رفتن به بالا

پایگاه خبری تحلیلی صنعت و تاسیسات


  • چهارشنبه ۱ آذر ۱۳۹۶
  • الأربعاء ۳ ربيع أول ۱۴۳۹
  • 2017 Wednesday 22 November

بخار سوپرهیت چیست؟

در صورت تماس بخار اشباع تولید شده در دیگ با سطوح دمای بالاتر، دمای بخار به بالاتر از دمای تبخیر افزایش خواهد یافت. به این بخار، بخار سوپرهیت گفته شده وبه تفاوت دمای بخار اشباع و دمای افزایش یافته بخار درجه سوپرهیت اتلاق می گردد.

در صورت تماس بخار اشباع تولید شده در دیگ با سطوح دمای بالاتر، دمای بخار به بالاتر از دمای تبخیر افزایش خواهد یافت. به این بخار، بخار سوپرهیت گفته شده وبه تفاوت دمای بخار اشباع و دمای افزایش یافته بخار درجه سوپرهیت اتلاق می گردد.

 

 

سوپرهیت نمودن بخار در صورت وجود آب درون بخار ممکن نبوده و افزایش حرارت موجب تبخیر قطرات آب خواهد شد. بمنظور گرمایش مجدد، بخار اشباع باید از درون یک مبدل حرارتی عبور نماید. این مبدل می تواند قسمت ثانویه ای در داخل بویلر بوده و یا بصورت سوپرهیت جداگانه باشد. سیال گرم کن نیز می تواند گازهای داغ خروجی مشعل بوده و یا اینکه مشعل جداگانه ای تعبیه شود.

بخار سوپرهیت در کاربردهای خاصی استفاده می شود، بعنوان مثال در توربین های بخار از بخار سوپرهیت جهت عبور از نازل ها و هدایت به سمت رتور استفاده شده که منجر به چرخش رتور می شود. از آنجائیکه انرژی لازم فقط از طریق بخار تامین می شود، بنابراین بخار خروجی از رتور دارای انرژی کمتری خواهد بود.

 

در صورتی که بخار در دمای اشباع باشد، این کاهش انرژی منجر به کندانس قسمتی از بخار می شود.

توربین ها دارای طبقات مختلفی هستند، بخار خروجی از اولین قسمت به سمت محور رتور دوم هدایت می شود در واقع با هدایت بخار در طول طبقات توربین ، رطوبت آن افزایش پیدا خواهد نمود. این شرایط نه تنها باعث ایجاد ضربه چکش خواهد شد، بلکه قطرات آب موجب خوردگی شدید پره های توربین می گردند. راه حل جلوگیری از این مشکلات ، استفاده از بخار سوپر هیت در ورودی توربین و استفاده از انرژی آن جهت چرخش رتور بوده که در نهایت بصورت بخار تقریبا اشباع از توربین خارج می شود.

 

علت دیگر استفاده از بخار سوپرهیت در توربین های بخار ، افزایش راندمان حرارتی می باشد. بازده ترمودینامیکی یک موتور حرارتی نظیر توربین ، توسط دو تئوری زیر قابل محاسبه است:

  • سیکل کارنو که در آن تغییرات دمای بخار خروجی و ورودی با دمای ورودی مقایسه می شود.
  • سیکل رانکین که در آن تغییرات انرژی حرارتی بخار ورودی و خروجی با کل انرژی ورودی مقایسه می شود.

با بررسی مثال های عددی سیکل های مذکور نتایج زیر حاصل می شود:

-درجه حرارت یا انرژی ورودی به توربین باید تا حد امکان بالا باشد که بمعنی بالا بودن فشار دما بشرط عملی بودن آن است. استفاده از بخار سوپرهیت ساده ترین و مناسب ترین روش جهت این امر می باشد.

-درجه حرارت یا انرژی خروجی توربین حتی المقدور پایین نگاه داشته شود که بمعنی فشار ودمای حداقل عملی در این قسمت بوده ومعمولا توسط کندانسوز در خروجی توربین تامین می گردد.

* لازم به ذکر است که موارد اشاره شده مربوط به راندمان ترمودینامیکی بوده و نباید با راندمان مکانیکی اشتباه گرفته شوند.

 

-جداول بخار سوپرهیت

جداول بخار سوپرهیت نشان دهنده خواص بخار در فشارهای مختلف می باشند. با این وجود، در بخار سوپرهیت رابطه مستقیمی بین فشار و دما وجود ندارد و در یک فشار خاص، دماهای متفاوتی جهت بخار سوپرهیت قابل تعریف است. معمولا جداول بخار اشباع با فشار نسبی و جداول بخار سوپرهیت با فشار مطلق درجه بندی می شوند.

برخلاف ظرفیت حرارتی ثابت آب، این مقدار در بخار سوپرهیت با تغییر دما وفشار متغیر بوده ونمی تواند ثابت فرض شود.بنابراین عدد محاسبه شده۲.۰kj/kg ۰c فقط متوسط ظرفیت حرارتی مخصوص در محدوده دمای مشخص وبرای فشار تعیین شده می باشد.رابطه مستقیمی بین فشار ، دما وظرفیت حرارتی مخصوص در بخار سوپرهیت وجو ندارد.

 

 -آیا می توان از بخار سوپر هیت در فرآیندهای انتقال حرارت استفاده نمود؟

اگرچه بخار سوپرهیت سیال ایده آلی در کاربردهای گرمایشی نیست ، با این وجود از این نوع بخار در سایت های صنعتی ، خصوصا صنایع نفت وپتروشیمی استفاده می شود. در این موارد ، قبل از اینکه بگوئیم بخار سوپرهیت مزیت خاصی بر بخار اشباع جهت کاربرد حرارتی دارد ، بایدتوجه کرد که بخار سوپرهیت به علت استفاده در توربین های تولیدنیرو مستقر در سایت ، موجود و در دسترس می باشد.

در اکثر مواقع از بخار اشباع جهت کاربردهای گرمایشی استفاده می شود ، حتی اگر مجبور به دی سوپرهیت کردن بخار باشیم.در بسیاری از سایت های پتروشیمی و پالایشگاهی نیز بخار سوپرهیت موجود تا حدود۱۰ درجه دی سوپرهیت شده وسپس جهت فرآیند گرمایش استفاده می شود.این مقدار ناچیز نیز در تماس با قسمتهای اولیه سطوح حرارتی منتقل می گردد.درجه های بالای بخار سوپرهیت غالبا مشکل ساز وغیراقتصادی بوده وبهتر است در کاربردهای گرمایش استفاده نشوند.

 

چنددلیل  برای نامناسب بودن بخار سوپر هیت جهت گرمایش به شرح زیر است:

-مقدار آنتالپی بخش سوپرهیت بخار در مقایسه با آنتالپی اشباع آن نسبتا کم می باشد.در صورتیکه بخار از درجه سوپرهیت کمی برخوردار باشد ، بسرعت انرژی خود را از دست داده وبه بخار اشباع تبدیل می شود و اگر درجه سوپرهیت بالا باشد ، زمان زیادی جهت خنک شدن تا دمای اشباع صرف شده و دراین زمان نرخ انرژی منتقل شده کم می باشد.

 

-برخلاف بخار اشباع ، دمای بخار سوپرهیت یکنواخت نیست .بخار سوپرهیت هنگام پس دادن انرژی کاهش دما می یابد ، در حالیکه بخار اشباع  با دارا بودن دمای ثابت ، تغییر فاز میدهد ، در نتیجه استفاده از بخار سوپرهیت ممکن است باعث گرادیان دما در سطوح انتقال حرارت گردد.درمبدل های حرارتی ، استفاده از بخار سوپرهیت می تواند منجر به تشکیل لایه نازک خشک در حال جوشش در ناحیه جریان ثانویه گردد.این قسمت براحتی وبه سرعت پوشیده از جرم ورسوب شده ومتعاقبا با افزایش دما در این ناحیه ، شکست وسوراخ شدن لوله ها رخ خواهد داد.د رنتیجه دیده می شود که در کاربردهای انتقال حرارت ، بخار با درجه زیادی از سوپرهیت چندان مناسب نمی باشد ، زیرا:

  • هنگام سردشدن تا دمای اشباع ، انرژی کمی را انتقال میدهد.
  • باعث گرادیان دما در سطوح انتقال حرارت می گردد.
  • سطوح انتقال حرارت بیشتری را نیازمند است.

 

-کاربردهای دیگر بخار سوپرهیت:

 

در مثال های فوق بخار سوپرهیت از داخل گذرگاه باریکی مثل لوله در مبدل پوسته لوله ای ویا بین صفحات ، در مبدل حرارتی صفحه ای عبور می نماید.

در موارد دیگری مانند سیلندرهای خشک کن در صنایع کاغذسازی ، ممکن است بخار سوپرهیت در حجم زیاد داخل سیلندر با سرعت کم استفاده شود.در این مثال بخار سوپرهیت نزدیک به جدار سیلندر سریعا به دمای اشباع رسیده وکندانس می شود ومیزان انتقال حرارت با حالت استفاده از بخار اشباع یکسان می باشد.(بخار سوپرهیت در قسمتهای میانی سیلندر باقی می ماند).

 

-تاثیر کاهش فشار

یکی از روش های تولید بخار سوپرهیت ، علاوه بر استفاده از مبدل حرارتی یا سوپرهیت ، استفاده از اریفیس یا شیر فشار شکن می باشد.ولی باید توجه داشت که این عمل تنها در صورتیکه انرژی مازاد کافی جهت تبخیر رطوبت بخار ورودی به شیر فشار شکن وسپس افزایش دما وجود داشته باشد ممکن خواهد بود.

در عمل سوپرهیت شدن بخار در اثر تقلیل فشار در شرایط بسیار خشک بودن بخار ورودی یا در صورت تقلیل فشار زیاد ، اتفاق خواهد افتاد.

 

 -دیاگرام مولیر:

درجه سوپرهیت با استفاده از جداول سوپرهیت یا نمودار مولیر قابل محاسبه است(sg).

شکل۵ ، ۳ ، ۲ نشان دهنده قسمت کوچک وساده شده ای از دیاگرام مولیر است.دیاگرام مولیر نشان دهنده ارتباطات متعدد بین آنتالپی ، آنتروپی ، دما ، فشار وضریب خشکی است.در نظر اول بعلت خطوط زیاد نمودار ممکن است کمی پیچیده بنظر برسد.

-خطوط آنتالپی ثابت(افقی)

-خطوط آنتروپی ثابت(عمودی)

-منحنی بخار اشباع که از وسط نمودار عبور می نماید ، دو ناحیه بخار مرطوب در پایین منحنی و بخار سوپرهیت در بالای منحنی را بوجود می آورد.منحنی اشباع نشان دهنده شرایط مختلف بخار اشباع خشک در فشارهای مختلف است.

-خطوط فشار ثابت در هر دو ناحیه

-خطوط دما ثابت در ناحیه سوپرهیت

-خطوط ضرایب خشکی بخار(x) در ناحیه مرطوب

 

نام منبع:  پرتال تخصصی مشهد بویلر / تاسیسات آنلاین

اخبار مرتبط

نظرات

مصاحبه های اختصاصی ویکی پی جی