شناخت تجهیزات فرآیندی در هر دو دسته دوار و ثابت از اولین نیازهای مهندسان شیمی (به طور خاص مهندسان فرایند) یا به طور کلی افراد علاقهمند یا شاغل در واحدهای فرآیندی است. در این مقاله به چند مورد از تجهیزات فرآیندی که به افزایش و کاهش حرارت کمک میکنند، یا به عبارت دقیقتر به تجهیزات حرارتی (thermal equipment) پرداخته شده است.
فهرست مطالب
کولرهای صنعتی Air Cooler: انواع، ساختار و طراحی پایپینگ
کولرها از تجهیزات حرارتی هستند که حتی عامه افراد جامعه آنها را به عنوان وسایل کاهش حرارت میشناسند. عبارت (کولر) معمولا برای توصیف تجهیزی استفاده میشود که از هوای محیط برای خنککردن یک سیال فرآیندی استفاده میکند. رایجترین نوع کولرها، هوا هستند. آنها از دریچههایی تشکیل شدهاند که بالای قفسه لولهها نصب شدهاند. البته این اهمیت دارد که قفسه لولهها ضد آتش باشند. قفسه لولهها بار زیاد ناشی از تجهیزات را تحمل میکنند. علاوه بر این، شکست قفسه تکیهگاه کولرها میتواند باعث آسیب قابل ملاحظهای مانند آتشسوزی پالایشگاه شود.
طول هر دریچه حداکثر برابر با عرض قفسه لولهها است و شامل یک فن تکی یا دوتایی برای جابهجایی هوا در سراسر تیوبهای پرهدار است که حاوی سیال فرایندی است. تیوبها از جعبههایی پر شدهاند که به باکسهدر معروف هستند و در کل عرض دریچه حرکت میکنند. هر دریچه معمولا ۳ تا ۴ متر عرض دارد و ممکن است ۱۰ الی ۲۰ دریچه در کنار هم به صورت موازی قرار بگیرند.
فنها ممکن است زیر تیوبها (حالت اجباری) یا بالای تیوب (حالت القایی) نصب شوند. این موضوع تاثیری بر چیدمان ورودی یا خروجی لولهها ندارد. هر باکسهدر معمولا دارای یک عدد یا بیشتر نازل ورودی و خروجی است. نازلهای ورودی رو به بالا و نازلهای خروجی رو به پایین هستند.
در مقاله پایپینگ Piping چیست؟ صفر تا صد لولهکشی صنعتی در صنایع مختلف به معرفی و بررسی کاربردهای پایپینگ پرداختیم. مهمترین ملاحظه برای طراح پایپینگ اطمینان از توزیع برابر سیال در کل ۱۰ تا ۲۰ دریچه کولر است. این توزیع معمولا در مدارک P&ID نشان داده میشود و توسط مهندس فرآیند دیکته میشود.
سادهترین و رایجترین توزیع، استفاده از یک هدر تک برای ورودی و یک هدر برای خروجی با شاخههای مستقیم به هر نازل است. برای دستیابی به توزیع برابر، هدر ورودی از یک سر مخزن کولر و هدر خروجی از انتهای دیگر آن جاری میشوند. این موضوع به تعادل مخزن کمک میکند.
این روش همچنین اقتصادیترین و سادهترین روش برای پشتیبانی نیز میباشد اگرچه این روش میتواند به برخی مشکلات مهندسی تنش به دلیل اتصال مستقیم تعداد زیادی نازل به هدرها منجر شود. . اگر به یادگیری مبانی تحلیلهای استاتیکی در سیستمهای پایپینگ و تحلیل دقیق سیستمها و پیش بینی رفتار و طول عمر تجهیزات تحت شرایط مختلف علاقهمند هستید، دوره آموزش سزار CAESAR II مقدماتی را از دست ندهید. پیچیدهترین روش، روش آبشاری است. در این روش هدرهای ورودی و خروجی از و به سمت مرکز نازلها جاری میشوند. روش آبشاری توزیع بهتری را ارائه میدهد، اما بسیار گران است و تنها زمانی باید استفاده شود که الزام اسناد P&ID باشد.
برج خنک کننده Cooling Tower: انواع، عملکرد و ملاحظات طراحی
برجهای خنککننده نیز مانند کولرها با هدف کاهش دما مورد استفاده قرار میگیرند. کولینگ تاورها در انواع مختلف خیس (مرطوب) یا خشک، مکانیکی یا طبیعی (بدون فن) وجود دارند. رایجترین نوع مورد استفاده در پلنتهای پتروشیمی، نوع القایی، خیس و چندسلولی با ورودی هوای قابل تنظیم کرکرهای است. هر سلول فن القایی مخصوص به خود را دارد. سازه اصلی آنها اغلب از چوب ساخته شده است که اقتصادی است و همنسبت به خوردگی مقاوم است.
انواع کمتر رایج برجهای خنککننده، برجهای بتنی، طبیعی، تبخیری و مرطوب هستند که معمولا در نیروگاههای بخار پدیدار میشوند. هر دو نوع این کولینگ تاورها از تبخیر برای خنکسازی میعانات بازگشتی یا آب داغ استفاده میشوند. هرچند شاید این برجها از نظر بازگشت گرما بیفایده به نظر برسند، اما نسبت به مبدلهای حرارتی پوسته-لوله بسیار بهصرفهتر هستند.
هر دو نوع از یک برج بالایی باز با صداهای نازل داخلی تشکیل شدهاند که میعانات داغ را به سمت جریان هوای محیط اسپری میکنند. در نوعهای هیپربولوئید، هوا به طور طبیعی از ورودیهای اطراف پایه بالا میرود و به کمک شکل هذلولی برج، شتاب میگیرد.
در نوع چندسلولی القایی، هوا به وسیله فن القایی از لوورها (کرکرهها) جانبی، به داخل کشیده میشود. در هر دو نوع، تبخیر میعانات داغ، خروجی در ابرهای حجیمی از بخار آب خالص، با آلودگی هوا اشتباه گرفته میشود. قطرات مایع خنکشده منتج، توسط پمپهای بزرگی به رودخانه ریخته میشود.
از دیدگاه طراحی پایپینگ، لولهکشی یا پایپینگ داخلی یا خارجی بسیار کمی برای برج وجود دارد. به همین دلیل، نسبت به چیدمان مناسب پمپ کشش و تخلیه، چیدمان پایپینگ پارامتر طراحی مشخصی به شمار نمیآید. از دیدگاه طراح پلنت، برجهای خنککننده باید همیشه در جهت باد پلنت اصلی قرار گیرند تا از ابرهای بخار آب که متراکم میشوند و ممکن است بر روی سازهها و تجهیزات یخ بزنند، جلوگیری شود. اگر به طراحی سیستمهای صنعتی علاقه دارید، پیشنهاد میکنیم دوره آموزش پی دی ام اس PDMS مقدماتی و دوره آموزش پی دی ام اس PDMS پیشرفته را شرکت نمایید.
در جدول زیر مقایسهای جامع بین انواع مختلف را برای شما آماده کردهایم.
|
ویژگی |
برجهای خنککننده القایی، خیس و چندسلولی |
برجهای خنککننده طبیعی، بتنی و هیپربولوئید |
|
کاربرد اصلی |
صنایع پتروشیمی، شیمیایی و فرآیندی |
نیروگاههای بخار، تولید برق |
|
مکانیزم جریان هوا |
فن القایی با تهویه مکانیکی |
طبیعی |
|
خروجی مشاهدهشده |
ابرهای بخار آب |
ابرهای بخار آب |
|
تعداد سلول |
چندسلولی |
عمدتا تک سلولی |
بویلر صنعتی Boiler: اجزا، عملکرد و نقش در تولید بخار
بویلرها از نظر دستهبندی تجهیزات حرارتی در گروه مقابل کولرها و برجهای خنککننده قرار میگیرند و در واقع به عبارت ساده به افزایش دما کمک میکنند. هدف اولیه یک بویلر در یک پلنت پتروشیمی، تولید بخار آب فوقگرم (superheated) از توربینها و استفاده از آن به عنوان بخشی از فرآیند پالایش است. اگرچه بخار میتواند به عنوان محصول جانبی سایر فرآیندها تولید شود، اما معمولا نیاز است بویلرها مکمل این تولید باشند. در حالی که بخار ویژگیهای فوقگرم بودن خود را از دست میدهد، برای وظایف دیگر مانند گرمکردن، مورد استفاده قرار میگیرد. به محض اینکه بخار تبدیل به میعانات میشود، سرد میشود و به سیستم خوراک بویلر باز میگردد.
بویلرها اغلب از نوع تیوبآب هستند که شامل تعداد زیادی تیوبهای عمودی متصل به یک درام آب در پایین و یک درام بخار در بالا است. پوسته بویلر معمولا یک سیلندر افقی با یک مشعل افقی نفتی یا گازی در جلو و یک دودکش در پشت است. برای حذف همه قطرات آب از بخار در جهت تولید بخار فوقگرم خشک، بخار اشباع باید از طریق تیوبهای فوقگرم از درام بخار عبور کند.
اتصالات پایپینگ به بویلرها نسبتا ساده هستند. اتصالات اولیه آب ورودی بویلر و بخار فوقگرم خروجی است. الزامات خاصی به جز ملاحظات مربوط به ساپورتها و تنشها وجود ندارد. اتصالات ثانویه، اتصالات شیرهای اطمینان است که نفت، گاز و میعانات را به پایین میآورند. برخلاف شیرهای اطمینان فرآیندی، شیرهای اطمینان بویلر تنها بخار آب را تخلیه میکنند. بنابراین آنها میتوانند مستقیما بخار را در اتمسفر تخلیه کنند.
کاربرد تجهیزات حرارتی
تجهیزات حرارتی در صنعت، غذا، بهداشت و ساختمانها کاربرد گستردهای دارند که در ادامه بهصورت خلاصه به آنها میپردازیم:
- در صنعت، برای کنترل دما در راکتورها، برجهای تقطیر، ریبویلرها و فرآیندهای پلاستیک - لاستیک استفاده میشوند و از سیستمهای سیال حرارتی برای گرمکردن تجهیزات فشاری نیز بهره میگیرند. همچنین برای خشککردن، جلوگیری از یخزدن و پردازش گاز سوختی کاربرد دارند.
- در صنعت غذا، پاستوریزاسیون، استریلیزاسیون، بلانچینگ و خنککردن با استفاده از روتورها، اتوکلاوها و عوامل تبادل حرارتی، ایمنی و ماندگاری محصولات را تضمین میکنند.
- در حوزه بهداشت و درمان، استریلیزاسیون حرارتی با بخار (اتوکلاو) روش استاندارد برای بیآلوده کردن ابزارهای جراحی است، هرچند روشهای جایگزین مانند اتیلن اکسید نیز وجود دارند.
- در ساختمانهای مسکونی و تجاری، سیستمهای گرمایشی مانند بخاریها، پمپهای حرارتی و کتریها با توزیع گرما از طریق رادیاتورها یا گرمایش زیرزمینی، راحتی حرارتی فراهم میکنند و تجمعکنندههای خورشیدی نیز به عنوان منبع پایدار انرژی گرمایشی مورد استفاده قرار میگیرند.
جمعبندی
در این مقاله به معرفی تجهیزات حرارتی در صنایع فرایندی و تشریح کاربرد هر کدام از آنها پرداختیم. اگر قصد دارید به متخصصی خبره در این زمینه تبدیل شوید، دورههای گروه آموزشی پارس پژوهان مکانی ایدهآل برای شماست.این دورهها با رویکردی کاربردی، پروژهمحور و منطبق با نیازهای روز صنعت طراحی شدهاند و هدف آنها، تربیت افراد ماهر با دانش تئوری و مهارتهای فنی است.
نویسندگان: ستاره دهقان، کارشناس مهندسی شیمی – رضا صفایی، کارشناس مدیریت صنعتی