روش های اندازه گیری و برآورد مصرف بخار

روش هاي برآورد مصرف بخار

سه روش کاربردی محاسبه مصرف بخار عبارتند از: روش استفاده ازجریان سنج، استفاده از پمپ های کندانس، روش جمع آوری آب کندانس

۱-روش استفاده از جریان سنج

استفاده از جریان سنج های بخار بمنظور اندازه گیری مصرف بخار در تجهیزات در حال کار استفاده می شود. نتایج حاصل می تواند در آنالیزهای اقتصادی صرفه جوئی انرژی و یا مقایسه راندمان تجهیزات مختلف با یکدیگر بکار برده شود.

بخار در هر قسمت می تواند بصورت یکی از مواد اولیه تولید درنظرگرفته شده و هزینه خطوط مختلف تولید بصورت مجزا محاسبه شود. در انتخاب جریان سنج، فشار و دبی بخار و کالیبراسیون آن مهم می باشد.

شکل۱، ۷، ۲: جریان سنج بخار

۲-استفاده از پمپ های کندانس

روش دیگر با دقت کمتر استفاده از کنتور در روی بدنه پمپ های مکانیکی کندانس می باشد. این پمپ ها که در بخش های بعدی به تفصیل توضیح داده می شوند، بصورت سیکلی کار کرده و با مشخص شدن تعداد پر وخالی شدن آن ها و در دست بودن حجم کندانس پمپ در هر مرحله، می توان مقدار کندانس که در واقع همان بخار است را محاسبه نمود.

مونیتور الکتریکی کوچک قابل نصب در روی پمپ که وضعیت کاری پمپ را نشان می دهد، بدین منظور استفاده شده که حتی می تواند گزارش کاری را به سیستم مرکزی کنترل ارسال نماید. اگر کلکتور ورودی به پمپ دارای شیر تخلیه به اتمسفر نیز باشد، درصد کمی از جریان بعلت بخار فلاش باید اضافه شود.

پمپ کندانس مکانیکی

شکل۲، ۷، ۲:پمپ کندانس مکانیکی

۳-روش جمع آوری آب کندانس

مصرف بخار می تواند مستقیما با جمع آوری آب کندانس در داخل ظرف و در زمان مشخص محاسبه شود. درصورت وجود بخار فلاش کم، این روش با دقت خوب مصرف بخار را مشخص خواهد نمود و در هر دو حالت با جریان و بدون جریان ثانویه قابل استفاده است.

باید دقت نمود که این روش در مواردی مانند تزریق بخار، رطوبت زنی و یا تجهیزات استرلیزه کننده که امکان جمع آوری کندانس وجود ندارد، عملی نیست.

همانطور که دیده می شود، ظرف جمع آوری کندانس با مقداری آب وزن شده وسپس با روشن نمودن سیستم و ورود بخار، کندانس خروجی در داخل ظرف وزیر سطح آب موجود (بعلت سرد کردن بخار فلاش) در مدت زمان معلوم تخلیه و ظرف کندانس مجددا توزین می شود. هنگام آزمایش باید موارد پیک مصرف و تغییرات ناخواسته مصرف مورد دقت قرار گیرد.

همچنین باید دقت نمود که تنها کندانس حاصل از بخار محاسبه شود و در مثال بالا، می توان با استفاده از شیر تخلیه بعد از تله بخار، مصرف کننده، بخار را کاملا تخلیه کرده و در آخر آزمایش نیز آب باقی مانده در مصرف کننده را مجددا تخلیه وآنرا به ظرف جمع آوری کندانس اضافه نمود.

اندازه گیری مصرف بخار

شکل۳، ۷، ۲:اندازه گیری مصرف بخار

در صورت مجهز بودن سیستم برگشت کندانس به تانک و منبع کندانس وپمپ، می توان با خاموش کردن پمپ ها بصورت مقطعی و اندازه گیری تغییر سطح در آب مخزن، مقدار مصرف را مشخص نمود.

 

 

طراحی بهینه سیستم بخار تا اندازه زیادی به دقت برآورد مصرف بخار ارتباط دارد. با انجام دقیق محاسبات، اندازه لوله ها به درستی انتخاب شده و متعاقبا شیرآلات نظیر شیرهای کنترل، تقلیل فشار و تله های بخار بصورت دقیق انتخاب می شوند تا عملکرد ایده آل را داشته باشند. مصرف بخار بطرق مختلف قابل تعیین است:

محاسبات برآورد مصرف بخار

با استفاده از آنالیز حرارتی ومعادلات مربوط می توان مصرف بخار را تعیین نمود. اگر چه انتقال حرارت هنوز کاملا شناخته نشده است و ممکن است متغیرهای ناشناخته زیادی موجود باشد، ولی با استفاده از تجربیات و روابط موجود، می توان با دقت کافی محاسبات برآورد مصرف بخار را انجام داد.

اندازه گیری مصرف بخار

مصرف بخار با اندازه گیری مستقیم از طریق جریان سنج های بخار قابل سنجش است. به این طریق می توان با دقت نسبتا خوب، مصرف بخار سایت های موجود را تعیین نمود و بالطبع در مورد سایت های در حال طراحی یا غیرفعال قابل استفاده نیست.

قدرت حرارتی

قدرت حرارتی غالبا در پلاک تجهیزات مختلف که توسط سازنده نصب می شود، برحسب Kw ذکر شده است ولی مصرف بخار بر حسب kg/hr به فشار بخار بستگی دارد. قدرت حرارتی نشان دهنده مقدار ایده آل طراحی بوده، ولی لزوما معادل قدرت واقعی عملی نیست.

-محاسبات برآورد مصرف بخار

انرژی موجود در بخار معمولا به دو منظور استفاده می شود.

  • تغییر دما در محصول و در واقع ایجاد گرمایش.
  • تثبیت دمای محصول، هنگامی که حرارت توسط عوامل طبیعی یا طراحی اتلاف می گردد.

در هر فرآیند گرمایشی، با افزایش دمای فرآیند انرژی لازم کاهش یافته و از اختلاف دمای بین کویل گرمایی و فرآیند نیز کاسته می شود. بالعکس، اتلافات حرارتی با افزایش دمای فرآیند افزایش یافته حرارت بیشتری از طریق لوله یا وسیله اتلاف می شود.

کل حرارت لازم در هر زمان برابر مجموع دو فاکتور فوق است.

در بسیاری از فرایندهای انتقال حرارت از معادله زیر جهت محاسبه گرمای لازم برای افزایش دمای مواد استفاده می شود.

معادله۴ ، ۱ ، ۲

این معادله جهت محاسبه کل انرژی حرارتی استفاده می شود، ولی به شکل فوق نمی تواند آهنگ انتقال حرارت را تعیین نماید.

انواع مختلف مبدل های حرارتی را از نظر آهنگ انتقال حرارت می توان به دو دسته دسته بندی نمود:

*بدون جریان: در این موارد ماده گرم شونده دارای جرم ثابت و غالبا محصور در یک منبع است.

* دارای جریان: در این مورد سیال گرم شونده با دبی مشخص در اطراف سطح انتقال حرارت جریان می یابد.

-بدون جریان ثانویه:

همانطور که گفته شد سیال فرایند با جرم ثابت درون مخزن نگاه داشته می شود. یک کویل بخار داخل مخزن یا ژاکت بخار در اطراف آن سطح انتقال حرارت را تشکیل می دهد.منابع ذخیره آبگرم مصرفی(شکل ۱ ، ۶ ، ۲) یا تانک های گرم کننده روغن و سوخت از مثال های این مورد هستند. در برخی موارد نیز از بخار جهت گرمایش مواد جامد استفاده می شود (مانند پرس های پخت لاستیک، اتوهای بخار، اتوکلاو و….).

در برخی از فرایندهای بدون جریان، زمان گرمایش اهمیت زیادی ندارد ولی در مواردی نیز این زمان اهمیت زیاد داشته و کیفیت تولید یا فرایند ارتباط مستقیم با این زمان دارد.

دو فرایند گرمایش بدون جریان را در نظر بگیرید که به میزان برابری از انرژی نیازمندند ولی زمان گرمایش آنها متفاوت است که در حقیقت به منزله متفاوت بودن آهنگ انتقال حرارت بوده توسط معادله زیر محاسبه می شود:

معادله ۱ ، ۶ ، ۲:

مثال۱ ، ۶ ، ۲:

مقدار آهنگ انتقال حرارت در حالت عدم وجود جریان:

حجمی از روغن از دمای حجمی از روغن از دمای ۳۵۰c به دمای ۱۲۰۰c در زمان ۱۰ دقیقه گرم می شود. حجم روغن برابر ۳۵ litr وزن مخصوص آن ۰.۹ و ظرفیت حرارتی ویژه آن برابر ۱.۹Kj/Kg۰c است.

معادله ۱، ۶، ۲ درمورد هر ماده ای که در حال گرم شدن است قابل استفاده بوده (جامد، مایع، گاز) ولی شامل حالت تغییر فاز نمی شود.

مقدار حرارتی که بخار در هنگام کندانس شدن آزاد می نماید از معادله ۲، ۶، ۲محاسبه می شود:

معادله ۲ ، ۶ ، ۲

و با جایگزین کردن دبی خروجی می توان به آهنگ انتقال حرارت دست یافت:

معادله ۳ ، ۶ ، ۲

با فرض راندمان ۱۰۰% مقدار حرارت تامین شده توسط بخار برابر حرارت اخذ شده فرایند است و بنابراین خواهیم داشت:

معادله۴ ، ۶ ، ۲

مثال۲، ۶، ۲:

یک تانک محتوی ۴۰۰kg گازوئیل باید از دمای ۱۰۰c تا دمای۴۰۰c در مدت ۲۰ دقیقه (۱۲۰۰ثانیه) و با بخار با فشار ۴barg گرم شود. با فرض ظرفیت گرمایی ویژه ۲kj/kg۰c =hfg جهت بخار و عایق بندی کامل مخزن، مقدار بخار لازم را محاسبه نمائید:

مسلم است که با افزایش زمان گرمایش، مصرف بخار واندازه شیرآلات کاهش خواهد یافت.

-مبدل های دارای جریان ثانویه:

مبدل های حرارتی بخار به آب جزء نمونه های دارای جریان ثانویه هستند. شکل ۲، ۶، ۲ مبدل حرارتی جهت گرمایش آب با فرایند صنعتی را نشان میدهد. مثال دیگری از این کاربرد کویل های بخار در هوا رسانه ها هستند که در آنها بخار انرژی خود را به هوای در حال عبور پس می دهد.

برآورد مصرف بخار

شکل ۲، ۶، ۲:مبدل حرارتی بخار به آب – برآورد مصرف بخار

شکل۳، ۶، ۲نشان دهنده نمودار نمونه مبدل حرارتی با جریان ثابت ثانویه می باشد. دمای بخار در طی فرایند ثابت بوده و آب از دمای T۱ به T۲ گرم می شود.

شکل۳، ۶، ۲: گرمایش آب در مبدل حرارتی

درحالی که جریان ثانویه ثابت باشد، فلوی حرارتی لازم(Q) از معادله زیر محاسبه می شود:

معادله۵ ، ۶ ، ۲

با تشکیل معادله بالانس حرارتی بین سیکل بخار و سیکل آب:

معادله۶ ، ۶ ، ۲

بنابراین مصرف بخار در کاربردهای این چنین برابر است با:

معادله۷ ، ۶ ، ۲

معادله۸ ، ۶ ، ۲

مثال ۳، ۶، ۲:

از بخار اشباع خشک جهت گرم نمودن آب با دبی ۱.۵ ۱/s از دمای ۱۰۰cبه ۶۰۰c استفاده می شود:

دبی جرمی آب نیز برابر خواهد بود با ۱.۵ kg 1/s و با استفاده از معادله۷، ۶، ۲:هنگام راه اندازی سیستم، دمای T۱ممکن است کمتر از دمای مورد انتظار باشد که حرارت بیشتری را طلب می نماید.

در صورتی که زمان گرمایش اهمیت داشته باشد، مبدل حرارتی باید طوری طراحی شود تا این زمان را برآورده سازد. با این وجود در اکثر کاربردهای مبدل حرارتی، گرمایش اولیه نادیده گرفته می شود چرا که راه اندازی سیستم زیاد اتفاق نیفتاده و غالبا زمان راه اندازی نیز اهمیت چندانی ندارد و بنابراین مبنای محاسبات در زمان کارکرد عادی سیستم می باشد. همچنین معمولا ائتلافات حرارتی بعلت عایقکاری نیز نادیده انگاشته می شودولی اگر این ائتلافات زیاد باشند باید در محاسبات دیده شوند.

-انرژی گرم کردن سیستم و ائتلافات

در هر فرایند گرمایی، با افزایش دمای سیال از مقدار حرارت لازم جهت گرم نمودن سیستم کاسته می شود. (warm-up). از طرفی، با افزایش دما، ائتلافات حرارتی از مخزن و یا لوله ها به محیط اطراف بیشتر خواهد شد. انرژی حرارتی لازم در هر زمان برابر مجموع این دو مقدار خواهد بود که باید در حالت راه اندازی و گرمایش سیستم و از طرفی در حالت بار کامل محاسبه شوند تا بتوان نسبت به اندازه گیری صحیح سیستم بخار اقدام نمود. اگر سطح گرمایشی لازم فقط با در نظر گرفتن حرارت راه اندازی سیستم در نظر گرفته شود، ممکن است فرایند به دمای طراحی خود نرسد.(بعلت اتلافات).

در برخی موارد مانند مخازن بزرگ ذخیره می توان دمای متوسط سوخت را کمتر از دمای لازم جهت پمپاژ انتخاب نمود(که در نتیجه اتلافات سطحی کاهش خواهد یافت) و در عوض از کویل حرارتی مستقر در خروجی مخزن به طرف پمپ استفاده نمود.

هیتر مذکور تنها سیال مجاور خود را به درون کشیده و گرم می نماید. اندازه هیتر به دمای متوسط سیال، دمای مورد نیاز پمپاژ و گذر جریان آن بستگی دارد.

برآورد مصرف بخار

شکل۴، ۶، ۲:نصب هیتر در جریان خروجی

1 دیدگاه

  1. میثم پسندیده گفت:

    اطلاعات خوبی بود ولی یه سوال داشتم که جوابش رو نتونستم پیدا کنم و سوالم اینه که برای یه بویلر بخار با ماکزیمم تولید بخار ۲۲ تن در ساعت چطور میشه میانگین تولید بخار رو محاسبه کرد و بدست اورد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *