عیب یابی و رفع مشکلات سیستمهای بخار

تلفن زنگ می زند: «الو؟ موتورخانه؟ من از طبقه چهارم تماس میگیرم. اینجا دچار ضربه قوچ شده ایم و کمی آب از اتو کلاوها بیرون می ریزد. شما مشکلی ندارید؟» «نه، دیگها به خوبی کار می کنند.» «مطمئن هستید؟» «بله، یکی از مهندسان نگهداری هفته قبل اینجا بود و کیفیت بخار ما را از لحاظ شیمیایی تایید کرد.» «ولی کیفیت بخاری که ما دریافت می کنیم اصلا قبل قبول نیست.»

اگر دیگها مسبب این شرایط نباشند پس چه عامل و یا عواملی در تولید بخار مرطوب در این مثال دخیل هستند؟ این مقاله شرحی است بر یافتن پاسخ این پرسش و علاوه بر آن می کوشد تا به موضوع زدودن آب از سیستمهای توزیع بخار نیز بپردازد. چنین مشکلی تنها با پرداختن به تله های بخار رفع نخواهد شد بلکه باید کل طرح و نقشه لوله کشی، روالهای راه اندازی و آغاز به کار و عملکرد دیگ را مورد بررسی قرار دهیم.

• عایقکاری و آب ریزهای(Drips) مناسب

عایقکاری لوله ها نقشی بسیار مهم در جلوگیری از مشکلات مرطوب بودن بخار ایفا می نماید. به عنوان مثال یک فوت لوله بخار ۸ اینچی فاقد عایق به اندازه ای حرارت از دست می دهد(تابشی) که باعث چگالیده شدن بیش از ۲ پوند بخار در ساعت خواهد شد(فشار بخارpsi۱۲۵و دمای هوای ساکن اطراف ۷۵درجه فارنهایت فرض شده است). این لوله ظرف مدتی کمتر از نه ساعت به طور کامل از آب پر خواهد شد. البته هر چقدر هم عایقکاری بخوبی انجام شود نمی توان بطور کامل از تشکیل آب در لوله ها جلوگیری نمود. در اینجا آب ریز ها وارد عمل می شوند. 

• لوله کشی سیستم توزیع بخار و تخلیه

بخشی عمده از کار نصب یک دیگ بخار صرف هِدِر سیستم می شود. هدر در واقع لوله است که به طور افقی نصب می گردد. هدر از بالا یا کنار توسط دیگ تغذیه می شود ولی کلیه انشعابات توزیع بخار از بالای آن اجرا می شوند.هدر منطقه ای است که فاز نهایی جداشدن بخار و آب در آن روی می دهد. اگر یک دیگ مقدار زیادی آب وارد هدر سازد، آب لوله ها را پر کرده و در تمام سیستم ضربه قوچ روی داده و بخار متناسبا “مرطوب” خواهد شد این آب از کجا می آید؟

مگر نه اینکه دیگها را برای تولید بخار به کار می بریم، دیگها در صورتیکه مجهز به سوپر هیتر نباشند، همواره مقداری آب با بخار خارج می سازند آبی را تصور کنید که درون یک کتری در حال جوشیدن است. حرارت شعله را تا جایی که امکان دارد زیاد کنید و درِ کتری را بردارید. می بینید که عمل مکانیکی جوشش می تواند چقدرآشفته باشد؟ آبی که بدین ترتیب از دیگ خارج می شود وارد هدر می گردد. منشا اصلی ورود آب به هدر، انتقال) ۵)Carry Over تا ۱۰ درصد از بار بخاری که دیگ به صورت مایع بیرون می ریزد. انتقال عادی زمانی روی می دهد که حباب های بخار توربولانس یا اغتشاش ایجاد نمایند و قطرات آب همراه با بخاری که حدودا ۴۵۰۰ فوت در دقیقه سرعت دارد از دیگ خارج می شوند.

زمانی که بار از این حد فراتر رود پدیده های کف کردن، فرار ریزش Surging و یا اغتشاشات سطح آب دیگ روی خواهند داد. البته ذرات جامد اصلی ترین عامل پدیده کف کردن می باشند. دوباره به مثال جوشش آب در کتری باز می گردیم؛ این بار قابلمه ای را در نظر بگیرید و به آب در حال جوشش مقداری اسپاگتی اضافه نمایید. آب در این حالت بیشتر میل به سر رفتن دارد و زمانی که درِ قابلمه را بر می دارید حبابهای کف داری را ملاحظه می نمایید. پدیده مشابهی در درون دیگها روی می دهد و به همین دلیل در داستان اول این مقاله، اپراتور دیگها به بازدید مهندس نگهدار اشاره می کند که کیفیت بخار را از لحاظ «شیمیایی » تست نموده است. متخصصان شیمی با نمونه برداری از بخار و آب هدر، مقدار جامدات
موجود در آنها و نیز سطح pH آب درون دیگ را اندازه گیری مینمایند. جامدات و pH به نوعی به هم مرتبط می باشند. اگر ph آب دیگ از ۱۱ بالاتر رود، احتمال تشکیل کف در آب دیگ زیاد است، در حالی که وجود مقادیر زیاد ذرات جامد در هدر نشان دهنده کف کردن آب دیگ میباشد. متخصص نگهداری در چنین شرایطی یا تغییراتی در مواد افزودنی
شیمیایی به آب اعمال می کند و یا این که نرخ تخلیهblowdown را تصحیح می نماید. افزایش نرخ تخلیه موجب خواهد شد تا جامدات با سرعت بیشتری از دیگ خارج شوند و احتمال کف کردن آب بر اثر مواد معدنی کاهش یابد نوسانات بار و افت فشار نیز به مانند ذرات جامد از عوامل مهم خروج شدید آب از دیگها می باشند. افت ناگهاتی فشار سیستم اثری مشابه باز کردن درِ رادیاتور داف یک خودرو را دارد؛ آب به همه جا خواهد پاشید. افت فشار باعث می شود تا آب به شدت بجوشد و به صورت ذرات ریز وارد بخار گردد. در این حالت نه تنها آب می جوشد بلکه حبابهایی که تشکیل می شوند بزرگ تر هستند. کم بودن فشار سبب افزایش حجم بخار میشود. حبابهای بزرگ تر به معنی بالا رفتن سطح آب در دیگ است که به انتقال بیش از معمول آب می انجامد.

طراحی هدر
دیگها روز به روز و با توجه به ملاحظات اقتصادی کوچک تر می شوند. مشکلات کیفیت بخار در دیگهای کوچک تر محتمل تر بوده و به همین دلیل عملکرد هدر حیاتی ترمی گردد. اما از سوی دیگر با کاهش فضای موتور خانه تعبیه هدر های مناسب نیز سخت تر شده است.

ضربه قوچ
لوله اصلی که از دیگ بیرون میآید معمولا پس از ۲ یا ۴ فوت بالا رفتن به بالای هدر وارد میشود هدر باید حداقل هم اندازه لوله خروجی از دیگ باشد. به عنوان مثال اگر دیگی دارای خروجی 12 اینچی است می توان هدر را از لوله های ۱۲ یا ۱۴ اینچی انتخاب نمود با اجرای این لوله کشی و وارد کردن خروجی دیگ از بالا هدر، آب به درون هدر می ریزد. بنابراین باید هدر را در سمت حرکت جریان شیب داد)اگر یک جهتی است( و یا تراز نمود )اگر با دو جهت روبرو هستیم( و با ایستگاههای آب ریز )یکی برای هر انتهای هدر درحالت دو جهتی( مجهز ساخت. از آنجا که هدر معمولا درصدی از بار دیگ را به صورت آب دریافت می کند، تله هایی که برای آن به کار برده می شوند بزرگ تر از آنهایی خواهند بود که در آب ریزها نصب می شوند. این تله ها غالباً برای تحمل ۱۰ درصد بار دیگ انتخاب می شوند؛ آب ریزهای بخار یعنی فرضا جریان ۲۰۰۰۰ پوند در ساعتی یک دیگ بخار ۵۷۵ اسب بخاری، نیازمند تله ای خواهد بود که تحمل و ظرفیت ۲۰۰۰ پوند در ساعت را داشته باشد. در حالی که اکثر آب ریز های همین سیستم برای باری بین ۵۰ تا ۲۰۰ پوند در ساعت انتخاب می شوند. عمل کردن صحیح تله های نصب شده بر هدر را چک کنید. اگر دیگ مقدار زیادی ذرات جامد به بیرون پرتاب کند احتمال گرفته شدن تله ها وجود خواهد داشت. این تله ها به دلیل این که بزرگ هستند در صورت خرابی، بخار زیادی را به هدر خواهند داد و چون به ونت برگشت نزدیک هستند، خرابی آنها به سرعت مشخص می شود. تعمیراین تله ها به دلیل جمع شدن مواد معدنی در شیرهای ایزولاسیون دشوار می باشد و در نتیجه، تله هدر گاهی شیر خود را از دست می دهد. ببینید آیا تله هدر سرد است یا خیر. لوله های اصلی بخار، بخار را از هدر به انشعابات مصرف کننده ها می رسانند. آبی که در این لوله ها وجود دارد بر اثر از دست دادن حرارت بخار به وجود آمده و یا آبی است که از دیگ خارج شده و از هدر نیز عبور کرده است. البته همانطور که عنوان شد، مقدار این بارها قابل توجه نمی باشد. بارهای بخار بسیاری از مشکلات بر اثر بارهای بخار ایجاد می شوند. دستگاههای استریل کننده بیمارستانی از مصادیق کلاسیک این گفته می باشند. بار بخار این دستگاهها در حالت عادی کم است ولی به محض این که ابزار آلات پزشکی و سایر مواد داخل دستگاه قرار داده می شوند و درِ آن بسته و محکم می شود، اوضاعشکل دیگری به خود می گیرد. دراین زمان شیر باز شده و بخار به شدت به درون محفظه ریزش می
نماید. جریان بخار به یکباره سرعت را از نسیمی آرام به تند بادی یک درصد مایل در ساعت تغییر میدهد که هر چه در مسیر آن باشد میشوید و با خود بر می دارد. آب ریز مجهز به تله در یک لوله اصلی این حرکت مانند برسهای تمیز کردن داخل لوله ها تصور کنید؛ سرعت بالا تمام آب موجود در لوله را برداشته و به سمت انتهای خط جلو می برد. فیلترهای بخار
برای حل مشکلات بخار مرطوب در دستگاههای اتو کلاو و استریل کننده های بیمارستانی مفید هستند. فیلتر ها رسوبات و زنگی را که همراه با تند باد بخار حرکت میکنند، زدوده و در ضمن به عنوان جداکننده عمل کرده و جهت جریان را نیز تعدیل و آرام می نمایند.

لخته های چگالیده
هر نقطه کم ارتفاع و بدون تله، محل تجمع آب خواهد بود. بخاری که در بالای لوله حرکت می کند چون سرعت زیادی نسبت به آب دارد امواجی ایجاد کرده و آن را همراه
با خود بر می دارد مانند باد که برسطح دریاچه ای می وزد. زمانی که یکی از این امواج بالا آمده و لوله را ببندد احتمال ضربات قوچ خطرناک وجود خواهد داشت. اگر مواردی از
ضربه قوچ در لوله های اصلی بخار مشاهده شد باید سریعا برای شناسایی عامل ایجاد کننده آن و مشکلات پدید آمده اقدام نمود. زمان روشن کردن سیستم و راه اندازی، بارهای چگالیده
در بیشترین حد خود می باشند در حالی که فشار موجود برای بیرون راندن آب در سیستم ناچیز است. اما جدای از مرحله آغاز به کار سیستم، نقاط پایینی که از تله ای سرویس نمیگیرند محلهایی مناسب برای جمع شدن آب خواهند بود. جریان، آب را به درون زانویی ها می راند و تا زمانی آنجا می ماند که حجم آن به حد کافی زیاد شده و جلوی حرکت بخار را بگیرد. در چنین شرایطی مشکل بخار مرطوب پدید میآید بنابراین توصیه می شود که نقاط پایینسیستم را به نحو موثری آب ریزی نمایید. البته گاهی اوقات به نظر می رسد که ایستگاههای آب ریزی چندان مفید نیستند ولی این اتفاق زمانی می افتد که لوله کشی آنها به درستی انجام نشده باشد.

طراحی آب ریزها
در طراحی آب ریزها هرپه ابعاد را بزرگ تر در نظر بگیریم بهتر خواهد بود. متصل کردن یک لوله ۱ اینچی به انتهای یک لوله اصلی بخار ۸ اینچی بسیار ساده تر خواهد بود چون متصل کردن آب ریز ۴ اینچی چنانچه در این جدول توصیه شده است مستلزم اجرای جوش زینی با هزینه های بسیار زیاد خواهد بود. واضح است که بزرگ تر بودن آب ریزها نتیجه بهتری در بر خواهد داشت آب ریز های بزرگ تر در زمان آغاز به کار سیستم که بار چگالیده زیاد است و ظرفیت شیر تخلیه در برابر آن ناکافی می نماید، کار آمد خواهند بود. یک آب ریز بزرگ می تواند تا زمانی که ظرفیت شیر تخلیه با فشار افزایش می یابد بار چگالیده را تحمل نماید

تله گذاری در خطوط اصلی بخار تله های بخار مورد استفاده در لوله های اصلی بخار کوچک تر از تله هایی هستند که برای هدرها به کار برده می شوند اما بهترین فرصت را برای یکسان سازی تجهیزات در واحد فراهم می آورند. تله هایی با اندازه مشابه معمولا برای کلیه ایستگاههای آب ریزی قابل استفاده هستند البته بجز مورد لوله های اصلی بیرونی)بالای ۸ اینچی(. از آنجا که تله های مورد استفاده در آبریزها بین ۴۰ تا ۶۰ درصد از کل تله های بخار یک پروژه را تشکیل می دهند، بنابراین منطقی خواهد بود تا با طراحی ایستگاههای استانداردِ شیر و تله در هزینه ها و زمان صرفه جویی کنیم. این ایستگاهها را میتوان با اتصالات آماده و در ابعاد استاندارد تهیه نمود. همانطور که قبا اشاره شد بهتر است به دلیل
زیاد بودن مقطعی حجم چگالیده و مخاطرات احتمالی از تله هایی استفاده شود که در حالت باز از کارمی افتند. آب ریزهایی که همراه با زانویی نصب می شوند دارای قابلیت اضافه ای هستند. به جای این که آب پر سرعت به پشت سه راهی اصابت کند، سه راهی را میچرخانیم و. یک زانویی در آن محل اضافه می کنیم. بدین ترتیب به آب اجازه می دهیم تا به درون آب
ریز سقوط کند و نشتیهای مرموزی را که از اتصالات کم تحمل نشات می گیرند از بین برده می شوند. انشعابات لوله از لوله های اصلی همواره باید از بالای آنها صورت گیرد که حاوی خشک ترین بخار موجود خط است. اگر خشک بودن بخار برای استفاده ضروری باشد و مرطوب بودن آن مشکلاتی را برای مصرف کننده ایجاد نماید باید از جداکنندههای بخار) Seperator ( استفاده نمود. جداکننده های بخار تجهیزاتی بسیار مفید برای از بین بردن احجام بزرگ چگالیده بوده و وجود آنها در برخی از کاربردهای فرایندی لازم است. جدا کننده ها می توانند تا 90 % از بار آب بخار مرطوب را از بین ببرند. البته اگر دیگ مرتبا دچار کف کردن و یا ریزش آب به درون خطوط باشد مسلما باز هم بخاری مرطوب خواهیم داشت. لوله کشیهای خروجی انتهای پایین جداکننده ها را هرگز نباید کوچک تر ساخت و برای انتخاب اندازه میتوان به نکاتی که درباره آب ریزها عنوان شد مراجعه نمود. بدین ترتیب کیفیت عملکرد جداکننده بهبود قابل ملاحظه ای خواهد داشت.

• نتیجه گیری
  بخار مطلوب، داغ و خشک است و وقتی چنین نیست باید مشکل را در لوله کشی سیستم جستوجو کرد. مشکلات فرایندی، عملکرد ضعیف استریل کننده ها و نیز وجود کانالهای چکه کننده در اطراف رطوبت زنها همگی از نشانه های بخار مرطوب می باشند. جلوگیری از بروز این مشکلات دشوار نیست و در ضمن تصحیح و برطرف کردن آنها امکان پذیر است. بررسی و به کار بردن چند آزمون ساده معمولا به شناسایی منشا مشکلات بخار مرطوب منجر می گردد.

انتخاب تله های بخار
انتخاب نوع مناسب تله بخار برای لوله های اصلی بخار حائز اهمیت فراوان است چون برخی از انواع خاص تله های بخار به صورت بسته از کار میوفتند. این تله های بخار باعث جمع شدن چگالیده در خط اصلی بخار شده و ضمن ایجاد بخار مرطوب به پدید آمدن ضربه قوچ نیز کمک می کنند. تله های بخار شناور و ترموستاتیکFloat & Thermostatic
( معمولا به همین دلیل برای تخلیه چگالیده خطوط اصلی بخار توصیه نمی شوند. اگر شناور این تله بخار نشتی داشته باشد قادر به باز کردن شیر خروجی نخواهد بود و المانهای ترموستاتیک نیز در هر دو حالت با یا بسته امکان از کار افتادن را دارند. تله های بخار ترموستاتیک هم چون معمولا مقدار زیادی چگالیده را در بالا دست خود نگه می دارند برای کاربرد در لوله های اصلی بخار مناسب نمی باشند. بدین ترتیب دو نوع تله بخار بشکه معکوس Inverted Bucket و ترمودینامیک باقی می مانند. این دو نوع معمولا برای تخلیه چگالیده در آب ریزهای خطوط اصلی بخار به کاربرده می شوند.

روالهای بازبینی
زمانی که مشکلات بخار مرطوب و یا ضربه قوچ در سیستم پدید آیند بسیار مهم است که به منبع آب که احتمالا در ورودی یا خروجی خواهد بود توجه کنیم. ورودی نقطه متحمل تری است. با در دست داشتن چراغ قوه، استوتسکوپ اولتراسونیک و یک دما سنج کار را از فاصله کمی در بالاست مشکل آغاز نمایید. منظور از فاصله کم، جایی است که ایستگاه آب ریز وجود دارد و یا لوله ای انشعابی از خط اصلی توزیع گرفته شده است. هر تقریبا 300 فوت به دنبال ایستگاههای آب ریزی مناسب باشید بویژه در نقاط کم ارتفاع)هرجایی که خط بخار
با یک زانویی به حداقل ۱۵ فوت بالاتر از انشعاب می رود(، و جلوی شیر هایی)شیر های تعدیل فشار و شیر های کنترل دما( که به طور خودکار بسته می شوند. نقاط کم ارتفاع معمول ترین مکانهایی هستند که آب ریزی نمی شوند. حال به پایین دست بروید. مراقب موانعی باشید که در تخلیه چگالیده مشکل ایجاد می کنند؛ موانعی چون تله های گرفته شده، دیسکهای شکسته شیرهای یک طرفه، جمع شدن آشغالها و غیره و یا مشکلات فشار مانند لیفتینگ چگالیده و بالا بردن آن. معمولا psi۱ فشار برای بالا بردن چگالیده تا ارتفاع ۲ فوتی کافی است. بنابراین اگر فشار psi۱ برای هر فوت را به عنوان قانون در نظر بگیریم می توان از مشکلات مربوط به بالا رفتن بیش از حد چگالیده اجتناب ورزید.

چک لیست
الف(خط تغذیه:
●وضعیت عایقها مناسب است.
●ایستگاههای آب ریزی در هر
۳۰۰ فوتی طول لوله اصلی واقع
شده اند.
● ایستگاههای آب ریزی در نقاط کم
ارتفاع واقع شده اند.
● ایستگاههای آب ریزی قبل از
شیرهایی که به طور خودکار بسته
میشوند قرار داده شده اند.
● آب ریزها به اندازه کافی بزرگ
هستند.
● اضافه بار بر تله های بخار وارد نمی
آید

ب(خط برگشت:
●چگالیده بیش از حد بالا نمی رود.
● آب داغ است و پمپاژ می شود.

ج(موتور خانه محل قرار گیری
دیگها:
● برنامه تخلیه تنظیم شده اجرا
میشود.
● فشار به یکباره افت نمی کند،
حتی به مقدار کم.
● آب ریز های لوله های هدر در
اندازه مناسب و مکفی اجرا شده اند.
● عملکرد مورد سنجش قرار گرفته
است.
اگر بازهم منشا مشکل شناخته
نشد سعی کنید تا با مونیتورینگ و
مشاهده دقیق فشار در فواصل زمانی
مشخص، بازدید متخصصان شیمی
و نمونه برداری از بخار در محل
مشکل دار و یا نصب جداکننده ها
در مناطق مشکل دار یا بحرانی آن را
از بین ببرید.