مبانی و کاربرد تله های بخار در صنعت

تاریخچه تله های بخار

بشر برای اولین بار پس از انقلاب صنعتی در قرن 18 شروع به استفاده از بخار در صنعت کرد. در ابتدا از بخار به عنوان منبع محرکه برای راندن پمپ ها، لوکوموتیوها و موارد مشابه استفاده می شد. پس از مدتی، استفاده از بخار به عنوان منبع محرک کاهش یافت و در عوض بخار به طور گسترده‌تری به عنوان منبع گرمایش استفاده شد. همانطور که می­دانید یکی از ویژگی های بخار این است که با استفاده از گرما متراکم شده و تبدیل به میعان می­شود. در ابتدا، میعانات را با باز کردن دوره‌ای یک دریچه برای دمیدن میعانات یا با باز گذاشتن دریچه‌ای همیشه کمی باز برای تخلیه میعانات و همزمان نشت بخار حذف می‌شد. حذف میعانات گازی با کار دستی یک شیر نه تنها بسیار آزاردهنده است، بلکه بخار نیز نشت می­کند. با افزایش تعداد برنامه هایی که از بخار استفاده می­کردند، دریچه ای برای حذف خودکار میعانات ایجاد شد و این تولد تله بخار بود. اولین تله بخار که ظاهر شد یک تله بخار از نوع سطلی بود که در نیمه اول دهه 1800 ساخته شد. انواع توسعه یافته در سال­های اولیه تله بخار، نوع انبساط فلزی در دهه 1860 بود، سپس نوع ضربه ای کمی بعد در دهه 1930، و سرانجام در دهه 1940 نوع دیسکی که همه ما با آن آشنا هستیم توسعه یافت. آخرین فناوری تله شناور آزاد است که برای اولین بار در سال 1966 مورد استفاده قرار گرفت.

در این نوشتار سعی بر آن است تا با مفهوم تله بخار و انواع آن آشنا شویم. شناخت این نوع تجهیز به ما در هنگام خرید آن کمک میکند. مگاتجهیز به عنوان نماینده فروش انواع تله های بخار با گارانتی یکساله در تهران می باشد.

تله بخار چیست؟

شیری که به طور خودکار میعانات را از محفظه حاوی بخار تخلیه می­کند یا در صورت لزوم، اجازه می­دهد بخار با سرعت کنترل شده یا تنظیم شده جریان یابد. بیشتر تله‌های بخار گازهای غیرقابل چگالش را نیز از خود عبور می‌دهند و در عین حال برای بخار زنده محکم می‌مانند. تله بخار نوعی دریچه اتوماتیک است که میعانات (یعنی بخار متراکم شده) و گازهای غیر قابل تراکم مانند هوا را بدون خروج بخار فیلتر می­کند. در صنعت، بخار به طور منظم برای گرم کردن یا به عنوان نیروی محرکه برای نیروی مکانیکی استفاده می­شود. تله بخار در چنین کاربردهایی استفاده می­شود تا اطمینان حاصل شود که بخار هدر نمی رود.

چرا تله­ های بخار نصب می ­شوند؟

هنگامی که آب تبخیر می­شود و گاز تشکیل می­شود، بخار تشکیل می­شود. برای اینکه فرآیند تبخیر اتفاق بیفتد، باید به مولکول­های آب انرژی کافی داده شود تا پیوند های بین مولکول ها (پیوندهای هیدروژنی و غیره) جدا شود. این انرژی که برای تبدیل مایع به گاز داده می­شود، «گرمای نهان» نامیده می­شود.

فرآیندهای گرمایش مبتنی بر بخار از گرمای نهان استفاده می­کنند و آن را به یک محصول معین منتقل می­کنند. وقتی کار تمام شد (یعنی بخار گرمای نهان خود را از دست داد)، بخار متراکم می­شود و به میعان تبدیل می­شود.  به عبارت دیگر، میعانات توانایی انجام کاری را که بخار انجام می­دهد را ندارد. بنابراین، اگر میعانات با حداکثر سرعت ممکن حذف نشود، چه در لوله‌های انتقال بخار و چه در مبدل حرارتی، راندمان گرمایش کاهش می‌یابد.

استفاده از شیر دستی چه مشکلی دارد؟

گاهی اوقات اعتقاد بر این است که بار میعانات را می­توان با یک دریچه معمولی به جای تله بخار با تنظیم دستی دهانه شیر برای مطابقت با مقدار میعانات تولید شده تنظیم کرد. از نظر تئوری این امکان پذیر است. با این حال، دامنه شرایط لازم برای دستیابی به این امر به قدری محدود است که در عمل یک راه حل واقع بینانه نیست. بزرگترین مشکل این روش این است که تنظیم باز شدن شیر برای تخلیه مقدار ثابتی از سیال به این معنی است که نوسانات بار میعانات را نمی­توان جبران کرد. در واقع، مقدار میعانات تولید شده در یک سیستم معین ثابت نیست. در مورد تجهیزات، بار میعانات در هنگام راه اندازی با بار در هنگام کار معمولی متفاوت است. نوسانات در بار محصول نیز باعث تفاوت در میزان میعانات تولید شده می­شود. به طور مشابه، در مورد لوله­های انتقال بخار، بار میعانات ممکن است بسته به دمای هوای بیرون یا در نتیجه باران یا برف شدید متفاوت باشد. اگر دستگاه نتواند به نوسانات بار میعانات واکنش نشان دهد، میعاناتی که باید تخلیه شود در عوض در داخل تجهیزات/لوله جمع می شود و راندمان گرمایش کاهش می­یابد. از سوی دیگر، زمانی که بار میعانات کاهش می­یابد، نشت بخار رخ می­دهد و بخار هدر می­رود.

ویژگی­های مورد نیاز در تله بخار

در حال حاضر ضروری است که تله بخار به عنوان یک نوع شیر اتوماتیک دارای 3 ویژگی زیر باشد:

• ترشحات بلافاصله و به طور کامل متراکم می شوند.
• حتی در صورت استفاده طولانی مدت، بخار نشت نمی­کند.
• همچنین می­تواند گازهای غیر قابل تراکم مانند هوا را تخلیه کند.

بسته به نوع (اصل عملکرد، ساخت) تله بخار، این ویژگی ها نقاط قوت و ضعف نسبی خود را دارند. به‌علاوه، حالت‌های عملکرد در انواع مختلف متفاوت است – انواعی وجود دارند که به طور مداوم میعانات را تخلیه می­کنند و انواعی هستند که میعانات را به طور متناوب تخلیه می‌کنند. ترکیب این­ها به هر نوع تله بخار ویژگی های خاص خود را می­دهد. انواع مختلفی از تله بخار در بازار وجود دارد. هر نوع تله بخار دارای قابلیت ها، عملکردهای پردازشی، مزایا و معایب متفاوتی است. اما در همه اینها، مهمترین کار تله بخار تخلیه سریع میعانات تشکیل شده در خط توزیع بخار است.

تله های بخار بر اساس اصول ساخت و عملکرد به دسته های مختلفی طبقه بندی می شوند. در این تحقیق اطلاعات دقیقی را در مورد:

• انواع تله بخار و اصل کار آنها
• مزایا و معایب هر نوع تله بخار.

انواع تله بخار

با توجه به ماهیت عملکردی تله بخار، هر تله بخار در یکی از این 4 دسته قرار می­گیرد و در هر دسته انواع تله بخار به شرح زیر است:

1. تله بخار ترمودینامیکی

• تله بخار نوع دیسکی
• تله بخار از نوع پیستونی

2. تله بخار مکانیکی

• نوع شناور
• سطل معکوس

3. تله بخار ترموستاتیک

• انبساط مایع
• متعادل تحت فشار
• Bellowed

4. تله بخار نازل Venturi

1  تله بخار ترمودینامیکی

یک تله بخار ترمودینامیکی بر اساس اصل اختلاف فشار دینامیکی بخار و میعانات عمل می­کند. در اینجا، تخلیه میعانات در همان دمای بخار اتفاق می­افتد. در بدنه تله بخار وارد می­شود، وقتی به پشت دیسک می­رسد ناگهان منبسط می­شود. این انبساط بخار در پشت دیسک باعث سرعت جریان بالا و کاهش فشار زیر دیسک می­شود. بخار بالای دیسک نیروی فشار بالایی می­گیرد و عمل تعادلی که روی دیسک اعمال می­شود به بسته شدن دیسک تله روی صندلی آن کمک می­کند. تله­های بخار ترمودینامیکی نوعی آشکارساز فاز هستند. آنها به راحتی می­توانند بین مایع و گازها تمایز قائل شوند اما نمی­توانند بین بخار و هوا یا سایر گازهای غیر قابل تراکم تمایز قائل شوند. بنابراین توانایی کمتری در تخلیه این گازها دارند و در حین تخلیه مقداری بخار نیز عبور می­کند.

1.1   نوع دیسک تله بخار

بخار دیسکی دارای یک دیسک فلزی است که سوراخ کوچکی را در بدنه تله می­پوشاند. به دلیل وجود دیسک در تله بخار، به آن تله بخار نوع دیسکی می­گویند. هنگامی که بخار با سرعت بالا حرکت می­کند، این یک منطقه کم فشار ایجاد می­کند که دیسک را می­بندد. پس از تشکیل میعانات، این فشار افزایش می‌یابد و دیسک از سطح بدنه تله خارج می‌شود تا امکان تخلیه میعانات از بدنه تله را فراهم کند.

مزایای تله بخار دیسک

• بدون نیاز به هیچ گونه تنظیم کالیبراسیون.
• طراحی بدنه جمع و جور، ساده و سبک.
• قابل استفاده برای بخار با فشار و دمای بالا.
• بدون نیاز به جهت نصب خاص.
• بسیار بادوام و با چکش آب مقاوم است.
• عملکرد را می توان به راحتی در میدان بررسی کرد.

معایب تله بخار دیسکی

• در هنگام استارت، قابلیت انتقال هوا بسیار کمتر است که می­تواند باعث گیرکردن دیسک شود.
• فشار بیش از حد در سیستم برگشتی می­تواند از بسته شدن دیسک جلوگیری کند.
• صدای زیاد در هنگام تخلیه میعانات.
• کثیفی می­تواند سرعت چرخه کار را افزایش دهد که باعث افزایش سایش دیسک می­شود.
• به شرایط محیطی حساس است. هوای سرد می­تواند منجر به کار نامناسب تله شود.

1.2  تله بخار نوع پیستونی

تله بخار پیستونی دارای ساختار داخلی مانند دریچه پیستونی است که روی صندلی خود قرار می­گیرد تا تخلیه بخار را متوقف کند. تله بخار پیستونی از گرمای میعانات و انرژی جنبشی بخار برای حرکت پیستون از موقعیت خود استفاده می­کند. مانند تله بخار دیسکی، تله بخار پیستونی نیز یک آشکارساز فاز است که تفاوت بین مایع و گاز را حس می­کند. اما به عنوان جنبه­های منفی تله بخار ترمودینامیکی، این نمی تواند بین بخار و سایر گازهای غیر قابل تراکم تمایز قائل شود.

مزایای تله بخار نوع پیستونی

• مناسب برای سیستم بخار پرفشار.
• پاسخ خوب به تغییر وضعیت بار میعانات.
• بسیار بادوام و حتی با چکش آب مقاوم است.
• خود تخلیه شده و در اثر یخ زدن آسیب نبیند.
• عملکرد در صورت بخار فوق گرم تحت تأثیر قرار نمی­گیرد.
• قابلیت جابجایی هوا خوب
• اندازه کوچک و سبک وزن

معایب تله بخار نوع پیستونی

• فشار برگشت بیش از حد در سیستم برگشت می­تواند از بسته شدن تله جلوگیری کند.
• عملکرد پر سر و صدا
• تلفات بخار نسبتاً بالاتر

2  تله بخار مکانیکی

تله‌های بخار مکانیکی با شناوری ساخته می‌شوند که به تغییر چگالی سیال و سطح میعانات واکنش نشان می‌دهد. تله بخار مکانیکی از اختلاف چگالی بین بخار و میعانات برای تشخیص وجود میعانات استفاده می­کند. شناور بخار مکانیکی با درگاه خروجی بدنه تله لولا شده است که میعانات را با توجه به سطح آن در بدنه تله اجازه می­دهد یا متوقف می­کند.

2.1  تله بخار نوع شناور

یک تله بخار از نوع شناور بر اساس اختلاف چگالی سیال در بدنه تله کار می کند. در تله بخار نشان داده شده در تصویر بالا، تله همیشه مملو از میعانات است و نه بخار و نه گاز غیر قابل تراکم نمی­توانند از آن عبور کنند. بنابراین، در طراحی اولیه این تله‌ها، یک دریچه دستی برای تخلیه دستی این هوا در هنگام راه‌اندازی ارائه شد.  امروزه با استفاده از جدیدترین فناوری، تله‌های مدرن از یک دریچه هوای ترموستاتیک استفاده می‌کنند که اجازه می‌دهد هوای اولیه در حالی که تله میعانات را نگه می‌دارد عبور کند. این دریچه هوای اتوماتیک از یک عنصر کپسول فشار متعادل استفاده می کند و درست بالای سطح میعانات قرار دارد. پس از رهاسازی هوای اولیه، تا زمانی که مقدار دیگری از هوا یا گاز غیر قابل تراکم در تله بخار جمع نشود، نزدیک می ماند.

مزیت تله بخار نوع شناور

• این می­تواند به طور مداوم میعانات را تخلیه کند. این یک انتخاب عالی برای استفاده از آن در سیستم بخار است که سرعت انتقال حرارت بالا است.
• قادر به تحمل بار سنگین و سبک میعانات به طور یکسان.
• تحت تأثیر نوسانات ناگهانی فشار قرار نمی­گیرد.
• این می­تواند هوا و گازهای غیر قابل تراکم را بدون ایجاد مزاحمت در میعانات تخلیه کند.
• مقاوم در برابر چکش آب.

معایب تله بخار نوع شناور

• می­تواند با یخ زدگی شدید آسیب ببیند.
• فقط در یک موقعیت قابل نصب است.
• اگر یک تله تحت فشار دیفرانسیل بالاتر از حد مورد نظر قرار گیرد، بسته می شود و میعانات را از خود عبور نمی­دهد.

2.2  تله بخار سطلی معکوس

همانطور که از نام آن پیداست، تله بخار سطلی معکوس مجهز به یک سطل در وضعیت معکوس است که مانع خروج بخار شده و میعانات و گازهای غیر قابل تراکم را آزاد می­کند. این نوع تله بخار همیشه زمانی در میعانات غوطه ور می­شود، از این رو به آن تله بخار سطلی مستغرق معکوس نیز می­گویند. ضروری ترین قسمت تله بخار معکوس “یک سوراخ کوچک دریچه هوا” در بالای سطل است. این اجازه می­دهد تا تمام گازهای غیرقابل تراکم مانند CO2 در بالای بدنه تله جمع شود و هنگامی که سطل به دلیل نیروی فنری بخار از موقعیت بلند شده خود به پایین می­افتد، آن را تخلیه می­کند.

مزیت تله بخار سطلی معکوس

• ساخت و ساز ساده و بسیار بادوام.
• این نوع تله بخار می­تواند در برابر فشار زیاد سیستم بخار مقاومت کند.
• می­توان در خطوط بخار فوق گرم با NRV نصب شده در ورودی تله استفاده کرد.
• مقاومت در برابر چکش آب.
• مقاومت در برابر خوردگی.
• مقاومت در برابر کثیفی بخار به دلیل وجود صافی داخلی در سطل.

معایب تله بخار سطلی معکوس

• نمی­تواند در مناطق با دمای پایین دوام بیاورد، می­تواند در یک محیط سرد یخ بزند.
• بتونه کاری قبل از راه اندازی لازم است.
• امکان نشت بخار با بار کم.
• دمای بالاتر بخار فوق گرم می­تواند دلیلی برای از بین رفتن آب بندی تله ها باشد.

3  تله بخار ترموستاتیک

یک تله بخار ترموستاتیک با تغییر دما در میعانات ایجاد می­شود. آنها بر اساس این اصل عمل می­کنند که “بخار فرآیند اشباع داغتر از میعانات یا بخار مخلوط شده با گازهای قابل چگالش است”. تله ترموستاتیک هنگامی که دماهای پایین تر را تشخیص می­دهد دریچه خود را برای تخلیه میعانات کمتر باز می کند. این تله بخار در پاسخ به دمای اطراف عمل می­کند. عملکرد و مزایای هر یک از انواع آن یعنی تله بخار ترموستاتیک انبساط مایع و فشار متعادل در بخش‌های بعدی توضیح داده شده است.

3.1  تله بخار انبساط مایع

این یکی از ساده ترین انواع تله های ترموستاتیک است. در این نوع تله، یک بخش پر از روغن با توجه به گرمای بدست آمده توسط بخار و میعانات منبسط و منقبض می­شود. این حرکت عنصر تله بخار به آن اجازه می­دهد تا گازهای غیر قابل تراکم و میعانات را تخلیه کند که آن را برای تخلیه مقدار زیادی میعانات مناسب می­کند. محدوده کاری معمولی تله بخار انبساط مایع بین 60 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد است. این تله به دلیل واکنشی که نسبت به تغییر دما دارد، می­تواند از تله تخلیه میعانات استفاده شود. در تله های انبساط مایع، خروجی همیشه به سمت بالا است تا امکان غوطه وری مداوم عناصر پر از روغن فراهم شود. می­توان آن را در کنار یک تله تخلیه اصلی نصب کرد که معمولاً به یک خط برگشت میعانات متصل است.

مزیت تله بخار انبساط مایع

• قابل تنظیم برای تخلیه حتی در دمای پایین.
• این می­تواند در برابر لرزش و شرایط چکش آب مقاومت کند.
• می­تواند حجم بالایی از میعانات را به یکباره تخلیه کند.

معایب تله بخار انبساط مایع

     آرایش لوله انعطاف پذیر می­تواند به دلیل میعانات و دمای بالا خورده و از بین برود.

     در شرایط آب و هوایی با دمای پایین موثر نیست.

     این را نمی­توان برای سیستم بخاری که نیاز به برداشتن فوری تله دارد استفاده کرد.

3.2  تله بخار فشار بالانس

با استفاده از فناوری، عملکرد تله بخار نیز برای به دست آوردن راه بهتری برای کنترل بخار و استفاده از آن برای بهره وری بهینه آن تکامل یافته است. در نتیجه بهبود تله بخار انبساط مایع، تله بخار با فشار متعادل برای کاربردهای صنعتی اختراع شد. عملکرد یک تله فشار متعادل تحت تأثیر فشار بخار اطراف است. در این نوع تله یک غلاف (کپسول) مهر و موم شده حاوی مخلوط مایع و آب مخصوص تعبیه شده است. نقطه جوش آن مخلوط کمتر از آب است. در شرایط سرد و یا در هنگام راه اندازی، کپسول در حالت شل قرار می­گیرد، به این معنی که در این کپسول به دلیل مخلوط مایع و آب، فشار ایجاد نمی شود. در این شرایط سوپاپ روی نشیمنگاه خود نیست و تله کاملا باز است. این ویژگی تله بخار فشار متعادل برای تهویه هوا در هنگام راه اندازی بدون اتلاف بخار مناسب است.

مزایای تله بخار فشار بالانس

• اندازه کوچک و بسته شدن محکم دریچه.
• سوپاپ در هنگام راه اندازی کاملاً باز می­ماند و اجازه می­دهد هوا آزاد شود.
• احتمال یخ زدن بسیار کم است.
• تنظیم خود بر اساس فشار بخار برای حداکثر فشار مجاز آن.
• نگهداری و تعمیر آسان.
• قادر به مقاومت در برابر لرزش و چکش آب است.

معایب تله بخار فشار بالانس

• این نوع تله تا زمانی که فشار میعانات به دمایی کمتر از دمای جوش مخلوط مایع و آب نرسد باز نمی­شود.
• یک تله بخار با فشار متعادل قدیمی دارای یک دم است که می­تواند توسط چکش آب و میعانات خورنده آسیب ببیند.

3.3  تله بخار Bellowed

تله‌های بخار زیر، تله‌های ترموستاتیکی هستند که با توجه به تغییر دما و فشار بخار به باز و بسته کردن شیر واکنش نشان می‌دهند. در این نوع تله، محرک شیر یک دم پر از مایع تبخیرکننده است. یک انتهای دم ثابت است در حالی که یکی دیگر برای حرکتی آزاد است که دریچه را با توجه به واکنش تغییر فشار توسط مایع داخل دم باز یا بسته می کند. متداول‌ترین مواد محرک برای تله‌های بخار زیر، دم‌های موجدار هستند. در اینجا از کپسول های تک دیافراگمی نیز استفاده می شود.

مزایای تله بخار Bellowed

• قابلیت جابجایی هوا عالی
• انرژی کارآمد
• خود تخلیه
• دماهای تخلیه مختلف
• را می توان در چندین موقعیت نصب کرد.
• ساخت و ساز ساده و آسان برای نگهداری و تعویض قطعات داخلی.
• اندازه و وزن کوچک.

معایب تله بخار Bellowed

• المان‌های دم‌ها مستعد شکست هستند، به‌ویژه زمانی که در معرض چکش‌های آبی قرار می‌گیرند.
• بررسی در هنگام کار در حالت دریچه گاز مشکل است.
• به طور کلی برای فشار بالاتر مناسب نیست.
• قابلیت سوپرهیت محدود
• طراحی دیافراگم ضربه کوتاه مستعد خرابی های ناشی از کثیفی است.

4   تله بخار نازل Venturi

در انواع تله بخار، نازل Venturi با بهره گیری از تفاوت های فیزیکی حجم خاص بین بخار و میعانات، به عنوان یک دستگاه حذف میعانات کارآمد عمل می­کند. در این نوع تله بخار یک نازل ونتوری شکل در نازل خروجی تله بخار تعبیه شده است. که به تله بخار برای تمایز بین میعانات و بخار کمک می کند.

مزیت تله بخار نازل Venturi

• بدون قطعات متحرک در تله بخار.
• مناسب برای کاربرد سیستم بخار فشار بالا
• بسیار بادوام و می تواند در برابر کوبیدن آب مقاومت کند.
• بدون آسیب در اثر انجماد
• بخار سوپرهیت را نیز می توان بدون از دست دادن کارایی آن به خوبی مدیریت کرد.
• قابل نصب در هر موقعیتی

معایب تله بخار نازل Venturi

• اندازه Venturi باید با دقت انتخاب شود، هر تله بخار با توجه به مکان و اندازه خود نیاز به توجه ویژه دارد.
• این نمی­تواند به بارهای میعانات مختلف پاسخ دهد.
• ونتوری بزرگ می­تواند تله بخار را ناکارآمد کند.
• ذرات کثیفی بخار بر عملکرد آن تأثیر می گذارد.
• اگر در بدنه تله میعانات وجود نداشته باشد، این اجازه می دهد تا بخار از خروجی عبور کند.

جمع بندی

به طورکلی تله های بخار به عنوان شش های تنفسی در یک سیستم بخار عمل کرده و کارکرد صحیح آنها ضامن بهبود کارایی انرژی، آب و ایمنی در این سیستم می باشد. آب دیمین یکی از ارزشمندترین مواد مورد استفاده در سیستم بخار بوده و هدر رفت آن در کنار انرژی می تواند هزینه های چشمگیری را به مجتمع صنعتی تحمیل نماید. پایش دائمی سیستم های بخار و برنامه تعمیرات و نگهداری پیشگیرانه و جایگزینی و تعمیرات دائمی تله های بخار می تواند هزینه های عملیاتی را به نحو چشمگیری کاهش دهد.

فروشگاه مگاتجهیز انواع گوناگون تله های بخار را در اختیار صنایع متفاوت قرار می دهد.