انتقال حرارت در بویلر

1336 بازدید

۱۳۹۸-۰۹-۰۹

دانش اپراتور در مبحث انتقال حرارت

درک انتقال حرارت در بویلر یک ضرورت اساسی برای اپراتور بویلر است چون فقدان آن می تواند به قیمت جان او تمام شود. انرژی منتقل شده در یک بویلر کوچک هشت برابر مقداری است که یک خودرو برای طی مسافت ۶۰ مایل بر ساعت نیاز دارد. اگر چنین انرژی از اختیار خارج شود می تواند مخاطرات جدی در پی داشته باشد

چند راه برای انتقال حرارت در بویلر وجود دارد؟

سه راه برای انتقال حرارت در بویلر وجود دارد:

  1. هدایت
  2. جا به جایی
  3. تابش

که هر سه در بویلر اتفاق می افتد.

انتقال حرارت در بویلر چگونه اتفاق می افتد؟

انتقال حرارت در بویلر چگونه اتفاق می افتد؟

هدایت و تابش چگونه باعث انتقال حرارت در بویلر می شود؟

هدایت در درون گوشت لوله ها بین مولکول ها انجام می گیرد. حرارت توسط یک مولکول به مولکول دیگر منتقل می شود. مثلا وقتی در یک سیخ، کبابی روی آتش میپزید وقتی به دسته سیخ دست میزنید دستتان می سوزد بدون این که آن قسمت با آتش در تماس باشد علت این مساله انتقال هدایتی حرارت در داخل فلز است.

در این مثال قسمتی از سیخ که روی آتش قرار داردتحت انتقال حرارت تابشی گرم می شود. خورشید مثال خوب دیگری است. وقتی در کنار ساحل دراز کشیده اید گرمای تابشی خورشید را جذب می کنید.

فاصله بین زمین و خورشید حدود ۳۹ میلیون مایل است ولی با این حال گرمای آن به ما میرسد. نحوه انتقال تابش توسط امواج نوری است که می تواند در فضا حرکت کند.

انتقال حرارت از طریق جا به جایی چگونه اتفاق می افتد؟

روش دیگر جا به جایی است برای انتقال حرارت در بویلر باید ماده جا به جا شود.

در خانه شما بویلر آب را گرم کرده و به شوفاژها میرساند و با حرکت آب داخل آن گرمای آب توسط فلز شوفاژ به هوای اتاق منتقل می شود.

انتقال حرارت در حالت جا به جایی به چند روش انجام میشود؟

  • طبیعی
  • اجباری

در نوع اجباری و طبیعی چگونه انجام میشود؟

نوع اجباری با استفاده از فن، پمپ یا دمنده سیال را به طرف منبع حرارتی میفرستد تا حرارت را در آنجا جذب و به محل مورد نظر انتقال دهد.

وقتی حرارت از رادیاتور به هوای داخل اتاق منتقل میشود و هوای گرم بالا رفته و وقتی به سقف میرسد سرد میشود. وقتی هوا به دیواره بیرونی سرد تر برخورد میکند بیشتر گرما از دست داده چگال تر شده و به پایین می آید و دوباره چرخه را طی می کند، که این همان جا به جایی طبیعی است. تمام این وضعیت ها در بویلر اتفاق می افتد.

طریقه انتقال حرارت از روش تابش در بویلر چگونه است؟

یک بویلر مدرن که دیواره های آن با آب خنک میشود حدود ۶ درصد گرمای احتراق سوخت را به صورت تابشی جذب میکند. این گرما به صورت امواج نوری از آتش، مستقیما به لوله ها میتابد. علت انتقال زیاد حرارت، مقاومت پایین در برابر جریان گرمای تابشی از آتش تا لوله ها است. میتوانید حرارت تابش را با باز کردن دریچه بازدید بویلر احساس کنید.

وقتی این حرارت به لوله برخورد میکند از طریق هدایت به سمت آب لوله منتقل و از طریق جا به جایی به سیال داخل لوله منتقل میشود.

انتقال حرارت در بویلر به صورت هدایتی چگونه اتفاق می افتد؟

انتقال حرارت هدایتی به آب یا بخار محدود به جریان در خود فلز است. اجزای فلز بویلر به خاطر قابلیت انتقال حرارت شان با حداقل اختلاف انتخاب میشوند (مقاومت حرارتی خیلی پایین.) طرف آتش لوله بیشتر از ۶۰ -۷۰ گرم تر از داخل لوله نیست چون گرما به راحتی از گوشت لوله منتقل میشود.

اهمیت عایق بندی دیواره بویلر در بحث انتقال حرارت

سایر بخش های بویلر باید انتقال حرارت ضعیفی داشته باشند تا از اتلاف حرارت جلوگیری گردد. مواد دیواره نه تنها میتوانند در برابر دمای بالا مقاومت زیادی داشته باشند بلکه توان انتقال حرارت پایینی هم دارند. وقتی این دیواره با یک عایق مناسب پشتیبانی شود

دمای پوشش خارجی بویلر کمتر از ۱۴۰ درجه فارنهایت خواهد شد. این دما حداکثر دمای مجاز است، چون اگر گرمتر باشد به سرعت موجب سوختگی اپراتور خواهد شد.

گرما از نقاط با دمای بالاتر به نقاط با دمای پایین تر منتقل میشود. اگر هیچ اختلافی وجود نداشته باشد هیچ جریان حرارتی هم وجود نخواهد داشت که برعکس این مطلب هم صادق است اگر لایه عایقی با مقاومت بسیار بالا در بیرون بویلر نصب میشد، دیواره، عایق و بدنه، به اندازه کوره بویلر داغ میشد. به همین خاطر هرگز دیواره خارجی بویلر عایق کاری نمیشود، چون بیش از اندازه گرم خواهد شد.

مثال انتقال حرارت در لوله های جرم گرفته …

اگر لوله های بویلر از طرف آتش رسوب داشته باشند، گرم تر شده و حرارت را به خود کوره منعکس میکنند که این کار باعث کاهش انتقال حرارت به سیال داخل لوله میشود. اگر لوله های بویلر از سمت داخل رسوب داشته باشد، گوشت لوله بسیار گرم خواهد شد چون رسوب مثل عایق عمل کرده و باز هم از انتقال حرارت به سیال ممانعت میکند.

سایر مکانیسم ها زمانی وارد میشود که رسوب در داخل لوله تجمع می یابد و مقدمات خراب شدگی را فراهم میکند اگر فلز خیلی گرم شود استحکام خود را از دست داده و تحت فشار بویلر متورم میشود. این مساله بیشتر در بالای لوله های آتش و در پایین لوله های آبی که در معرض کوره هستند اتفاق می افتد.

تاول در لوله های دیگ بخار چگونه ایجاد میشود؟

با متورم شدن لوله، رسوب سخت رها میشود و لوله دوباره با آب تماس پیدا کرده و از افزایش تورم جلوگیری میگردد. اگر این حادثه تکرار شود در اثر تورم گوشت لوله نازک شده و نهایتا به چیزی که ما به آن تاول میگوییم تبدیل میشود.

بعضی اوقات در صورتی که عامل رسوب گذاری از بین میرود لوله به حالت اول خود برمیگردد ولی این لوله ها باید تعویض شوند چون لوله در آن قسمت نازک شده است. تورم ناچیز زمانی که فلز باد نکرده یا تغییر شکل نداده باشد نیاز به تعویض ندارد.

بررسی مبحث تابش انرژی از هر جسمی

همه چیز انرژی میتاباند، اگر در زمستان پشت به پنجره بنشینید متوجه تابش انرژی از خودتان روی پنجره خواهید شد. این گرما درست به بیرون میرود و شما احساس سرما میکنید اما در مورد دیوار، اکثر گرما به خودتان منعکس میشود.

شما میبینید که در شب های صاف بار بویلر شما کمی بیشتر است که این بخاطر تاثیر آسمان سیاه است. گرما از زمین و همه چیز در شب های صاف به فضا میتابد به همین خاطر گرمای بیشتری برای گرمایش ساختمان نیاز است.

در شب های ابری، ابرها مثل آیینه عمل کرده و گرما را به زمین برمیگردانند.

گرمای تابشی باید توانایی انتقال ماده را داشته باشد…

فاکتور مهم در گرمای تابشی قابلیت انتشار ماده است. این مساله بیشتر به رنگ و سطح ارتباط دارد تا به خود ساختار ماده. اشیای سفید و آیینه ای قابلیت نشر بیشتری نسبت به سطوح سیاه و زبر دارند بنابراین حتی با وجود دمای یکسان هر دوشی انرژی تابشی بیشتری ساطع میکند.

تمیز نگه داشتن بام های سفید لاستیکی در تابستان و کثیف نگه داشتن آن ها در زمستان در مطلوب نگه داشتن دمای ساختمان موثر است.

فرایند انتقال حرارت در کوره

همین که گازهای احتراق کوره را ترک میکنند حرارت باقی مانده را به بخش جابه جایی بویلر انتقال میدهند.

این جا محل انجام انتقال حرارت جابه جایی از دود به لوله هاست. انتقال حرارت در این بخش با اختلاف دمای خیلی کمتری انجام میشود.

معمولا دوده کوره را در کمتر از ۱۸۰۰ درجه فارنهایت ترک میکند. ۱۴۰۰-۱۶۰۰ درجه فارنهایت رینج مناسبی است. اختلاف دمای دود در خروجی این بخش ۷۵-۱۵۰ فارنهایت است، پس باید سطح انتقال حرارت را در این بخش افزایش دهیم تا ۴۰ درصد جذب نشده در قسمت تابشی را استفاده کنیم.

تصادف شعله چیست؟

خوب مقداری انتقال حرارت جابه جایی در کوره وجود داشت اما مقایسه با انتقال تابشی خیلی ناچیز بود. بهتر است در مورد تصادف شعله هم مطالبی بگوییم، چون حالا وقت صحبت از انتقال حرارت هدایتی از شعله به لوله های بویلر است.

در صورتی که شعله مستقیما با لوله ها تماس بیابد فلز لوله ذوب خواهد شد. این مساله درست مثل بریدن فلزات با تورچ است. در صورت وجود چنین موردی در بویلر میتوانید آن را در بازرسی ها به خوبی مشاهده کنید.

در واقع چنین چیزی به ندرت اتفاق می افتد. من در کل فعالیت هایم فقط با چند مورد برخورد کرده ام. علت عدم وقوع چنین حالتی به خاطر سرد شدن شعله در اثر انتقال حرارت تابشی است که قبل از رسیدن به لوله اثر ذوب کنندگی آن به حداقل میرسد.

وقتی به کوره نگاه کرده و کمانه کردن آن در مقابل لوله ها و دیواره را میبینید به نظر میرسد با لوله ها تصادف میکند. اما وقتی بویلر را بررسی میکنید اثری از سوختگی نمیابید.

تورم و تاول ناشی از چیست؟

تورم و تاول، ناشی از تصادف شعله نیست بلکه ناشی از رسوبات است. وقتی شعله فقط از کنار لوله رد میشود یا حتی آن قدر نزدیک است که لوله را لمس میکند هیچ آسیبی به بویلر نمیزند.

فیلم روی لوله های بویلر ناشی از چیست؟

مولکول های هوا و دوده که با لوله ها تماس دارند به آن چسبیده و یک فیلم ایجاد میکنند. که لایه بسیار نازکی از دود است که مثل عایق عمل کرده و از انتقال حرارت بین دود و لوله ممانعت میکند.

این فیلم از لوله ها در برابر دود داغ که حتی ممکن است بتواند لوله را ذوب کنند محافظت میکند. فولاد بویلر معمولا در ۲۸۰۰ درجه فارنهایت ذوب شده و در دماهای بیشتر از ۶۵۰ درجه فارنهایت به تدریج ضعیف میشود.

پف در کوره

با افت سرعت ها در بویلر، وضعیتی پیش می آید که فیلم ضخیم تر شده و انتقال حرارت به شدت کاهش میابد. وقتی جریان به قدری کم است که دوده سرگردان میشود درست مثل گیر کردن خودروها در چهارراه که نمیتوانند به هیچ سمتی حرکت کنند، دود زیادی بدون تماس با لوله ها کوره را ترک میکند، در حالیکه آن همه انرژی با ارزش بی استفاده تلف میشود.

تاثیر فیلم در تولید بخار

چیز منحصر به فردی در مورد فیلم در سمت آب لوله اتفاق می افتد. وقتی بخار تولید میکنیم انتقال حرارت از فلز به آب جوش بسیار بزرگتر از انتقال حرارت به آب یا بخار است.

وقتی گرما از لوله به آب برای بخار سازی منتقل میشود یک حباب بخار تولید و چند برابر حجم آبی میشود که از آن درست شده (حجم بخار در بویلر با فشار ۱۰ psig، ۱۸۹ برابر حجم آب میشود) سپس حباب های بخار از فلز جدا شده (چسبندگی بخار در برابر آب قابل مقایسه نیست) و آب سریعا وارد میشود تا جای خالی را پر کند.

تمام این فعالیت ها، تولید بخار را خیلی راحت تر از گرم کردن آب یا سوپرهیت کردن بخار میکنند و سطح انتقال حرارت کمتری برای جذب حرارت نیاز دارند. همینطور در هنگام جذب حرارت از بخار،  حجم کندانسیت یک هزارم میشود و بخار به سرعت حرکت میکند تا این جای خالی را پر کند در حالی که کندانسیت نم نم میریزد و سطح انتقال حرارت را تمیز میکند.

گستره انتقال حرارت U در کندانسورها ۲۵-۶۰btuh=ft2-F و در سوپرهیتر ها ۲.۶-۶ است. مسلما بخار، یک سیال انتقال حرارت عالی است.

[تعداد: ۰   میانگین:  ۰/۵]

پربازدیدترین‌ها

دیدگاه‌ها

خوشحال خواهیم شد که اولین دیدگاه را شما ارسال نمائید.

دیدگاه خود را ثبت نمایید.

برای دریافت آخرین خبرها و محصولات ما به کانال تلگرام ما بپیوندید