در لوازم رایانه استفاده می شود.
در نظریه الکتروشیمیایی خوردگی
خوردگی
در سیستم های گرمایش آب گرم بسته کیفیت آب نرم یا متوسط سخت است و اکسیژن آزاد به زودی آزاد می شود پس خوردگی بیشتر سیستم نمی تواند رخ دهد.
آهن در برابر خوردگی حتی در حضور اکسیژن (جایی که آب شیرین به یک سیستم بسته اضافه می شود) مقاوم است.
فاز گرافیت مخلوط با اکسید آهن،
سیستم های گرمایش لارس از بیش از ۴۰ سال در سیستم های آب گرم استفاده می کنند که از آب خام و سیستم های بسته استفاده می کنند، بدون هیچ گونه شواهدی از مشکلات مربوط به خوردگی فلزات متفاوتی.
