دوره آموزشی تحلیل، ارزیابی و مدیریت تله های بخار در صنعت

کلیات دوره

تله های بخار یکی از مهمترین اجزای سیستم بخار می باشند که خرابی آنها می تواند تبعات جدی و خطرناکی را برای سیستم و پلنت ها داشته و حتی تلفات انسانی و مالی گسترده ای ایجاد نماید. بخار بویلر را برای جریان در سیستم بخار با کیفیت بالا ترک می نماید، همانطورکه در پلنت ها توزیع می- شود، حرارت را از دست می دهد. بنابراین به تدریج بخشی از بخار چگالیده شده و در نقاط پایین تر جمع آوری می شود که تخلیه این میعانات اولین کارکرد تله های بخار در یک سیستم بخار خواهد بود. میعانات تخلیه نشده در داخل بخار می تواند پیامدهای فاجعه باری را داشته باشد که در ادامه به برخی از آنها پرداخته خواهد شد. در نظر داشته باشید که مهمترین عامل تجمع میعانات در خطوط بخار، خرابی تله های بخار است. خرابی به سه صورت بسته شدن، باز شدن و نیمه باز ماندن می باشد. تبعات بسته ماندن (بلاک شدگی) تله های بخار گسترده بوده که در ادامه به برخی از آنها اشاره می شود:

الف- چکش آب: چکش آب در شرایطی رخ می دهد که توده ای از مایعات (آب) بین بسته های بخار به تله افتاده و با سرعت بالا شتاب می گیرند (25 تا 30 متر بر ثانیه). توده آب شتاب گرفته همانند چکش عمل کرده و می تواند آسیب جدی به موانع سر راه وارد نماید.

ب- کاهش راندمان ترمودینامیکی سیستم: عدم انتقال حرارت مناسب در مبدل ها و کنترل پذیری پایین دمایی سیستم بخار از جمله دیگر تبعات خرابی تله های بخار می باشند.

ج- گیر افتادن آب در تجهیزات پلنت ها: در صورتی که تله ها  قادر به تخلیه آب از سیستم بخار نباشند، قطرات ریز آب در بخار باقی می مانند. این قطرات ریز موجب فرسایش و سایش داخلی تجهیزات شده و هزینه های تعمیرات و نگهداشت را بالا خواهند برد. همچنین کل تجهیزات و افراد را در معرض ریسک جدی قرار خواهند داد. از جمله سایر پیامدهای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:

§     نشتی در تیوب های مبدل های حرارتی

§     خوردگی و سایش پره های توربین (در صورت وجود در سیستم بخار) و افت عملکرد و کنترل پذیری کنترل ولوها و شیرهای فشارشکن

§     نازک شدن دیواره های خطوط لوله بویژه در زانویی ها و شیرآلات و سوراخ شدگی تدریجی

د- ایجاد موج فشار/شکستگی خطوط بخار

میعانات در دمای اشباع هستند و پتانسیل تبدیل به بخار را دارند. در صورتی که فشار سیستم افت نماید، هرگونه بازشدگی شیرها پتانسیل افت فشار را ایجاد کرده و ایجاد موج فشار، فلش شدن میعانات (تشکیل بخار آنی) را در پی خواهد داشت که منجر به خرابی لوله ها و اجزای آن شده و افراد و تجهیزات را در معرض ریسک قرار خواهد  داد. زمانی که تله های بخار در حالت باز باقی مانده و یا در شرایط ضربه خراب شده باشند، می توانند به طور پیوسته جریان بخار را از خود عبور دهند که این موضوع به نوبه خود باعث هدر روی انرژی و ایجاد عدم تعادل در سیستم جمع آوری میعانات بخار خواهد شد.

بهترین راهکار برای نگهداشت آماده بکار تله های بخار، اجرای سیستم پایش سلامت تله ها می باشد. بررسی ها نشان می دهد که نرخ خرابی تله های بخار به طور معمول 15 تا 20 درصد در سال می باشد. بنابراین به طور سالانه باید تعمیرات و نگهداری شوند. قدم اول در تعمیرات و نگهداشت تله ها، ایجاد سیستم پایش تله های بخار (تعمیرات پیگیرانه) می باشد. جدای از اورهال های سالانه، تله های بخار باید به صورت پیوسته و دوره ای ممیزی شده و از کارکرد درست آنها اطمینان حاصل شود. ممیزی تله های بخار می تواند هم به صورت دستی با بهره گیری از سیستم های اندازه گیری و آکوستیک انجام گرفته و یا از طریق پیاده سازی سیستم پایش بهنگام وضعیت تله ها انجام گیرد که با توسعه فناوری ترانسمیتر و IIoT1 میسر شده است  که امکان مانیتورینگ آنلاین را فراهم خواهند نمود.

ترپ یا تله بخار شیر اتوماتیکی می باشد که مانع خروج بخار از سیستم شده ، در تله بخار یا ترپ بخار اجازه عبور آب را می دهد و گاها دیده شده که تله بخار هوا و گاز های نا محلول در سیستم را نیز تخلیه می کند .به طور کلی دسته بندی انواع تله بخار عبارتند از:

§        تله بخار های مکانیکی

§        تله بخار های ترمودینامیکی

§        تله بخار های ترموستاتیکی

انواع تله های بخار

انواع تله های بخار در ادامه توضیح داده خواهند شد.

تله بخار های مکانیکی

این نوع تله بخار از یکی از پر کاربردترین تله بخار های مورد استفاده در سیستم های بخار می باشد که اساس کار آن بر پایه تفاوت چگالی بین بخار و بخار تقطیر شده می باشد و پارامتر هایی مانند دما و سرعت سیال خیلی در کارکرد این نوع تله ها موثر نمی باشد. در ادامه به تعدادی از این تله های بخار اشاره خواهد شد.

تله بخار با گوی شناوری (Ball float Traps)

این تله بخار از یک توپ شناور و اهرم شیر متصل تشکیل شده است، مکانیسم کارکرد آن به این صورت است که هنگام ورود میعانات به داخل تله بخار، توپ مذکور مانند شناور در آب غوطه ور شده و به طرف بالا حرکت می کند و مسیر اصلی خروجی تله را باز می کند. همچنین در هنگام راه اندازی سیستم، هوا به سرعت از طریق دریچه هوای ترموستاتیک تخلیه می‌شود و کندانس بدنه آن را پُر می‌کند. به محض رسیدن به سطح مشخصی از آب، شناور بالا رفته و شیر تخلیه را باز می‌کند. کندانس از طریق شیر باز و دریچه هوا تخلیه می‌شود. زمانی که کندانس به دمای اشباع می‌رسد دریچه هوا بسته شده و کندانس فقط از طریق شیر اصلی اوریفیس تخلیه می‌شود. کندانس در واقع داخل تله بخار را آب‌بندی می‌کند و این امر از هدر رفتن بخار در همه زمان‌ها جلوگیری می‌کند.

درجه باز شدن شیر توسط سطح آب داخل تله تنظیم می‌شود. کندانس به طور مداوم تخلیه می‌شود تا زمانی که هوا وارد آن می‌شود و در بالای تله بخار انباشته می‌شود، دما کمی پایین آمده و دریچه هوا در زیر دمای جوش کمی باز می‌گردد، که نهایتاً تله بخار هوا را تخلیه می‌نماید. موارد کاربرد و ویژگی تله بخار مکانیکی گوی شناوری (فلوتری) عبارتند از:

§        تله های بخار فوق برای جاهایی که نرخ انتقال حرارت زیاد بوده و همچنین جریان پیوسته ای از میعانات بخار، دبی قابل ملاحظه ای  دارند.

§        مجهز بودن به شیر ترموستاتیک داخلی ، مزیت مناسبی برای تخلیه هوا در هنگام راه اندازی می باشد

§        قابلیت تخلیه بخار به صورت دستی در صورت جمع شدن توده  بخار در ترپ

§        مقاومت عالی در برابر ضربه قوچ

§        دبی بالای عبوری از میعانات بخار با توجه به حجم کوچکشان

§        قابلیت استفاده برای انواع مبدل های حرارتی، کندانسورها، چیلر ، یونیت هیتر  و کویل های حرارتی

این نوع تله ها برای استفاده در مناطقی که نرخ انتقال حرارت زیاد و در نتیجه جریان پیوسته‏ای از کندانس وجود دارد (نظیر، مبدل های حرارتی، آبگرم کن ها، چیلرها، یونیت هیترها، کویل حرارتی دستگاه های هوارسان و … ) مناسب می باشند. منحنی کارکرد تله های فوق، کاملاً منطبق با منحنی بخار اشباع بوده و بدون توجه به دمای کندانس، آن را تخلیه می نمایند. این تله ها با توجه به شیر ترموستاتیک داخلی، قابلیت تخلیه هوای بسیار عالی در هنگام راه‏اندازی دارند و نیز دارای سیستم Steam lock Releasing می‏باشند که هنگام گیر افتادن توده ای از بخار در پشت تله، به طور دستی می‏توان بخار مذکور را تخلیه نمود. مقاومت عالی در برابر ضربه چکش و ظرفیت عبور کندانس زیاد به نسبت اندازه کوچکشان از دیگر مزایای این نوع تله ها می باشند. هنگام انتخاب این تله ها بایستی به اختلاف فشار دوسر تله توجه نمود. چرا که اجزاء داخلی و خصوصاً اندازه Orifice تخلیه کندانس با توجه به اختلاف فشار دو سر تله متفاوت خواهد بود!

تله بخار سطلی وارونه 1

اساس کار این نوع تله های مکانیکی بر پایه تفاوت وزن مخصوص بخار می باشد ، مکانیسم عملکرد این تله ها به این صورت می باشد که در هنگام راه اندازی سطل پایین بوده و شیر باز است. کندانس دمای پایین و هوا و سپس کندانس دما بالا وارد تله بخار می‌شود.کندانس، سطل و بدنه تله  را کاملاً پُر می‌کند. از آنجا که سطل کاملاً در آب شناور است، به دلیل سنگینی در ته آب فرو می‌رود، شیر کاملاً باز شده و کندانس تخلیه می‌شود. بخار از انتهای زیرین سطل وارد تله بخار می‌شود. هرچه بخار بیشتری وارد آن شود، بیشتر در بالای سطل جمع می‌گردد و باعث می‌شود تا سطل به سمت بالا حرکت کند (شناوری سطل در آب).در موقعیت بالای سطل شیر دریچه را می‌بندد. هوا و گازها از طریق حفره کوچکی که در بالای سطل قرار دارد عبور کرده و در بالای تله بخار جمع می‌شود. بخار از حفره عبور کرده و متراکم می‌شود. زمانی که کندانس بیشتری وارد تله بخار می‌شود، سطل حالت شناوری خود را از دست داده و به سمت پایین حرکت می‌کند. شیر باز می‌شود و کندانس تخلیه می‌شود. موارد استفاده، کاربرد و ویژگی تله بخار مکانیکی سطلی وارونه عبارت است از:

§        استفاده در مدار های سوپر هیت به واسطه ساختار محکم ، تحمل فشارهای کاری بالا و ضربه قوچ

§        نسبت به یخ زدن بسیار حساس بوده لذا در هنگام انتخاب ترپ این ویژگی را کنترل کنید.

§        این نوع ترپ های بخار تخلیه هوای خوبی ندارند ، لذا باید از یک شیر هواگیری در نزدیکی خط بخار استفاده شود

§        عمده ترین کاربرد آن ، کلکتور اصلی توزیع بخار ، یونیت هیتر های بخار ، پرس های خشکشویی ، و مخازن گرم کننده سوخت می باشند.

تله بخار های ترموستاتیکی

بر اساس وجود اختلاف دما بین بخار و کندانس عمل می‌کند و عملکرد آن توسط عنصر ترموستاتیک درونش تنظیم می‌شود. دمای بخار بسته به فشار می‌باشد. در واقع بخار آنتالپی تبخیر (گرما) خود را از دست داده و باعث تولید کندانس در دمای بخار می‌شود. در اثر هرگونه هدر رفت گرما، دمای کندانس نیز افت می‌کند. تله بخار ترموستاتیک زمانی کندانس را عبور می‌دهد که این اُفت دما احساس شود. با رسیدن بخار به آن، دما افزایش یافته و تله بخار بسته می‌شود. هنگام راه اندازی در حضور کندانس سرد، عنصر کپسول منقبض شده و صفحه شیر (valve) از سوپاپ دور می‌شود. سپس شیر کاملاً باز، کندانس و هوا را به سرعت تخلیه می‌کند. با افزایش دمای داخل تله بخار، عنصر کپسول شروع به منبسط شدن کرده و صفحه شیر را به سمت سوپاپ حرکت می‌دهد. درست قبل از اینکه کندانس به دمای اشباع برسد، صفحه شیر سوپاپ را به طور کامل می‌بندد. بخار نمی‌تواند وارد تله بخار شود تا از صفر بودن اتلاف بخار اطمینان حاصل شود. با کاهش دمای داخل آن، عنصر کپسول از سوپاپ دور شده و کندانس تخلیه می‌شود. در حین عملکرد طبیعی مراحل ۳ و ۴ به طور مداوم تکرار می‌شوند. موارد استفاده ، کاربرد و ویژگی تله بخار های ترموستاتیکی  عبارتند از:

§        دارای پتانسیل خوب و عملکرد تخلیه هوای بسیار خوب در زمان راه اندازی می باشد.

§        به علت بسته شدن مجرای خروجی میعانات، برای کاربرد هایی که احتیاج به خروج سریع آب از سیستم را دارند مناسب نیست

§        عدم کارکرد این ترپ های بخار در دمای بیش از 100 درجه سانتیگراد

تله بخار نوع ترمودینامیک (Thermodynamic)

این نوع از تله ها با استفاده از خاصیت سرعت سیال کار می نمایند. هنگام ورود سیال با دمای پایین، ‌دیسک متحرکی که درخروجی تله ودرقسمت فوقانی قرارداد غوطه ور شده و اجازه خروج کندانس را  می‏دهد. با رسیدن بخار و یا کندانس دما بالا، به علت عبور سیال از یک گلوگاه و افزایش سرعت عبور، مقداری از کندانس به بخار تبدیل شده و پدیده فلاش روی می‏دهد که با توجه به تفاوت سطح مقطع در قسمت بالا و پایین دیسک, نیروی رو به پایین به دیسک بیشتر شده و تراپ بسته می‏شود تا اینکه بخار مجدداً کندانس شده و سیکل فوق از سرگرفته شود. تکرار سیکل ها به دمای بخار و شرایط محیط بستگی دارد. این نوع تراپها بین ۲۰ تا ۴۰ ثانیه بسته مانده و مجدداً بازخواهند شد. در فشارهای خیلی بالا و یا در مناطق سرد، به منظور کاهش آهنگ باز و بسته شدن تله،بایستی تله ها با عایق مناسب پوشیده شوند.

این نوع تله ها می توانند بین حداقل و حداکثر ظرفیت شان بدون هیچ تغییر و تنظیمی کار نمایند، کوچک، ساده، سبک و دارای تعمیرات آسان هستند. قابلیت استفاده در مدار سوپر هیت با فشارهای بسیار بالا را دارا بوده و در برابر ضربات چکش و یا ارتعاشات سیستم و نیز یخ زدگی مقاوم هستند. صدای کلیک هنگام کار تراپ که نشان دهنده باز و بسته شدن تراپ می‏باشد، امکان کنترل وضعیت کاری آنرا به راحتی بدست می دهد. در هنگام استفاده از این نوع تله باید دقت شود که اختلاف فشار بین دو سر تله کم نباشد، چرا که سرعت بخار در زیر دیسک کم شده و کارکرد تله دچار اخلال خواهد شد. حداقل فشار ورودی به این تله ها ۰٫۲۵bar  می باشد. دیسک متحرک به عنوان شیر یکطرفه نیز عمل می نماید و نیاز به نصب شیر یکطرفه نمی‏باشد. باید دقت نمود که انداز تراپ بزرگتر از حد مناسب نباشد چرا که تعداد سیکل های باز و بسته شدن زیاد شده باعث فرسایش دیسک متحرک خواهد شد.
از موارد استفاده این نوع تله ها می‏توان به موارد زیر اشاره نمود:

§         ظروف گرم کننده

§        گرم کننده های مخازن سوخت

§        خطوط Tracer

§        ژاکتهای بخار

§        پرس ها

§        خطوط اصلی

§        توزیع بخار در سایت ها

§        کلکتورهای فشار بالا

 همچنین از جمله ویژگی های تله های بخار دیسکی می توان موارد زیر را نام برد که بر انتخاب و کارکرد این گونه تله ها موثر می باشند:

§        باز و بسته شدن دیسک این مدل ترپ بخار و یا به عبارتی کامل شدن سیکل به دمای بخار و شرایط محیط بستگی دارد.

§        تله بخار های ترمودینامیکی معمولا 20 تا 40 ثانیه بسته مانده و مجددا باز می شوند

§        نرخ باز و بسته شدن ترپ در فشار های خیلی بالا و در مناطق سرد نسبتا بالاست و برای کاهش این نرخ باز و بسته شدن باید ترپ عایق شود.

§        عدم محدودیت در کارکرد بین حداقل و حداکثر ظرفیت

§        مقاوم در برابر ضربات قوچ ، ارتعاشات سیستم و یخ زدگی

§        قابلیت کارکرد در مدار های سوپر هیت در فشار های بالا

§        کنترل اختلاف فشار در دو سر تله بخار به دلیل کاهش سرعت بخار در زیر دیسک به منظور جلوگیری از مختل شدن کارکرد تله الزامی ست.

§        عدم نیاز به شیر یکطرفه در این مدل از تله های بخار. زیرا خود مانند یک شیر یکطرفه عمل می کند.

§        تعداد سیکل های باز و بسته شدن به اندازه تله بستگی دارد و نباید از حد مجاز فراتر رود ، زیرا باعث فرسایش دیسک متحرک می شود.

دلایل کارکرد نامناسب تله های بخار

عواملی که باعث کارکرد نامناسب تله های بخار می شوند، متنوع بوده و همچنین به نوع تله بخار نیز بستگی دارد. برخی به علت خرابی خود تله های بخار بوده و برخی دیگر به علت نصب نوع نامناسبی از تله یا وضعیت نامناسب نصب آن است. روش تعمیرات و نگهداری نیز تاثیر بسزایی در عمر تله های بخار دارد. عواملی که باعث کارکرد نامناسب تله های بخار می شوند عبارتند از:

§        سایش سطح آب بندی کننده تله به وسیله بخار، آب و ذرات موجود در کندانس و همچنین به خاطر کارکرد

§        محدودیت حرکت اجزای شیر به واسطه خوردگی یا جرم گرفتگی

§        بسته نشدن کامل شیر به خاطر آشغال یا جرم هلای که در اثر خوردگی بین شیر و نشیمنگاه آن قرار گرفته اند.

§        نامیزانی سطوح آب بندی (شیر و نشیمنگاه) به خاطر ضربه قوچ، انجماد یا نصب نامناسب قطعات تعویض شده

§        پارگی یا تغییر شکل شناور فانوسی تله ترموستاتیک به وسیله انجماد، ضربه قوچ یا خوردگی اتفاق می افتند.

§         در تله های سطلی معکوس و فلوتری، نبود آب در داخل تله باعث می شود که تله کاملاً باز باشد.

§        در تله های ترمودینامیکی دیسکی، کمبود آب به منظور آب بندی ورودی تله بخار، باعث می شود که دیسک تله پی در پی نوسان کند.

دو عامل نخست در مورد هر تله ای که زمان زیادی از کارکرد آن گذشته باشد، اتفاق می افتد. عامل سوم در برخی از تله ها محتمل است. به خصوص هنگامی که تصفیه ناقص آب، باعث خوردگی در سیستم شود. چهار  عامل دیگر نیز اغلب بدلیل انتخاب یا نصب نادرست تله های بخار موجب خرابی تله های  می گردد.

داشتن سیستم  پیشگیرانه تعمیرات و نگهداشت و بازرسی فنی دوره ای تله های بخار از جمله راهبردهای کاهش هزینه های این اجزای سیستم بخار خواهد بود.  عوامل موثر در تعداد بازرسی های سالانه تله های بخار عبارتند از:

الف- نوع تله های نصب شده: تله های شناوری (Ball Float) و تله های سطحی معکوس تله های قابل اعتمادتری هستند و نیاز اندکی به تعمیرات و نگهداشت دارند و کارکرد اینگونه تله ها بدون مشکل سال ها می تواند تداوم داشته باشد.

در صورتی که تله های بخار ترمودینامیکی (دیسکی) از دیگر انواع تله ها قابلیت اطمینان کمتری داشته و بنابراین نیز به پایش بیشتری خواهند داشت و ممکن است ظرف چندماه بعد از نصب دچار گرفتگی و یا نشتی و یا بازشدگی کامل شوند. البته مجموعه ای از دیگر مزیت های اینگونه تله های بخار همانند قیمت ارزان (حدود یک ششیم قیمت تله های بخار شناوری)، قابلیت بکارگیری در دما و فشار های مختلف (تله های ترموستاتیک در دما های زیر 100 درجه قابل استفاده نمی باشند) و نگهداری آسان تر باعث بکارگیری بیشتر این تله های بخار شده است.

ب- تعداد تله های بخار: هرچقدر تعداد تله های بخار در یک سیستم بیشتر باشد و از حد نیاز فراتر رود علاوه بر افزایش خرابی و حتی گسترش کلونی های خرابی، هزینه های تلفات، انرژی و آب و در کل هزینه های عملیاتی را افزایش خواهد داد.

ج- ظرفیت تله های بخار: ظرفیت یک تله بخار به سایز اوریفیس و اختلاف فشار دو سوی آن بستگی دارد. هر دوی این عوامل تعیین کننده میزان تلفات بخار در زمانی خرابی تله می باشد.بنابراین به خرابی و پایش تله های بزرگتر باید اهمیت بیشتری داشته شوند که خرابی آن می تواند تلفات چندین برابری در قیاس با تله های کوچک تر در پی داشته باشد.

د- دیگر عوامل شامل دسترسی به کارکنان و اپراتورها، دسترسی به تله های بخار، فشار بخار و نوع کاربرد تله های بخار می باشند.