معنی کندانس چیست؟
به طور کلی کندانس به مفهوم مایع شدن است که در آن تبدیل فاز گازی به فاز مایع رخ می‌دهد. بخار بعد از اینکه انرژی خود را از دست می‌دهد، از فاز گازی (بخار) به فاز مایع (آب) تبدیل می‌شود. به آب به دست آمده از میعان، آب کندانس یا چگالیده می‌گویند.
کندانس در سیستم‌های بخار، هم در خطوط انتقال بخار و هم در تجهیزات مصرف‌کننده بخار تشکیل می‌شود. این کندانس باید به شکل مناسب از سیستم تخلیه و در بسیاری از سیستم‌ها جمع‌آوری و به چرخه تولید بخار بازگردانده شود.
یکی از تجهیزات اصلی برای تخلیه کندانس از تجهیزات مصرف‌کننده مثل دیگ بخار، تله بخار است. تله بخار وظیفه دارد کندانس و گازهای غیرقابل‌تراکم را از سیستم خارج کند و تا حد امکان مانع خروج بخار زنده شود. در ادامه به بررسی کندانس، نحوه تشکیل آن در خطوط بخار، تأثیر آن بر انتقال حرارت، روش جمع‌آوری و بازگرداندن آن به سیستم بخار و تجهیزات مرتبط با آن می‌پردازیم.
تشکیل کندانس در سیستم بخار
هنگامی که بخار در خطوط انتقال حرکت می‌کند، بخشی از انرژی خود را به محیط اطراف منتقل می‌کند. با کاهش انرژی و دمای بخار، بخشی از بخار به آب تبدیل شده و کندانس تشکیل می‌شود. در تجهیزات مصرف‌کننده نیز بخار با انتقال گرمای نهان خود به سیال یا محصول مورد نظر، به کندانس تبدیل می‌شود. بنابراین وجود کندانس در یک سیستم بخار کاملاً طبیعی است؛ مسئله مهم، جمع‌آوری، تخلیه و مدیریت صحیح آن است.
کندانس لایه‌ای بخار
با انتقال حرارت و از دست دادن انرژی بخار، کندانس در خطوط بخار شروع به تشکیل شدن نموده و به صورت قطرات آب در سطوح انتقال حرارت در می‌آید. بعد از مدتی، قطرات به هم پیوسته و لایه یکنواختی از آب کندانس تشکیل می‌شود.
این لایه ممکن است مقاومتی بیشتر از 150 برابر نسبت به سطوح آهنی و 600 برابر سطوح مسی داشته باشد. تشکیل لایه کندانس روی سطح انتقال حرارت باعث افزایش مقاومت حرارتی می‌شود و در نتیجه انتقال حرارت کاهش پیدا می‌کند.
کندانس قطره‌ای بخار
اگر قطرات آب به سرعت به هم پیوسته نشده و لایه کندانس تشکیل نگردد، کندانس به صورت قطره‌ای خواهد بود. انتقال حرارت در این حالت بیشتر از کندانس لایه‌ای است و ضریب انتقال حرارت ممکن است تا ده برابر افزایش پیدا نماید.
مقاومت کندانس قطره‌ای در برابر دیگر عوامل مقاوم در برابر انتقال حرارت ناچیز می‌باشد، ولی در عمل ایجاد شرایط مناسب جهت تشکیل این نوع کندانس مشکل است.
در صورت پوشاندن سطوح با موادی مانند سیلیکول، PTFE، موم‌های خاص و اسیدهای چرب، می‌توان کندانس قطره‌ای را تا فاصله زمانی محدودی حاصل نمود، ولی با گذشت زمان بازده این مواد تحت تأثیر عوامل فرآیند مثل رسوب و اکسید شدن و… کاهش یافته و کندانس لایه‌ای مجدداً تشکیل می‌شود.
تأثیر هوا و لایه‌های آب بر انتقال حرارت
از آنجا كه هوا عايق مناسبی می‌باشد، مقاومت بسيار بيشتری در برابر انتقال حرارت ايجاد می‌كند. مقاومت حرارتی هوا ممكن است بين 1500 تا3000 بار بيشتر از فولاد و 8000 تا 16000 بار بيشتر از مقاومت حرارتی مس باشد.
اين بدان معنی است كه يك لايه هوا با ضخامت 0.025 mm دارای مقاومت حرارتی لايه مسی با ضخامت 400 mm است. شكل 4، 5، 2 نشان دهنده تاثير لايه های مختلف موجود در سطوح بر ميزان انتقال حرارت است.
اين موانع انتقال حرارت نه تنها ضخامت كلی لايه هدايتی را افزايش می‌دهند، بلكه ضريب هدايت كلی را نيز خواهند كاست. افزايش مقاومت به معنی افزايش اختلاف دما بوده و يعنی از بخار با دمای بيشتری بايد استفاده نمود.
وجود لايه های هوا و آب در اكثر مبدل های حرارتی به چشم می‌خورد و يكی از روش های افزايش انتقال حرارت، كاهش ضخامت لايه های مذكور است. ضخامت لايه های مذكور با نصب سپريتور بخار شيرهای هواگير، تله‌های بخار، صافی، كنترل سختی و سطح آب بويلر و ديگ بخار، تميز كردن سطوح، كاهش فشار و دمای كاری تجهيزات (كه به كاهش تشكيل رسوب منجر می شود) و …، قابل كاهش می‌باشند و مطمئنا با افزايش انتقال حرارت، راندمان سيستم را افزايش خواهند داد.
مشکلات تجمع کندانس در خطوط بخار
وجود مقدار مشخصی از کندانس در سیستم بخار طبیعی است، اما تجمع و تخلیه نشدن آن می‌تواند باعث کاهش عملکرد سیستم و ایجاد مشکلات مکانیکی شود.
از مهم‌ترین مشکلات ناشی از تجمع کندانس می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش سطح مؤثر انتقال حرارت
- کاهش راندمان تجهیزات مصرف‌کننده بخار
- ایجاد خوردگی در خطوط و تجهیزات
- ایجاد ضربه قوچ
- افزایش بار و فشار وارد بر تجهیزات
- انتقال قطرات آب همراه با بخار
- کاهش کیفیت بخار
- ایجاد نوسان و اختلال در عملکرد برخی تجهیزات
به همین دلیل طراحی صحیح شیب خطوط بخار، استفاده مناسب از تله بخار و تجهیزات تخلیه کندانس و پیش‌بینی نقاط مناسب برای جمع‌آوری کندانس اهمیت زیادی دارد.
ضربه قوچ ناشی از کندانس چیست؟
یکی از مهم‌ترین مشکلات تجمع کندانس در خطوط بخار، ضربه قوچ (Water Hammer) است. هنگامی که مقدار زیادی کندانس در یک بخش از خط بخار جمع شود و جریان بخار با سرعت بالا آن را حرکت دهد، توده آب می‌تواند با سرعت زیادی در داخل خط حرکت کرده و به زانوها، شیرها و سایر اجزای سیستم برخورد کند. این پدیده می‌تواند باعث ایجاد صدا و لرزش و در شرایط شدید باعث آسیب به تجهیزات و اتصالات شود.
به همین دلیل تخلیه صحیح کندانس و جلوگیری از تجمع آب در خطوط بخار از اصول مهم طراحی و بهره‌برداری سیستم بخار است.
نقش تله بخار در تخلیه کندانس
تله بخار یکی از اجزای مهم سیستم بخار است که برای تخلیه کندانس از تجهیزات و خطوط مورد استفاده قرار می‌گیرد. تله بخار باید بتواند کندانس تشکیل‌شده را از سیستم خارج کند، در حالی که تا حد امکان از خروج بخار زنده جلوگیری نماید.
عملکرد صحیح تله بخار برای حفظ راندمان انتقال حرارت، جلوگیری از تجمع کندانس و کاهش اتلاف انرژی اهمیت دارد. خرابی یا انتخاب نامناسب تله بخار می‌تواند باعث باقی ماندن کندانس در سیستم یا برعکس، خروج بخار زنده و افزایش اتلاف انرژی شود.
فلش استیم چیست؟
هنگامی که کندانس تحت فشار وارد محیطی با فشار پایین‌تر می‌شود، بخشی از انرژی موجود در آب می‌تواند باعث تبدیل بخشی از آب به بخار شود. این بخار را فلش استیم (Flash Steam) می‌نامند.
به عنوان مثال، آب کندانس خروجی از یک تجهیز ممکن است در فشار بالاتر قرار داشته باشد. هنگامی که این کندانس وارد مخزن کندانس یا محیطی با فشار پایین‌تر می‌شود، بخشی از آن به صورت بخار آزاد می‌شود.
بنابراین بخشی از بخاری که در هنگام ورود کندانس پرفشار به مخزن کندانس مشاهده می‌شود، در واقع فلش استیم است و نباید آن را با بخار تولیدشده مستقیم توسط بویلر یکسان دانست. میزان فلش استیم به عواملی مانند فشار و دمای کندانس ورودی و فشار محیط مقصد بستگی دارد.
کاربرد مخزن کندانس در دیگ بخار
از آنجا که آب استفاده شده در سیستم های بخار همواره آبی است که دیگر نیازی به تصفیه، پیش گرم نمودن و رسوب گیری نداشته لذا همواره طراحان، خطوط بخار را به گونه ای طراحی می کنند که در انتهای خطوط انتقال بخار و پس از اخذ انرژی کامل بخار در دستگاه ها، بخار را بصورت کندانس با تله بخار جمع آوری نموده و سپس به سیکل تولید بخار باز می گرداند.
بدلیل اینکه آب کندانس برگشتی دچار فشار می باشد لذا لازم است پیش از هر چیز آب تحت فشار وارد مخزنی به نام مخزن کندانس گردد. در این مخزن آب وارد شده از یک سیستم فشار شکن داخلی مخزن عبور کرده و فشار آن به حداقل میزان ممکن تقلیل خواهد یافت. لازم به ذکر است هر چه فشار آب ورودی به مخزن کندانس بیشتر باشد درصد تبدیل شدن آن به بخار افزایش خواهد یافت.
در مخزن کندانس بخشی از آب تحت فشار در مجاورت اتمسفر تبدیل به بخار شده و قسمت عمده آن جهت ورود به سیکل تولید بخار مورد استفاده قرار می گیرد. پیشنهاد می گردد ونت مخزن کندانس به فضای بیرون موتورخانه منتقل گردد.
مخزن کندانس چیست؟
مخزن کندانس محلی برای جمع‌آوری کندانس برگشتی از تجهیزات و خطوط مختلف سیستم بخار است. این مخزن امکان جمع‌آوری، کاهش فشار و آماده‌سازی کندانس برای بازگشت مجدد به چرخه تولید بخار را فراهم می‌کند.
در سیستم‌هایی که کندانس با فشار و دمای بالا به مخزن وارد می‌شود، باید شرایط مخزن و تجهیزات مرتبط با آن متناسب با فشار، دما و میزان کندانس طراحی شود. همچنین به دلیل آزاد شدن بخشی از کندانس به صورت فلش استیم، ونت مخزن باید به شکل مناسب طراحی و به محل مناسب هدایت شود.
چاله کندانس چیست؟
اصولا مخازن کندانس در چاله ای که به چاله کندانس معروف است و در سطحی پایین تر از تمامی تجهیزات موتورخانه نصب می گردد تا به روش ثقلی بتوان کندانس جمع آوری شده از تله های بخار را جمع آوری نمود.
طراحان عمدتاً، آب جبرانی خط را به مخزن کندانس اضافه می کنند تا از مخزن کندانس آب مورد نیاز بویلر بوسیله پمپ به دی اریتور و یا بویلر منتقل گردد. فضای لازم برای چاله کندانس و پمپ کندانس باید بگونه ای باشد که اپراتور به راحتی بتواند به کارهای روزانه در آن بپردازد.
از آنجا که آب مخزن کندانس دارای دمای بالا می باشد لذا احتمال تشکیل کاویتاسیون در آن بسیار بالا بوده لذا پیشنهاد می گردد ارتفاع مکش مناسب در پمپ متناسب با مشخصات پمپ انتخاب گردد. جهت تعیین ظرفیت مخزن کندانس لازم است اطلاعاتی مانند میزان کندانس برگشتی از خط و فشار آب کندانس ورودی (در صورت وجود) توسط مشتری به شرکت اعلام گردد.
جایگاه کندانس در سیکل بخار
سیستم های بخار دارای قسمت های مختلفی می باشد. اجزای اصلی یک سیکل بخار مانند اجزای اصلی یک سیکل تراکمی است و از نظر ترمودینامیکی با هم قابل مقایسه هستند. یک سیکل بخار اغلب شامل بخش های زیر می باشد:
بویلر (که در آن بخار تولید می شود)، سیستم های انتقال بخار (لوله کشی بخار که همیشه در سیستم قطر کمتری دارد)، مصرف کننده بخار (جایی که بخار تبادل انرژی می کند)، تله بخار (جایی که از اتلافات بخار جلوگیری می شود)، خط بازگشت کندانسیت (لوله های برگشت تقطیرات بخار که همیشه از لوله های بخار قطر بیشتری دارد )، چاله کندانس (محل گودی که سطح آن از تمام مصرف کننده ها پایین تر باشد و تمام لوله های کندانسیت به سمت آن هدایت شود)، مخزن فید واتر (مخزنی که در آنجا کندانسیت یا همان تقطیرات جمع آوری می شود)، پمپ های کندانس (که کندانسیت را از مخزن به بویلر برای بخار شدن مجدد پمپاژ می کند)، دی اریتور (جدا کننده گازها از آب) و اکونومایزر (وسیله ای که از طریق بازیافت حرارتی از محصولات احتراق کندانسیت ورودی به دیگ بخار را یک مرحله پیش گرم می کند.
اینها بخش هایی هستند که معمولا وجود دارند. ممکن است متعلقات دیگری هم در سیستم اضافه شود و یا برخی از آنچه گفته شد مثل اکونومایزر در سیستم موجود نباشد. اما یک سیکل معمولی این چیزها را دارد.
در شکل فوق چاله کندانس در بین نقاط 1 و 2 قرار می گیرد. (قبل از پمپ) بنابراین نقش چاله کندانس را فهمیدید. یک سطح در عمق حدود 2 متری پایین تر از تمام تجهیزات موتورخانه که از همه مصرف کننده های بخار (مثل مبدل های حرارتی آب گرم مصرفی، ژنراتور چیلرهای جذبی، پروسه تولید و …) به سمت آن لوله کشی صورت می گیرد و در آن مخزنی قرار دارد که به مخزن کندانسیت معروف است.
آب ورودی به دیگ بخار نمی تواند با دمای معمولی باشد چرا که دما و فشار دیگ بسیار بالاست و ورود آب سرد موجب ایجاد تنش و خسارت در دیگ می شود. بنابراین مخزن فیدواتر یا آب تغذیه نیز همین تانک می باشد که معمولا با پیش گرمایش به دیگ بخار پمپ می شود.
در سیکل زیر که مصرف کننده توربین یک نیروگاه بخار است چاله کندانس را به خوبی مشاهده می کنید. در این جا سیستم پیش گرمایش آب دیگ بخار قبل از ورود به تانک تعبیه شده است.
در این شکل خطوط قرمز رنگ بعد از بویلر، بخار فشار بالا است و پس از ژنراتور تبدیل به بخار فشار پایین می شود. در تله های بخار اجازه داده نمی شود که بخار تلف شود و در مبدل بعدی تمام ظرفیت بخار یا عیار بخار گرفته می شود و آن تبدیل به کندانسیت خالص می گردد. حالا وارد یک مخزن دیگر شده و از آنجا به تانک فیدواتر و دی اریتور پمپ و سپس برای ورود مجدد به دیگ بخار آماده می شود.
بازگشت کندانس به دیگ بخار
بازگرداندن کندانس به چرخه تولید بخار یکی از بخش‌های مهم مدیریت انرژی و آب در سیستم‌های بخار است. کندانس برگشتی معمولاً نسبت به آب جبرانی، انرژی حرارتی بیشتری دارد و در بسیاری از سیستم‌ها کیفیت آب آن نیز مناسب‌تر است. بنابراین استفاده مجدد از آن می‌تواند میزان آب جبرانی و انرژی مورد نیاز برای آماده‌سازی آب ورودی به بویلر را کاهش دهد.
میزان کندانس قابل برگشت به سیستم به نوع فرآیند، میزان مصرف بخار، شرایط فشار و دمای سیستم و نحوه طراحی خطوط برگشت بستگی دارد.
دلایل بازگرداندن آب ناشی از کندانس
بازگرداندن کندانس مزایای زیادی دارد که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- صرفه‌جویی در مصرف سوخت و انرژی
- صرفه‌جویی در مصرف آب
- صرفه‌جویی در مصرف مواد شیمیایی
- صرفه‌جویی در هزینه‌های فاضلاب
- کاهش آلودگی هوا
صرفه‌جویی در انرژی
اولین و مهم‌ترین دلیل بازگرداندن کندانس به چرخه تولید بخار، انرژی موجود در آن است. بخار پس از انتقال گرمای نهان تبخیر، به آب اشباع در همان دما تبدیل می‌شود؛ بنابراین میزان زیادی انرژی همچنان در آن نهفته است. کندانس می‌تواند بنابر فشار بخار خروجی بویلر بعضاً تا 16% از کل انرژی موجود در بخار را بازگرداند. به همین دلیل استفاده مجدد از کندانس می‌تواند میزان انرژی مورد نیاز برای گرم کردن آب تغذیه بویلر را کاهش دهد.
صرفه‌جویی در آب
حجم زیادی از آب سالانه به صورت کندانس قابل بازگشت به سیستم خواهد بود. علاوه بر آن، آب ناشی از کندانس آب مقطر است و بازگرداندن آن باعث کاهش TDS آب ورودی به بویلر شده و در نتیجه میزان بلودان را نیز به میزان قابل توجهی کاهش خواهد داد.
این کاهش بلودان توأماً از اتلاف آب و انرژی نیز جلوگیری می‌کند.
البته در عمل کیفیت کندانس برگشتی باید کنترل شود؛ زیرا در صورت آلوده شدن کندانس توسط فرآیند، روغن، مواد شیمیایی یا سایر آلاینده‌ها، نباید بدون بررسی و تصفیه مناسب مستقیماً به بویلر بازگردانده شود.
صرفه‌جویی در مواد شیمیایی
در صورت استفاده از آب جبرانی به جای آب کندانس می‌بایست آب را از کلیه مراحل تصفیه داخلی و خارجی دیگ‌خانه عبور داد. اما آب ناشی از کندانس آب مقطر بوده و صرفاً باید جهت کنترل pH و اکسیژن باقی‌مانده در آن به آن مواد شیمیایی افزود و نیاز به تصفیه ندارد.
در سیستم‌های واقعی، کیفیت کندانس برگشتی باید به طور مداوم یا دوره‌ای کنترل شود تا در صورت ورود آلاینده‌ها از بازگشت آب نامناسب به بویلر جلوگیری شود.
صرفه‌جویی در هزینه فاضلاب
در صورت عدم بازگشت کندانس، انتقال آن به فاضلاب به علت بالا بودن دما دارای پیچیدگی‌هایی خواهد بود و بنا بر قوانین محلی احتیاج به خنک کردن آن تا دمای استاندارد جهت دفع فاضلاب خواهد بود که این امر خود به معنای هزینه بیشتر است.
بازگرداندن کندانس علاوه بر کاهش حجم فاضلاب، می‌تواند میزان آب گرم دفع‌شده از سیستم را نیز کاهش دهد.
نکات مهم در طراحی و بهره‌برداری سیستم کندانس
برای عملکرد مناسب سیستم برگشت کندانس، تنها وجود مخزن و پمپ کافی نیست و اجزای مختلف سیستم باید متناسب با شرایط کاری انتخاب شوند.
مهم‌ترین موارد عبارت‌اند از:
- طراحی مناسب شیب خطوط برگشت کندانس
- پیش‌بینی نقاط مناسب برای تخلیه کندانس
- انتخاب صحیح تله بخار
- جلوگیری از تجمع کندانس در خطوط بخار
- توجه به فشار و دمای کندانس برگشتی
- بررسی احتمال ایجاد فلش استیم
- انتخاب مناسب ظرفیت مخزن کندانس
- انتخاب صحیح پمپ کندانس
- توجه به کاویتاسیون و شرایط مکش پمپ
- کنترل کیفیت کندانس برگشتی
- طراحی مناسب ونت مخزن کندانس
- جلوگیری از ورود آب آلوده به چرخه بویلر
- پیش‌بینی تمهیدات مناسب برای جلوگیری از ضربه قوچ
جمع‌بندی
کندانس نتیجه طبیعی انتقال انرژی بخار و تبدیل بخشی از فاز گازی به آب است. تشکیل کندانس در خطوط انتقال و تجهیزات مصرف‌کننده بخار اجتناب‌ناپذیر است، اما مدیریت نادرست آن می‌تواند باعث کاهش انتقال حرارت، افت راندمان، خوردگی، ضربه قوچ و مشکلات عملیاتی شود.
تله بخار برای تخلیه کندانس از تجهیزات و خطوط به کار می‌رود و کندانس جمع‌آوری‌شده در یک سیستم مناسب می‌تواند به وسیله خطوط برگشت، چاله و مخزن کندانس، پمپ‌ها و تجهیزات آماده‌سازی آب دوباره به چرخه تولید بخار بازگردد.
بازگرداندن کندانس علاوه بر استفاده مجدد از آب، امکان استفاده از انرژی حرارتی موجود در آن را فراهم کرده و می‌تواند مصرف سوخت، آب جبرانی، مواد شیمیایی و هزینه‌های مرتبط با دفع فاضلاب را کاهش دهد.
در نتیجه، جمع‌آوری، تخلیه، کنترل و بازگشت صحیح کندانس یکی از بخش‌های مهم طراحی و بهره‌برداری از سیستم‌های بخار و دیگ بخار است.
برای دریافت قیمت و خرید دیگ بخار با شماره 09388037440 تماس بگیرید.
