رفتن به مطلب

اساسی ترین مشکل سیستم بخار


ارسال های توصیه شده

اساسي ترين مشكل در سيستمهاي بخار

ضربه قوچ آب ؛

اساسي ترين مشكل در سيستمهاي بخار

ب
خش اول

برطبق تعريف به ضربه موج فشار قوي پديد آمده ناشي از انرژي جنبشي سيال در حال حركت (كندانس) در اصطلاح ضربه قوچ يا ضربه چكش(water hammer) گفته مي شود.آگاهي هرچه بيشتر از طبيعت وشدت ضربه چكش آب در سيستم هاي بخار وكندانس به ما اين اجازه را ميدهد كه از بروز خطرات احتمالي و وقوع خسارتهاي مالي وجاني توسط اين نيروي مخرب جلوگيري كنيم.بنابراين لحاظ كردن اين پديده در ملاحظات اوليه طراحي يك سيستم بخار جهت اطمينان از عملكردهاي مطلوب سيستم ، افزايش ايمني ، كاهش هزينه ها وكاهش زمان توقف سيستم و.... ، امري ضروري است تجربه نشان داده است كه وقوع اين پديده در بدترين حالات خود علاوه بر تخريب بسيار گسترده در سيستم ، موجب مجروح شدن پرسنل نگهدار ويا حتي فوت آنها گرديده است.

متاسفانه حدود82% از سيستمهاي بخار وكندانس در حال حاضر با انواع مختلفي از ضربه چكش دست وپنجه نرم ميكنند.بسياري به اشتباه معتقدند كه ضربه چكش آب ، جزء طبيعت يك سيستم بخار وكندانس بوده وبروز آن در اينگونه سيستمها امري اجتناب پذير است در حاليكه بروز اين پديده امري غيرطبيعي وكاملا نامعقول است وهيچگاه در سيستمهايي كه بدرستي وبا در نظر گرفتن استانداردها طراحي شده اند.رخ نخواهد داد.اين پديده مي تواند در خطوط بخار وخطوط كندانس به طور مجزا رخ دهد ولي شدت اثر آن عموما در سيستمهاي 2 فازي كه در آنها بخار وكندانس همزمان با يكديگر حضور دارند ، مخرب تر مي باشد.

-اثرات ناشي از ضربه چكش آب

همانطور كه گفته شد ، اثرات مخرب ناشي از اين پديده را نمي توان دست كم گرفت.تشكيل كندانس در يك سيستم بخار به دلايل مختلفي از قبيل تبادل حرارتي بخار با سطح لوله ها در هنگام خاموشي سيستم وعدم تخليه صحيح وبموقع كندانس توليدي روي مي دهد.ايجاد جريان فشار قوي از آب در داخل لوله ها وبرخورد ناگهاني آن با جداره هاي داخلي سيستم باعث اعمال ضربه ونيروي بسيار شديد(ضربه چكش )و صدمه به المانها ، اتصالات وشيرآلات بكاررفته در طول مسير مي شود.از اثرات مخرب ناشي از وقوع ضربه چكش مي توان به موارد ذيل اشاره نمود:

1- ايجاد ترك بر روي بدنه شيرآلات ، تله هاي بخار وتخريب اجزاي داخلي آنها از قبيل سيت وپلاگ ، شناور ، كپسولهاي ترموستاتيكي و...؛

2- اعمال تنشهاي سنگين وكاهش دقت عملكرد تجهيزات ابزار دقيق مانند مانومتر ، ترمومتر ، فلومتر وسنسورها؛

3- ايجاد شكست وترك در اتصالات بكار رفته نظير زانو ،سه راه ، درپوش ، فلنجها ؛

4- اعمال فشار شديد بر ساپورتها وتكيه گاه هاي بكار رفته در سيستم لوله كشي وتخريب آنها ؛

5- ايجاد شكستگي و ترك در محلهاي جوش ونشت بخار ؛

6- اعمال فشار وتخريب دستگاه هاي بكار رفته در موتورخانه ازقبيل شكستن لوله هاي درون مبدلهاي حرارتي يا منابع كويلي ؛

7- كاهش ايمني جهت پرسنل نگهدار.

وقوع ضربه چكش آب عموما با سروصداي زيادي كه در داخل سيستم بوجود مي آورد ، قابل تشخيص است و در صورت هوشيار بودن پرسنل نگهدار وانجام اقدامات لازم ، مي توان از شدت بروزآن و در نتيجه تخريبات احتمالي در يك سيستم جلوگيري كرد بايد توجه داشت كه در برخي موارد ضربه هاي چكش با شدت بيشتر و در ابعاد بزرگتر را هشدار مي دهد.اين مسئله بسيار حائز اهميت است زيرا در چنين مواردي اپراتور ميتواند با تجربه كافي وابزارهاي موجود از بروز حادثه وخطرات احتمالي جلوگيري كند.

m2.1.Mboiler.com.jpg

بخش دوم:

-علل بروز ضربه چكش در سيستم هاي بخار

در اسناد ومدارك جمع آوري شده توسط كارشناسان ، سهم ضربه چكش در خرابي زودرس وعملكرد نامطلوب سيستم هاي بخار در موتورخانه هاي تازه تاسيس ، در حدود57% درصد مي باشد.بنابراين آگاهي از علل وچگونگي بوقوع پيوستن اين پديده واعمال تمهيدات لازم جهت جلوگيري از وقوع يا كاهش شدت ضربه ، امري حياتي است.

برطبق تحقيقات عواملي كه باعث وقوع ضربه چكش آب در سيستمهاي بخار وكندانس مي شوند عبارتند از:

1)شوك هيدروليكي:

شوك هيدروليكي در يك سيستم بخار را مي توان به آساني با مثال شير آب در منزل شرح داد.هنگاميكه شيرآب منزل را باز ميكنيم ، جرم يكنواختي از آب (در حدود200Lb ) از نقطه ورودي به منزل تا محل خروجي آن (شيرآب )با سرعتي معادل 10 ft/s در داخل لوله ها جريان پيدا مي كند.بستن ناگهاني شيرآب ، نيروي بازدارنده در برابر جريان آبي به جرم 200Lb و سرعت 10 ft/s اعمال ميكند و در مقابل نيروي بزرگي از جانب سيال در حال حركت در فشاري معادل 300 psi بر پشت شير وارد شده وكل سيستم لوله كشي را مرتعش ميكند.

ضربه وارده بر پشت شير با صدايي بلند وقابل تشخيص به گوش مي رسد.اين صدا تقريبا مشابه صداي كوبيدن ضربه پتك بر روي تكه اي از فولاد مي باشد.بهمين دليل به اينگونه ضربات در سيستم به اصطلاح ضربه چكش (قوچ) گفته ميشود.از راه هاي كاهش شدت ضربه ناشي از شوك هيدروليكي ، بازوبسته كردن آرام شيرهاي قطع و وصل سيستم مي باشد.شوك هيدروليكي در ابعاد بزرگتر وبويژه در موتورخانه هاي صنعتي بخار وكندانس ، در دو حالت به بروز پديده ضربه چكش مي انجامد.حالت اول در خطوط مكش ودهش پمپهاي كندانس سيستم و در زمان روشن وخاموش شدن ناگهاني آنها است.باز وبسته شدن ناگهاني آنها است.باز وبسته شدن ناگهاني مسير كندانس به سمت بويلرها توسط پمپ ، شوك هيدروليكي بزرگي را بر كندانس در حال حركت وارد نموده و در مقابل عكس العمل آن ، ضربه چكش سنگيني از جانب كندانس بر پمپ شيرآلات واتصالات اطراف آن مي باشد.يكي از موثرترين روشها براي كاهش صدمه بر پمپ وشيرآلات ومحدود كردن ضربه چكش وارده ، استفاده از شيرهاي يكطرفه علاوه بر ممانعت از بازگشت آب بويلر به تانك كندانس كه ناشي از اختلاف فشار ميان آن دو مي باشد ، در هنگام اعمال شوك هيدروليكي ، جريان مغشوش كندانس را در يك جهت محدود كرده واز اعمال نيروي ضربه چكش بر المانهاي اطراف جلوگيري مي كند.حالت دوم معمولا در زمان راه اندازي سيستم(start Up) و در لوله هاي اصلي بخار روي مي دهد.در اين شرايط بدليل خاموشي طولاني مدت سيستم ، لوله هاي اصلي بخار مملو از كندانس بوده و در صورت باز كردن ناگهاني شيراصلي بخار در هنگام راه اندازي مجدد سيستم ، بخار با سرعت وفشار بسيار بالا وارد اين خطوط شده وحجمي از كندانس موجود را با شتاب زياد به طرف شيرآلات وتجهيزات نصب شده در مسير حمل ميكند.هنگاميكه كندانس در حال حركت قبل از رسيدن به حالت سكون بطور ناگهاني توسط مانعي در مسير(شيرآلات بسته ، زانو ، سه راهي و...)متوقف شود ، شوك هيدروليكي بر آن وارد شده كه عكس العمل آن بر شير آلات مخرب و سهمگين است.راه حل كاهش اينگونه ضربات ، تخليه حتي المقدور كندانس در زمان خاموشي وبهره برداري مجدد از سيستم است.باز كردن شير اصلي بخار به آهستگي وبا صرف زمان مورد نياز(با توجه به شرايط)نيز مي تواند اثربخش باشد.با توجه به اين مطلب كه درصد كمي از ضربه هاي چكش در سيستمهاي چكش در سيستمهاي بخار ناشي از شوكهاي هيدروليكي است ، ولي با اين حال آثار ونتايج ناشي از آن (شكل2) خطرناكترين ومخربترين نوع ضربه چكش را به مامعرفي مي كند.

m2.2.Mboiler.com.jpg

2) شوك جريان:

شوكي را كه بعلت بازوبسته شدن شيرآلات كنترل جهت تامين ميزان جريان بخار مورد نياز مصرف كنننده ها ، برسيستم اعمال مي شود شوك جريان مي نامند.اين نوع شوك معمولا در خطوط توزيع بخار و در حد فاصل ميان شيرآلات ومصرف كننده ها رخ مي دهد.در اين حالت ، كاهش ميزان مصرف كننده منجر به بسته شدن تقريبي شيرهاي كنترلي دما-فشارشده وبخار محبوس شده در اين فاصله(شيركنترلي تا مصرف كننده)در اثر تبادل حرارت با محيط اطراف به كندانس تبديل مي شود.در هنگام شروع مجدد كار دستگاه ها ونياز آنها به بخار ، باباز شدن شيركنترل ، بخار با سرعت وفشار بالا وارد لوله شده وكندانس جمع شده را با شدت به سمت دستگاه ها وتجهيزات مصرف كننده مي راند.حاصل اين عمل ، برخورد شديد ستوني از آب با شتاب زياد با قطعات داخلي تجهيزات ومصرف كننده ها (بروز پديده ضربه چكش ) مي باشد.به طور مثال تركيدگي لوله ها ويا در برخي موارد ايجاد شكستگي وترك بر روي بدنه (پوسته) مبدلهاي حرارتي ناشي از اين نوع ضربه چكش است.راه حل مناسب جهت جلوگيري ويا كاهش اينگونه ضربات چكش ناشي از شوك جريان ، انتخاب سايز دقيق ومنا سب شيرآلات كنترلي دما-فشار مي باشد.شيركنترلي با سايز تقريبا بزرگ (3) را در نظر بگيريد كه در هنگام باز وبسته شدن خود ، حجم قابل ملاحظه اي از بخار را در سرعت وفشار بالا وارد خط مي كند.بنابراين انتخاب دقيق سايز مناسب اينگونه شيرآلات جهت كاهش باز وبسته شدن آنها وكاهش تغييرات در ميزان جريان بخار ورودي ، امري ضروري است .بر طبق استاندارد ، شرايط صحيح كاركرداينگونه شير آلات بصورت نيمه باز بوده وفقط در زمانهاي لازم وبا توجه به ميزان مصرف ، اندكي از حالت اوليه خود تغيير وضعيت (اندكي بازيا بسته)مي دهند.بايد توجه داشت كه نصب تله بخار با ظرفيت وسايز مناسب در ورودي سيستم قبل از شير كنترل بخار و در خروجي مصرف كننده ها نيز جهت تخليه كامل وبموقع كندانس تشكيلي ، لازم الاجراست.

بخش سوم:

 

3) شوك اختلاف فشار :

اين نوع شوك مختص لوله هاي برگشت كندانس بوده وعموما در كلكتورهاي اصلي جمع كننده كندانس اعمال مي شود.مي دانيد كه اگر كندانس فشاربالا ، بطور مستقيم به فضاي آزاد(اتمسفريك) ويا به لوله اي با فشار بسيار كمتر وارد شود ، بدليل افت فشار زياد(بيش از 4بار) ، حجم زيادي از آن در شرايط دما ثابت تغيير فاز داده ومستقيما به بخار تبديل مي شود ، كه به اين بخار در اصطلاح بخار فلاش گفته مي شود.بخار فلاش با سرعت وشتابي معادل 10 برابر كندانس در داخل لوله شروع به حركت مي كند.در صورتيكه سايز لوله كندانس مناسب نبوده (سايز لوله كوچك انتخاب شده باشد)وفضاي كافي براي جريان بخار فلاش بوجود آمده در لوله فراهم نباشد (لوله كاملا مملو از كندانس باشد) ، تغيير حجم ناگهاني وسرعت بالاي آن فشاري را بر ستونهاي متحرك آب وارد كرده وباعث رانده شدن حجم زيادي از كندانس در امتداد لوله مي شود.اين حركت شتابدار آب كه اصطلاحا به حركت پيستوني معروف است در امتداد جريان خود به مرور بر جرم وسرعت افزوده واندازه حركت (ممنتوم) بسيار بالايي را در خود ذخيره مي كند و در هنگام تغيير مسير ناگهاني در زانو-سه راه ويا توقف توسط شيرآلات قطع ووصل ، ضربه چكش را بر سيستم واتصالات آن وارد مي آورد.

همانطور كه ميدانيد در شرايط دو فازي در داخل سيستمها ، كندانس بدليل داشتن جرم حجمي بالاتر در سطح زيرين لوله حركت كرده وبخار در فضاي خالي بالاي آن جريان دارد.بنابراين يكي از مهمترين مسائل در طراحي سيستمها ، انتخاب سايز مناسب ودقيق لوله هاي برگشت كندانس با درنظر گرفتن فضايي مناسب جهت جلوگيري از بروز ضربه چكش ناشي از اختلاف فشار مي باشد.لازم به ذكر است تا زماني كه ارتفاع ستونهاي كندانس در حال حركت به سطح بالايي لوله نرسد(شكل3) ، مسير لازم جهت عبور بخار فلاش فراهم مي باشد وپديده ضربه چكش به وقوع نمي پيوندد.

m2.3.4.Mboiler.com.jpg

به محض اينكه ستونهاي آب تشكيلي در اثر افزايش ميزان كندانس ، سطح بالايي لوله را لمس كنن(شكل4) ، در اين صورت مسير گذر بخار فلاش بسته شده وبخار فلاش براي حركت بر پشت ستونهاي آب فشار وارد كرده وآنها را با شتاب به سمت جلو رانده وباعث بروز ضربه چكش مي شود.بنابراين انتخاب سايزهاي بالاتر براي لوله هاي برگشت كندانس ارجح مي باشد.علاوه برآن ، عدم اختلاط كندانس لوله هايي با اختلاف فشار زياد نسبت به يكديگر ، در كاهش اين پديده بسيار موثر است.

4) شوك دمايي:

اين شوك نيز همانند شوك ناشي از اختلاف فشار ، فقط در خطوط برگشت كندانس رخ داده وبسيار مخرب است.عموما در لوله ها با شرايط دو فازي ، بدليل آشفتگي جريان كندانس كه بر اثر ورود ناگهاني كندانسهاي نواحي مختلف وتشكيل بخار فلاش پديد مي آيد ، همواره حجمي از بخار توسط كندانسهاي اطراف احاطه ومحبوس مي شود.اين حجم احاطه شده بصورت مجموعه اي متمركز از حبابهاي ريز ، در داخل كندانس غوطه ور مي شود.در اين شرايط كندانسهاي موجود ، بدليل داشتن اختلاف دما ، حبابهاي بخار فلاش را سرد كرده وبه سرعت باعث متلاشي شدن وتغييرفاز آنها مي شوند.از طرفي جرم مشخصي از آب در فاز بخار فضايي در حدود6/1 برابر فضاي اشغالي خود در فاز مايع را به خود اختصاص مي دهد.بنابراين متلاشي شدن ناگهاني حبابهاي بخار در اثر انتقال حرارت خود با كندانسهاي اطراف ، فضايي خالي را در داخل كندانس بوجود مي آورد.در اين حالت كندانسهاي موجود در اطراف فضاي خالي ، در اثر خلاء نسبي پديد آمده ناشي از تغيير حجم بخار ، با شتاب وسرعت بسيار بالا و از تمامي جهات براي پركردن اين فضاي خالي ، به سمت آن هجوم آورده واين امر منجر به برخورد امواج مغشوش وشتابدار كندانس با يكديگر ، ايجاد ضربه وتوليد صداي شديد ونهايتا وارد آمدن ضربه چكشي موضعي از محل برخورد امواج بر سيستم مي شود.

m2.5.Mboiler.com.jpg

تنها راه جلوگيري ويا كاهش ميزان اين برخوردها انجام صحيح لوله كشي خطوط كندانس و رعايت نكات انشعاب گيري در آنهاست همانطور كه در شكل5 مشخص است ، واريز كندانسهاي جمع آوري شده از نقاط مختلف به كلكتور اصلي كندانس ، حتما بايد از قسمت فوقاني كلكتور صورت گيرد و در غير اينصورت اگر اين عمل از سطح مياني ويا سطح زيرين كلكتور انجام پذيرد ، همواره مقدار زيادي بخار فلاش مستقيما به درون كندانسهاي سرد تزريق شده ومسائلي از قبيل ايجاد آشفتگي در جريان كندانس ، ايجاد شوك دمايي وبروز ضربه چكش در سيستم را بهمراه دارد.
لینک به دیدگاه

دوستان عزیز به این ادرس هم میتونیین برین

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...