بررسی کندانس (چگالش) در خطوط انتقال دیگ بخار
معنی کندانس چیست؟
به طور کلی 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 فازی گازی (بخار) به فاز مایع (آب) تبدیل می‌شود. به آب به دست آمده از میعان، آب کندانس یا چگالیده می‌گویند و توسط تله بخار از تجهیزات تولیدکننده‌ای مانند دیگ بخار تخلیه می‌شود. در ادامه به بررسی کندانس در خطوط انتقال دیگ بخار اشاره می‌کنیم.
كندانس لايه ای بخار
با انتقال حرارت و از دست دادن انرژی بخار، كندانس در خطوط بخار شروع به تشكيل شدن نموده و بصورت قطرات آب در سطوح انتقال حرارت در می آيد. بعد از مدتی، قطرات به هم پيوسته و لايه يكنواختی از آب كندانس تشكيل می‌شود. اين لايه ممكن است مقاومتی بيشتر از 150 برابر نسبت به سطوح آهنی و 600 برابر سطوح مسی داشته باشد.
كندانس قطره ای بخار
اگر قطرات آب به سرعت به هم پيوسته نشده و لايه كندانس تشكيل نگردد، كندانس قطره ای شكل خواهد گرفت. انتقال حرارت در اين حالت بيشتر از كندانس لايه‌ای است و ضريب انتقال حرارت ممكن است تا ده برابر افزايش پيدا نمايد.
مقاومت كندانس قطره ای در برابر ديگر عوامل مقاوم در برابر انتقال حرارت ناچيز می‌باشد، ولی در عمل ايجاد شرايط مناسب جهت تشكيل اين نوع كندانس مشكل است. در صورت پوشاندن سطوح با موادی مانند سيليكول، PTFE، موم های خاص و اسيدهای چرب، مي توان كندانس قطره ای را تا فاصله زمانی محدودی حاصل نمود، ولی با گذشت زمان بازده اين مواد تحت تاثير عوامل فرايند مثل رسوب و اكسيد شدن و… كاهش يافته و كندانس لايه‌ای مجددا تشكيل می‌شود.
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.
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.
چاله کندانس
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.
چاله کندانس چیست؟
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.
دلایل بازگرداندن آب ناشی از کندانس
بازگرداندن کندانس مزایای زیادی دارد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:
– صرفه جویی در مصرف سوخت و انرژی
– صرفه جویی در مصرف آب
– صرفه جویی در مصرف مواد شیمیایی
– صرفه جویی در هزینه های فاضلاب
– کاهش آلودگی هوا
صرفه جویی در انرژی
اولین و مهم ترین 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 می شود بنابراین میزان زیادی انرژی همچنان در آن نهفته است. کندانس می تواند بنابر فشار بخار خروجی بویلر بعضا تا 16% از کل انرژی موجود در بخار را بازگرداند.
صرفه جویی 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 تواما از اتلاف آب و انرژی نیز جلوگیری می کند.
صرفه جویی در مواد شیمیایی
در صورت استفاده از آب جبرانی به جای آب کندانس می بایست آب را از کلیه مراحل تصفیه داخلی و خارجی دیگ خانه عبور داد. اما آب ناشی از کندانس آب مقطر بوده و صرفا باید جهت کنترل PH و اکسیژن باقی مانده در آن به آن مواد شیمیایی افزود و نیاز به تصفیه ندارد.
صرفه جویی در هزینه فاضلاب
در صورت عدم بازگشت کندانس انتقال آن به فاضلاب به علت بالا بودن دما دارای پیچیدگی هایی خواهد بود و بنابر قوانین محلی احتیاج به خنک کردن آن تا دمای استاندارد جهت دفع فاضلاب خواهد بود که این امر خود به معنای هزینه بیشتر است.
| مشاهده مطلب در قالب فايل پي دي اف (pdf) |  |
|
| مشاهده مطلب در قالب تصوير (jpg) |  |
 |
