بخار آب یکی از مهمترین سیالات مورد استفاده در صنایع مختلف است و به دلیل توانایی بالای آن در انتقال انرژی حرارتی، از گذشته تاکنون نقش مهمی در فرایندهای صنعتی، گرمایش، تولید برق و بسیاری از فرایندهای تولیدی داشته است.
بخار در نگاه اول تنها آب در حالت گازی به نظر میرسد، اما در سیستمهای صنعتی، ویژگیهای فیزیکی و حرارتی آن باعث شده است که به یکی از مهمترین واسطههای انتقال حرارت تبدیل شود. برای درک بهتر اینکه بخار چیست، چگونه تولید میشود، چه انواعی دارد و چرا در صنعت استفاده میشود، ابتدا باید با ساختار آب و تغییر حالتهای آن آشنا شویم.
در ابتدا باید ساختار مولكولی و اتمی بخار و بدنبال آن آب و یخ شناخته شود. یك مولكول، كوچكترین عضو تشكیل دهنده ماده است كه می تواند با حفظ تمامی خواص شیمیایی آن ماده وجود داشته باشد. مولكول ها خود از عناصر كوچك تری بنام اتم تشكیل شده اند كه مشخص كننده عناصر پایه نظیر اكسیژن یا هیدروژن هستند.
تركیب خاص مولكول ها با یكدیگر منجر به تشكیل ماده مركب می شود. این مواد با فرمول های شیمیایی نظیر H2O كه دارای مولكول هایی مركب از 2 اتم هیدروژن و یك اتم اكسیژن می باشد، نشان داده می شوند. از آنجائی كه هیدروژن و اكسیژن در بسیاری از تركیبات موجود در كره زمین وجود دارند، آب نیز بسیار در دسترس و ارزان می باشد.
كربن نیز المان دیگری از مواد است كه در بسیاری از تركیبات بنیادی به چشم می خورد. بسیاری از مواد می توانند در سه حالت جامد، مایع و گاز وجود داشته باشند كه از آن ها بعنوان فاز نام برده می شود. در مورد H2 O، فازهای مختلف با عناوین یخ، آب و بخار اسم گذاری شده است.
بخار چیست؟
می دانیم مولکول های آب مانند تمام مواد دیگر در سه حالت وجود دارد، جامد ، مایع و گاز و لذا حالت جامد آب را به آن یخ می گوییم و زمانی که به عنوان یک مایع است به آن آب و هرگاه به عنوان یک گاز باشد به آن بخار می گوییم. مولکول آب با فرمول شیمیایی H₂O از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است.
بخار یک گاز نامرئی است که با افزودن انرژی گرمایی به آب در دیگ بخار تولید می گردد و این انرژی باید به اندازه ای کافی باشد که سبب اضافه و بالا بردن درجه حرارت آب تا نقطه جوش گردد.
سپس انرژی داده شده به آب سبب افزایش درجه حرارت آن نمی شود بلکه سبب تغییر فاز و تولید بخار می گردد، این انرژی اضافی که مورد نیاز برای ایجاد تغییرات آب جوش به بخار است، گرمای تبخیر و یا گرمای نهان نامیده می شود.
دیاگرام فازی آب چیست؟ آب در سه حالت ماده
برای درک بهتر بخار، ابتدا باید رفتار مولکولهای آب را در سه حالت ماده بررسی کنیم. مولکول، کوچکترین واحد تشکیلدهنده یک ماده است که خواص شیمیایی آن ماده را حفظ میکند. یکی از روشهای مناسب برای درک رفتار آب و بخار، استفاده از دیاگرام فازی است. دیاگرام فازی نشان میدهد یک ماده با تغییر شرایطی مانند فشار و دما، در چه ناحیهای به صورت جامد، مایع یا بخار قرار میگیرد.
در دیاگرام فازی آب، نواحی اصلی عبارتاند از:
- ناحیه جامد
- ناحیه مایع
- ناحیه بخار
مرز بین این نواحی نیز اهمیت زیادی دارد، زیرا نشاندهنده شرایطی است که در آن تغییر فاز اتفاق میافتد.
دو نقطه مهم در این نمودار عبارتاند از:
نقطه سهگانه
فازهای گاز، مایع و جامد فقط در یك نقطه ثابت دما و فشار می توانند با هم در تعادل باشند كه به نقطه سه گانه معروف است. نقطه سه گانه آب كه تمامی فازها در حال تعادل می باشند، در دمای 273.16K فشار مطلق 0.006112 bar رخ می دهد. این فشار بسیار نزدیك به خلاء مطلق است و در صورت كاهش بیشتر فشار در این دما، یخ مستقیما به بخار تبدیل می شود.
-یخ
در فاز جامد (یخ)، تمامی مولوكول ها در یك شبكه بهم پیوسته قفل شده و فقط ارتعاش می نمایند. حركت مولكولی در این فاز، بسیار نزدیك به هم بوده و كمتر از اندازه یك مولكول می باشد. افزایش حرارت باعث افزایش و جدا شدن تعدادی از مولكول ها از مولكول های مجاور گشته و به دنبال آن تغییر حالت جامد به مایع و عمل ذوب شروع می گردد.
(این شرایط در دمای صفر درجه و مستقل از فشار است). مقدار انرژی كه باعث شكسته شدن پیوندهای بین مولكولی و تغییر فاز، بدون افزایش دمای یخ می گردد به آنتالپی ذوب معروف است.
این تغییر فاز برگشت پذیر بوده و در صورت آزاد شدن همان مقدار انرژی به محیط اطراف، قابل انجام است. چگالی اكثر مواد در هنگام ذوب كاهش می یابد ولی در مورد H2O این امر برعكس بوده، بطوری كه افزایش چگالی آب نسبت به یخ مشاهده می شود. (دلیل شناور ماندن یخ بر روی آب همین مساله می باشد).
-آب
در فاز مایع مولكول ها آزادانه حركت كرده ولی همچنان به علت نیروی جاذبه بین مولكولی در فاصله كمی حركت می نمایند. افزایش حرارت باعث افزایش حركات بین مولكولی و افزایش دما تا دمای جوش می گردد.
-آنتالپی آب، آنتالپی مایع یا گرمای محسوس آب (hr)
این پارامتر میزان انرژی لازم جهت افزایش دمای آب از میزان 00c تا دمای جوش می باشد. در دمای صفر درجه سانتی گراد، آنتالپی آب صفر در نظر گرفته شده و بنابراین تمامی دماهای دیگر با توجه به این مرجع سنجیده می شود.
علت استفاده از واژه گرمای محسوس تغییر دمای محسوس آب با افزایش انرژی می باشد. در فشار اتمسفریك (0 barg)، در دمای 1000c به جوش آمده و به منظور گرمایش یك كیلوگرم آب صفر درجه تا دمای صد درجه، مقدار 419 kj/kg0c انرژی لازم است.
خرید دیگ بخار خرید دیگ آبگرم خرید دیگ روغن داغ
-بخار
با افزایش دمای آب و رسیدن به دمای جوش، برخی از مولكول ها دارای انرژی جنبشی كافی می گردند، به طوری كه می توانند به فضای بالای سطح مایع فرار كرده و جدا شوند. افزایش حرارت باعث افزایش تعداد مولكول های فراری و سپس تشكیل حباب های بخار در داخل مایع می شود كه در سطح آب می تركند.
با در نظر گرفتن ساختار مولكولی، فاز مایع و بخار و فاصله زیاد مولكول ها در فاز بخار، دیده می شود كه چگالی فاز بخار بسیار كمتر از چگالی آب است، بنابراین فضای بالای مایع به سرعت از مولكول های با چگالی پایین تر انباشته می شود.
وقتی تعداد مولكول هائی كه آب را ترك می نمایند، از مولكول هائی كه دوباره به آن برمی گردند بیشتر شود، آب بصورت آزاد شروع به تبخیر می نماید. در این نقطه آب به دمای جوش یا دمای اشباع خود می رسد، چرا كه با انرژی حرارتی اشباع شده است.
افزایش بیشتر حرارت با ثابت ماندن فشار، باعث تغییر دمای مضاعف نشده و فقط منجر به تشكیل بخار می گردد. دمای آب جوش و بخار اشباع در فشار ثابت یكسان بوده، ولی میزان انرژی واحد جرم در فاز بخار بسیار بیشتر از فاز مایع است. در فشار اتمسفریك دمای اشباع 1000c است.
با این وجود، در صورت افزایش فشار، امكان انتقال در فشار حرارت بیشتر بدون تغییر مایع وجود دارد. بنابراین افزایش فشار باعث آنتالپی مایع و دمای اشباع می گردد. رابطه بین اشباع و فشار به منحنی اشباع بخار معروف است.
آب و بخار در هر فشاری روی منحنی فوق بصورت مشترك و در شرایط دمای اشباع وجود دارند. بخاری كه در شرایط دمائی بالاتر از این منحنی قرار دارد به بخار سوپرهیت معروف است. مقدار اختلاف دمای بالاتر از دمای اشباع به درجه سوپرهیت معروف است.
نقطه بحرانی
نقطهای که در آن مرز مشخص بین مایع و بخار از بین میرود. بالاتر از دما و فشار بحرانی، دیگر نمیتوان آب و بخار را مانند شرایط معمول به دو فاز مایع و گاز تفکیک کرد. در مهندسی بخار، نمودارهای مختلفی مانند فشار ـ حجم مخصوص، فشار ـ آنتالپی و نمودارهای مرتبط با شرایط اشباع برای تحلیل رفتار آب و بخار استفاده میشوند.
بخار چگونه تولید میشود؟
برای تولید بخار، باید به آب انرژی حرارتی منتقل شود. این کار در تجهیزات مختلفی مانند دیگ بخار، استیم ژنراتور و سایر مولدهای بخار انجام میشود. در یک دیگ بخار، انرژی حاصل از سوخت یا منبع حرارتی دیگر به آب منتقل میشود. آب ابتدا گرم شده و دمای آن افزایش پیدا میکند.
با ادامه انتقال حرارت، آب به دمای جوش خود میرسد. از این مرحله به بعد، انرژی بیشتری که به آب داده میشود عمدتاً صرف تغییر حالت آب از مایع به بخار میشود. به صورت ساده میتوان فرایند تولید بخار را اینگونه بیان کرد:
آب ← دریافت انرژی حرارتی ← افزایش دما ← رسیدن به دمای جوش ← تغییر فاز ← بخار
نقطه جوش و دمای اشباع چیست؟
دمای جوش آب یک مقدار ثابت نیست و به فشار بستگی دارد. در فشار اتمسفریک، آب در حدود 100 درجه سانتیگراد به جوش میآید. اگر فشار افزایش پیدا کند، دمای جوش نیز افزایش مییابد. به همین دلیل آب داخل یک دیگ بخار تحت فشار میتواند در دمایی بالاتر از 100 درجه سانتیگراد به بخار تبدیل شود.
دمایی که در یک فشار مشخص، آب در آن به حالت جوش میرسد و شروع به تغییر فاز میکند، دمای اشباع نامیده میشود. بنابراین: برای هر فشار مشخص، یک دمای اشباع مشخص وجود دارد. این رابطه بین فشار و دمای اشباع یکی از مهمترین ویژگیهای بخار در سیستمهای صنعتی است.
رابطه فشار و دمای بخار
هرچه فشار افزایش پیدا کند، دمای اشباع آب نیز افزایش مییابد. برای نمونه، در فشار اتمسفریک دمای اشباع حدود 100 درجه سانتیگراد است، اما در فشارهای بالاتر، آب برای رسیدن به نقطه جوش به دمای بیشتری نیاز دارد.
این ویژگی یکی از دلایل اصلی استفاده از بخار تحت فشار در صنایع است؛ زیرا میتوان بخار را در دماهای بالاتر تولید و انرژی حرارتی بیشتری را در شرایط مناسب به محل مصرف منتقل کرد.
همچنین افزایش فشار باعث کاهش حجم مخصوص بخار میشود. بنابراین تولید و انتقال بخار در فشار مناسب میتواند به کاهش ابعاد مورد نیاز خطوط، شیرآلات و تجهیزات کمک کند.
گرمای محسوس و گرمای تبخیر چیست؟
انرژی مورد نیاز برای تولید بخار را میتوان به دو بخش اصلی تقسیم کرد.
گرمای محسوس
بخشی از انرژی حرارتی که برای افزایش دمای آب از دمای اولیه تا دمای جوش مصرف میشود، گرمای محسوس نام دارد. برای مثال، در فشار اتمسفریک، برای رساندن یک کیلوگرم آب از دمای صفر درجه سانتیگراد به حدود 100 درجه سانتیگراد، انرژی حرارتی قابل توجهی لازم است. در این مرحله انرژی باعث افزایش دمای آب میشود.
گرمای تبخیر
پس از رسیدن آب به دمای جوش، انرژی حرارتی اضافی عمدتاً صرف تغییر حالت آب از مایع به بخار میشود. در این مرحله، تا زمانی که تغییر فاز در فشار ثابت در حال انجام است، افزایش انرژی الزاماً باعث افزایش دما نمیشود؛ بلکه انرژی صرف جدا شدن مولکولها و تبدیل مایع به بخار میشود. این انرژی را گرمای تبخیر یا اصطلاحاً گرمای نهان مینامند.
اهمیت این موضوع در صنعت بسیار زیاد است، زیرا هنگام تبدیل بخار به آب، بخش عمدهای از همین انرژی میتواند در محل مصرف آزاد شود.
چرا بخار برای انتقال حرارت مناسب است؟
یکی از مهمترین دلایل استفاده گسترده از بخار در صنعت، توانایی آن در حمل و انتقال مقدار زیادی انرژی حرارتی است. بخار میتواند در یک دیگ بخار تولید شود، از طریق خطوط لوله به نقاط مختلف کارخانه منتقل شود و در محل مصرف، با انتقال حرارت به محصول یا تجهیزات، به آب تبدیل شود.
در هنگام چگالش بخار، انرژی حرارتی قابل توجهی آزاد میشود. همین ویژگی باعث میشود بخار برای بسیاری از فرایندهای گرمایشی بسیار مناسب باشد. از طرف دیگر، آب مادهای در دسترس، نسبتاً ارزان و غیرقابل اشتعال است و همین موضوع استفاده از آن را به عنوان واسطه انتقال حرارت بسیار جذاب کرده است.
جدول بخار چیست؟
برای طراحی و بررسی سیستمهای بخار، دانستن تنها فشار و دمای بخار کافی نیست. مهندسان باید بتوانند خواصی مانند آنتالپی، حجم مخصوص، چگالی و سایر ویژگیهای ترمودینامیکی آب و بخار را نیز به دست آورند.
این اطلاعات در جداول بخار (Steam Tables) ارائه میشوند. در جداول بخار، خواص آب و بخار در فشارها و دماهای مختلف ثبت شده است. برای مثال، با داشتن فشار بخار اشباع میتوان دمای اشباع و مقادیر مختلف آنتالپی را از جدول به دست آورد.
به همین دلیل جداول بخار یکی از ابزارهای مهم در طراحی و محاسبات تجهیزات و سیستمهای بخار هستند. منابع آموزشی مهندسی بخار نیز خواصی مانند آنتالپی، آنتروپی، حجم مخصوص و میزان خشکی را از پارامترهای اصلی بررسی بخار معرفی میکنند.
جدول فشار بخار آب در دماهای مختلف
| دما (°C) | فشار بخار (kPa) |
|---|---|
| 0 | 0.611 |
| 10 | 1.228 |
| 20 | 2.337 |
| 30 | 4.243 |
| 40 | 7.382 |
| 50 | 12.344 |
| 60 | 19.925 |
| 70 | 31.168 |
| 80 | 47.371 |
| 90 | 70.115 |
| 100 | 101.325 |
این جدول فقط برای دماهای بین 0 تا 100 درجه سانتیگراد ارائه شده است. برای دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد، میتوانید از نمودارهای فشار بخار آب استفاده کنید. همچنین میتوانید از نرمافزارهای محاسباتی برای محاسبه فشار بخار آب در دماهای مختلف استفاده کنید.
نکاتی در مورد استفاده از جدول:
- فشار بخار آب با دما افزایش مییابد.
- در دمای ثابت، فشار بخار آب با ارتفاع کاهش مییابد.
- فشار بخار آب اشباع به فشار محیط بستگی ندارد.
اگر بخار خروجی از دیگ به میزان تولیدی باشد و بتواند آزادانه جریان یابد، افزایش حرارت باعث افزایش نرخ تولید بخار می شود، ولی اگر بخار خروجی محدود نگاه داشته شود و همزمان انرژی حرارتی نیز افزوده گردد، انرژی ورودی به دیگ بیشتر از انرژی خروجی شده كه باعث افزایش فشار و بدنبال آن افزایش دمای دیگ می گردد چرا كه دمای اشباع ارتباط مستقیم با فشار دارد.
-به آب در شرایط زیر منحنی، آب زیر اشباع گفته می شود.
بخار اشباع چیست؟
بخار اشباع بخاری است که در دمای اشباع مربوط به فشار خود قرار دارد. به زبان ساده، زمانی که آب در یک فشار مشخص به نقطه جوش رسیده و فرایند تبدیل آب به بخار در همان شرایط انجام میشود، بخار تولیدشده در شرایط اشباع قرار دارد.
بخار اشباع یکی از مهمترین انواع بخار مورد استفاده در فرایندهای صنعتی و گرمایشی است. در یک سیستم بخار، کیفیت و شرایط بخار تولیدشده اهمیت زیادی دارد؛ زیرا وجود قطرات آب همراه بخار میتواند بر انتقال حرارت و عملکرد تجهیزات تأثیر بگذارد.
بخار سوپرهیت چیست؟
اگر پس از تبدیل کامل آب به بخار اشباع، همچنان به بخار انرژی حرارتی اضافه شود، دمای آن افزایش پیدا میکند و بخاری با دمای بالاتر از دمای اشباع خواهیم داشت. به این نوع بخار، بخار سوپرهیت یا سوپرهیتشده (Superheated Steam) گفته میشود.
میزان افزایش دمای بخار نسبت به دمای اشباع، درجه سوپرهیت نام دارد. بخار سوپرهیت در برخی کاربردهای خاص مانند نیروگاهها و توربینهای بخار اهمیت زیادی دارد، اما برای بسیاری از کاربردهای معمول گرمایشی، بخار اشباع انتخاب مناسبتری است.
بخار مرطوب چیست؟
در شرایط واقعی، بخار خروجی از یک بویلر همیشه کاملاً خشک نیست. ممکن است مقداری از قطرات آب همراه بخار از دیگ خارج شود. در این حالت، مخلوطی از بخار و قطرات آب داریم که به آن بخار مرطوب گفته میشود. هرچه میزان آب همراه بخار بیشتر باشد، کیفیت یا درجه خشکی بخار کمتر خواهد بود.
وجود آب همراه بخار میتواند مشکلاتی مانند:
- کاهش کیفیت انتقال حرارت
- افزایش احتمال ضربه قوچ
- خوردگی و فرسایش برخی تجهیزات
- انتقال آب به تجهیزات مصرفکننده
- کاهش عملکرد تجهیزات بخار
را به همراه داشته باشد.
به همین دلیل در سیستمهای بخار صنعتی، کنترل کیفیت بخار و جلوگیری از ورود بیش از حد قطرات آب به خطوط انتقال اهمیت زیادی دارد.
بخار فلاش چیست؟
بخار فلاش (Flash Steam) بخاری است که بدون اینکه انرژی حرارتی جدیدی به آب اضافه شود، در اثر کاهش ناگهانی فشار آب یا کندانس داغ ایجاد میشود. برای مثال، کندانس خروجی از یک تجهیز ممکن است در فشار و دمای بالا قرار داشته باشد. هنگامی که این کندانس از طریق تله بخار یا شیر مناسب وارد محیطی با فشار پایینتر میشود، بخشی از آب به دلیل انرژی حرارتی اضافی موجود در آن، دوباره به بخار تبدیل میشود. این بخار، بخار فلاش نام دارد.
بخار فلاش معمولاً در موارد زیر دیده میشود:
- خروجی تلههای بخار
- مخازن کندانس
- تانکهای فلاش
- ونت برخی مخازن
- تغییر فشار ناگهانی در سیستمهای بخار
بخار فلاش در صورتی که شرایط سیستم اجازه دهد، میتواند بازیافت و دوباره مورد استفاده قرار گیرد.
چرا بازیافت بخار فلاش اهمیت دارد؟
بخار فلاش همچنان دارای انرژی حرارتی قابل استفاده است. اگر این بخار بدون استفاده به اتمسفر تخلیه شود، بخشی از انرژی تولیدشده در سیستم از دست میرود. در سیستمهای صنعتی بزرگ میتوان بخار فلاش را در یک تانک فلاش از کندانس جدا کرد و سپس برای کاربردهایی مانند پیشگرمایش آب تغذیه یا سایر مصارف کمفشار مورد استفاده قرار داد.
بازیافت بخار فلاش میتواند باعث:
- کاهش مصرف سوخت
- کاهش اتلاف انرژی
- کاهش هزینه تولید بخار
- افزایش راندمان سیستم
- کاهش تخلیه بخار به محیط
شود.
تفاوت بخار و آب داغ
ممکن است این سؤال مطرح شود که اگر هدف ما انتقال حرارت است، چرا به جای بخار از آب داغ استفاده نکنیم؟ آب داغ نیز در بسیاری از صنایع برای انتقال حرارت استفاده میشود، اما بخار یک مزیت مهم دارد:
در هنگام چگالش، مقدار زیادی انرژی حرارتی را در دمای تقریباً ثابت آزاد میکند. این ویژگی برای بسیاری از فرایندهای صنعتی بسیار مفید است. همچنین بخار میتواند با استفاده از اختلاف فشار در خطوط لوله حرکت کند و در نقاط مختلف یک کارخانه توزیع شود.
بنابراین انتخاب بین آب داغ و بخار به عواملی مانند:
- دمای مورد نیاز
- نوع فرایند
- فشار کاری
- فاصله انتقال
- ظرفیت حرارتی
- نوع مصرفکننده
- هزینه انرژی
- شرایط بهرهبرداری
بستگی دارد.
چرا بخار برای انتقال حرارت مناسب است؟
بخار به دلایل مختلفی به عنوان یک واسطه انتقال حرارت بسیار پرکاربرد است.
مهمترین آنها عبارتاند از:
- حمل مقدار زیادی انرژی حرارتی
- آزاد کردن انرژی قابل توجه هنگام چگالش
- امکان انتقال در خطوط لوله
- ارتباط مشخص بین فشار و دمای اشباع
- امکان استفاده از یک منبع تولید بخار برای چند مصرفکننده
- امکان بازیافت کندانس و بخشی از انرژی آن
به همین دلیل یک دیگ بخار میتواند در یک نقطه نصب شود و بخار تولیدشده از طریق شبکه لولهکشی به چندین تجهیز در نقاط مختلف کارخانه منتقل شود.
بخار در چه صنایعی استفاده میشود؟
کاربرد بخار بسیار گسترده است و در بسیاری از صنایع برای گرمایش یا انجام فرایندهای مختلف به کار میرود. از مهمترین کاربردهای آن میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- صنایع غذایی و لبنی: پخت، گرم کردن، پاستوریزاسیون و برخی فرایندهای تولید
- صنایع دارویی و بیمارستانی: استریلسازی و تأمین حرارت
- صنایع نساجی: رنگرزی، خشککردن و اتوکشی
- صنایع شیمیایی و پتروشیمی: گرم کردن مخازن، راکتورها و فرایندهای تولید
- صنایع کاغذ: خشککردن و تأمین حرارت
- نیروگاهها: به حرکت درآوردن توربینهای بخار و تولید برق
- سیستمهای گرمایش صنعتی: تأمین حرارت مبدلها، مخازن و تجهیزات مختلف
بنابراین لازم نیست برای هر کاربرد، بخار متفاوتی از نظر ماهیت تولید شود؛ بلکه فشار، دما، کیفیت و شرایط بخار مورد نیاز بر اساس نوع فرایند تعیین میشود.
بخار در تولید برق- توربین
یکی از مهمترین کاربردهای بخار، استفاده از آن در نیروگاههای بخار است. در این سیستم، انرژی حرارتی برای تولید بخار استفاده میشود. بخار تولیدشده به توربین هدایت شده و انرژی آن باعث چرخش توربین میشود. توربین نیز ژنراتور را به حرکت درمیآورد و در نهایت انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
به صورت ساده:
انرژی سوخت ← حرارت ← بخار ← توربین ← ژنراتور ← برق
در نیروگاهها معمولاً کنترل دقیق شرایط بخار و استفاده از بخار سوپرهیت اهمیت بیشتری پیدا میکند.
بخار پس از مصرف چه میشود؟
بخار پس از انتقال انرژی حرارتی خود، معمولاً به آب تبدیل میشود. این آب را کندانس (Condensate) مینامند. کندانس معمولاً هنوز نسبت به آب تازه دارای دمای بالاتری است و اگر کیفیت آن مناسب باشد، میتوان آن را دوباره به سیستم تولید بخار برگرداند.
بازیافت کندانس میتواند باعث کاهش:
- مصرف آب
- مصرف سوخت
- انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب
- مصرف مواد شیمیایی تصفیه آب
شود. به همین دلیل در سیستمهای بخار صنعتی، شبکه برگشت کندانس بخش مهمی از طراحی سیستم محسوب میشود.
چرا کیفیت آب در تولید بخار مهم است؟
آب مورد استفاده در دیگ بخار باید متناسب با شرایط تجهیزات و فشار کاری، تصفیه و آمادهسازی شود. وجود املاح و سختی بیش از حد در آب میتواند باعث تشکیل رسوب روی سطوح انتقال حرارت شود. رسوب باعث کاهش انتقال حرارت و افزایش مصرف انرژی میشود و در صورت ادامه، میتواند به تجهیزات آسیب برساند.
از طرف دیگر، کیفیت نامناسب آب میتواند مشکلاتی مانند خوردگی، کف کردن و Carryover ایجاد کند. به همین دلیل در سیستمهای صنعتی از تجهیزاتی مانند سختیگیر، سیستمهای تصفیه آب، دی اریتور و تجهیزات کنترل آب تغذیه استفاده میشود.
ایمنی در سیستمهای بخار
بخار تحت فشار دارای انرژی زیادی است و به همین دلیل تولید و استفاده از آن نیازمند رعایت اصول ایمنی است. در یک سیستم بخار باید مواردی مانند:
- طراحی مناسب تجهیزات تحت فشار
- کنترل فشار و دما
- استفاده از شیرهای اطمینان مناسب
- بازرسی و سرویس دورهای
- کنترل کیفیت آب
- عایقکاری خطوط
- نگهداری صحیح تجهیزات
- آموزش اپراتورها
بهطور جدی مورد توجه قرار گیرد. ایمنی سیستم بخار فقط به خود دیگ محدود نمیشود و تمام شبکه تولید، انتقال، مصرف و برگشت کندانس باید به شکل صحیح طراحی و نگهداری شود.
آیا می دانید که یک کیلوگرم آب در 100 درجه سانتیگراد وقتی به فاز گازی یا بخار تبدیل می شود در فشار اتمسفر چه حجمی بر اساس متر مکعب را اشغال می کند؟
وقتی که یک کیلوگرم (یا یک لیتر آب)، در دمای 100 درجه و فشار و تحت شرایط یکسان تبدیل به بخار می گردد، حجم ایجاد شده توسط آن 1.66 متر مکعب خواهد بود.
این مقدار که تقریبا 1600 بار افزایش در حجم است سبب ایجاد یک انتشار ناگهانی در فضا است که می تواند سبب تولید یک انرژی بسیار زیاد گردد.
سوالات متداول درباره بخار
بخار چیست؟
بخار، آب در حالت گازی است که در اثر دریافت انرژی حرارتی و تغییر فاز از حالت مایع به گاز ایجاد میشود. بخار به دلیل توانایی بالا در انتقال انرژی حرارتی، کاربرد گستردهای در صنایع دارد.
آب در چه دمایی به بخار تبدیل میشود؟
دمای تبدیل آب به بخار به فشار بستگی دارد. در فشار اتمسفر، آب در حدود ۱۰۰ درجه سانتیگراد به جوش میآید، اما با افزایش یا کاهش فشار، دمای اشباع نیز تغییر میکند.
بخار اشباع چیست؟
بخار اشباع، بخاری است که در دمای اشباع متناظر با فشار خود قرار دارد. این نوع بخار در بسیاری از فرایندهای گرمایشی و صنعتی استفاده میشود.
بخار سوپرهیت چیست؟
اگر بخار اشباع پس از تشکیل، حرارت بیشتری دریافت کند و دمای آن از دمای اشباع بالاتر برود، به آن بخار سوپرهیت یا فوقگرم گفته میشود.
تفاوت بخار اشباع و بخار سوپرهیت چیست؟
بخار اشباع در دمای اشباع مربوط به فشار خود قرار دارد، اما دمای بخار سوپرهیت از دمای اشباع بالاتر است. بخار اشباع معمولاً برای انتقال حرارت و بخار سوپرهیت بیشتر در کاربردهایی مانند توربینهای بخار مورد استفاده قرار میگیرد.
آنتالپی بخار چیست؟
آنتالپی یکی از کمیتهای ترمودینامیکی برای بیان انرژی ویژه آب و بخار است و معمولاً بر حسب کیلوژول بر کیلوگرم بیان میشود. از آنتالپی در محاسبات انرژی و طراحی سیستمهای بخار استفاده میشود.
گرمای نهان تبخیر چیست؟
گرمای نهان تبخیر انرژی مورد نیاز برای تبدیل آب از حالت مایع به بخار در شرایط مشخص است. این انرژی هنگام چگالش بخار دوباره آزاد میشود و یکی از دلایل مهم استفاده از بخار برای انتقال حرارت است.
بخار مرطوب چیست؟
بخار مرطوب، بخاری است که همراه خود مقداری آب مایع به صورت قطرات ریز دارد. وجود رطوبت میتواند کیفیت بخار و عملکرد تجهیزات مصرفکننده را کاهش دهد.
بخار فلاش چیست؟
بخار فلاش زمانی ایجاد میشود که آب یا کندانس داغ تحت فشار به محیطی با فشار پایینتر وارد شود و بخشی از آن بدون دریافت حرارت خارجی به بخار تبدیل شود.
بخار در چه صنایعی استفاده میشود؟
بخار در صنایعی مانند غذایی و لبنی، دارویی، نساجی، شیمیایی، پتروشیمی، کاغذ، نیروگاهها و بسیاری از فرایندهای گرمایشی و صنعتی استفاده میشود.
چرا بخار برای انتقال حرارت مناسب است؟
بخار میتواند مقدار زیادی انرژی حرارتی را منتقل کند و هنگام چگالش بخش قابل توجهی از این انرژی را در محل مصرف آزاد کند. همچنین انتقال آن از طریق شبکه لولهکشی به تجهیزات مختلف امکانپذیر است.
چرا کیفیت آب در تولید بخار اهمیت دارد؟
آب نامناسب میتواند باعث ایجاد رسوب، خوردگی، کف کردن و مشکلات دیگر در دیگ بخار و تجهیزات سیستم شود. به همین دلیل تصفیه و کنترل کیفیت آب تغذیه اهمیت زیادی دارد.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
