آکومولاتور چیست و نحوه کارکرد آن

  • مهندس محمد بهزادمهر
  • دفتر فنی آروین بخار

اخیرا با افزایش بی شمار کارخانجات پلاستوفوم، متاسفانه استفاده از دیگ بخار در این صنایع بطرز نادرستی انجام میگردد . دستگاه تولید پلاستوفوم در کسری از ساعت نیاز به بخار دارد. در بقیه مدت زمان صرف بارگیری و تخلیه محصول میشود . تولید کنندگان این نوع محصولات همیشه از کمبود بخار گله دارند و اکثر مواقع مجبور به خرید دیگهای بخار بزرگتری می شوند . در نتیجه هزینه های ثابت و جاری آنها افزایش می یابد بعضی مواقع دچار ضرر و زیان فراوان میشوند ،اما چاره چیست ؟ آیا ذخیره سازی بخار همانند آبگرم نیاز به محفظه دارد ؟ آیا می توان بخار را در محفظه ای که چندان عایق مناسبی ندارد بمدت طولانی ذخیره کرد ؟ آیا در مدت زمان طولانی بخار کندانس نمیشود ؟
سوالهای زیادی وجود دارد ، ابتدا به چند نوع ذخیره سازی مصطلح در صنعت مثال اشاره می کنیم و سپس نحوه ذخیره بخار و محاسبات ترمودینامیکی آنرا انجام میدهیم .

چند مورد ذخیره سازی و فوائد آن :

معمولا پیک مصرف آب شهر ۵/۲ برابر مصرف زمان عادی میباشد . فرض کنیم یک شهریکصد هزار نفری با ۲۴۰ لیتر مصرف شبانه روزی برای هر نفر ، در هر ساعت ۱۰۰۰ متر مکعب مصرف میکند در ساعت پیک به ۲۵۰۰ متر مکعب خواهد رسید اگر تاسیسات شهر بر مبنای ۲۵۰۰ متر مکعب بر ساعت ایجاد کنیم هزینه های آن بسیار گزاف خواهد بود. همین شهر در ساعاتی از نیمه های شب ۱۰ % مصرف ساعات عادی را هم ندارد اینجاست که ذخیره آب اهمیت پیدا میکند .بدین صورت که در شب مخازن ذخیره را پر کرده و در ساعت پیک روز مصرف میکنند.
ذخیره انرژی بصورت آبگرم مصرفی در مجتمع های بزرگ مسکونی نیز برای آشنایان فن آشکار است . منبع ذخیره آبگرم مصرفی نقش تعیین کننده ای در کاهش ظرفیت بویلر موتور خانه دارد. ذخیره کردن تنها بصورت حرارت نیست . چیلر سرمایش در زمانی که نیازی به کاهش دما در ساختمان نیست به آرامی یخ تولید و در محفظهایی نگهداری می کند زمانی که حرارت محیط بالاست ،آب شدن یخ کمک فراوانی به کاهش ظرفیت دستگاه چیلر میکند .
مثالهای فوق همه مزایای ذخیره سازی را در صنعت نشان میدهد اما ذخیره بخار چگونه است ؟

ذخیره بخار :

۱- فرض کنیم یک مصرف کننده نظیر اتوکلاو بتن های سبکACC و یا پرس پخت لاستیک و یا پلاستوفوم در مدت ده دقیقه ۱۰۰۰ کیلوگرم بخار مصرف می کند . اگر همه پیش فرضهای مهندسی را کنار بگذاریم دیگ بخاری که باید بخریم تا در مدت ۱۰ دقیقه ۱۰۰۰ کیلوگرم بخار تولید کند دارای ظرفیت ۶۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت میباشد ، حال اگر دستگاهی وجود داشته باشد که بخار را در خود ذخیره کند تا در ۱۰ دقیقه معهود به همراه دیگ بخار ۱۰۰۰ کیلوگرم بخار به سیستم پس بدهد می توان دیگ بخاری به ظرفیت ۱۰۰۰ کیلوگرم تهیه کرد . با محاسبه سر انگشتی دیگ بخار به ظرفيت۱۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت در عرض ۱۰ دقیقه ۱۶۷ کیلوگرم بخار تولید می کند و در پنجاه دقیقه بعد ۸۳۴ کیلوگرم ، اگر در طول این ۵۰ دقیقه بخار خود را جهت ذخیره به سیستمی بدهد در ۱۰ دقیقه انتهایی می تواند توسط آن ذخیره کننده و خود دیگ بخار جمعا ۱۰۰۰ کیلوگرم به مصرف کننده بخار بدهند . حال خواننده قیمت دیگ بخار ۶۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت که حدودا ۶۵۰ میلیون ریال با دیگ بخار به ظرفیت ۱۰۰۰ کیلوگرم بر ساعت به قیمت حدودا ۲۵۰ میلیون ريال مقایسه نماید متوجه میشود که این ذخیره کننده چقدر می تواند در اقتصاد کارخانه کمک نماید .
امروزه دیگهای بخار در حجم و ظرفیت مشابه خود نسبت به ۴۰ الی ۵۰ سال پیش بسیار کوچکتر و کم حجم تر شده اند دلایل کاهش حجم عبارتند از :
۱- پیشرفت تکنولوژی ساخت
۲ – وجود فولادهای جدید که تحمل فلاکس حرارتی بیشتری دارند
۳ – وجود تحقیقات و آزمایشگاههای گسترده در نحوه انتقال حرارت
۴– و از همه مهمتر پیشرفت مشعلهای صنعتی جدید که راندمان سوختن سوخت را بسیار افزایش داده اند .
وجود پیشرفتهای فوق که منجر به کاهش حجم بویلرها گردیده اما سبب آن شده است که بویلرها در مقابل نوسانات مصرف کننده بسیار حساس شوند و با افزایش لحظه ای مصرف، آژیرها و اعلام خطرها و در نتیجه خاموشی مشعل را به همراه داشته باشد .

جدول زیر مقدار کاهش ابعاد دیگهای بخار مدرن را نسبت به بویلر های ۳۰ سال پیش را نشان میدهد .

 فرض کنیم یک دیگ بخار معمولی به قطر ۲۲۰۰ میلیمتر و ارتفاع فضای بخار ۸۰۰ میلیمتر و طول مفید آبگیر بویلر ۴۰۰۰ میلیمتر می باشد.مقدار بخار ذخیره شده برابر است با:

با داشتن مقدار X از جداول استوانه های نیمه پر نسبت سطوح نیمه پر به پر برابر مقدار A/At = 0.324 میگردد.

اگر دیگ بخار با فشار ۱۰ اتمسفر مطلق کار کند طبق جدول ترمودینامیکی مقدار حجم ويژه برابر با ۰.۱۹۴۴۴ متر مکعب بر کیلوگرم میشود . اگر حجم فوق بر حجم ويژه تقسیم شود مقدار ۲۵.۳ کیلوگرم بخار ذخیره خواهد شد. همان گونه که مشاهده میشود این ذخیره بخار بسیار کم میباشد .
بسیاری از مصرف کنندگان سوال میکنند آیا میشود یک مخزن ذخیره بمانند آب و یا آبگرم برای بخار در نظر گفت یا نه ؟ .
فرض کنیم مخزنی با فشار کاری ۱۰ اتمسفر و ابعاد دیگ بخار مثال بالا جهت ذخیره بخار استفاده شود مقدار بخاری که در کل این حجم ذخیره میشود برابر است با :


کیلوگرم ۷۸.۲ = ۰.۱۹۴۴۴ / ۱۵.۲

حال سوال پیش می آید چگونه بخار را ذخیره کنیم ؟
اکومولاتور دستگاهی است که بخار را در درون آب بشکل” انرژی داخلی” ذخیره میکند و معمولا جهت ذخیره بخار حتما باید اختلاف فشاری بین دیگ بخار و مصرف کننده وجود داشته باشد .
اکومولاتور مخزنی است که ۵۰ % الی ۹۰ % حجم آن پر از آب است . کنترل کننده سطح این حجم را تعیین می کند. بصورت افقی و عمودی کاربرد دارد . موتور خانه ای که دارای ارتفاع مناسب می باشد بهتر است عمودی و در غیر این صورت بشکل افقی استفاده می شود .
(( آب درون اکومولاتور توسط بخار دیگ گرم شده انرژی بخار را بشکل” انرژی داخلی” در فشاری معادل فشار دیگ بخار در خود ذخیره می کند )) . زمانیکه مصرف کننده مصرف بخار دارد بطور موازی با بویلر انرژی داخلی خود را بشکل بخار به مصرف کننده می رساند که کمک زیادی به کاهش ظرفیت بویلر می کند .وجود اکومولاتور به نوعی جلوی نوسانات تغذیه مصرف کننده بخار را گرفته و در یک حد ثابت نگه می دارد .
محاسبات ظرفیت ذخیره سازی آکومولاتور بشرح ذیل می باشد.
فرض کنیم مخزن ذخیره در مثال بالا را داریم که تا ارتفاع ۱۴۰۰ میلی پر از آب می باشد مقدار حجم و یا جرم درون آن را محاسبه می کنیم .

بویلر بخار خود را ۱۰ اتمسفر به اکومولاتور می دهد و از پايين توسط افشانکهای بخار آب گرم میشود . آب داخل ابتدا به دمای ۱۰۰ درجه می رسد سپس شروع به تبخیر کرده و فضای بالای مخزن پر از بخار می شود تا به فشار تنظیم شده از قبل برسد . حال ببینیم چقدر انرژی در اکومولاتور ذخیره شده است .

مرحله دوم : انرژی داخل اکومولاتور در زمانیکه مجموع انرژی آن در فشار 1 اتمسفر باز میشود .
ابتدا انرژی داخل اکومولاتور را محاسبه می کنیم .

نحوه اجرا :

در شکل ۳ همانطوریکه دیده میشود بخار از بویلر به آب داخل اکومولاتور تزریق میشود پس از اینکه فشار و دمای اکومولاتور به دمای و فشار بویلر رسید هر دو دستگاه در تعادل میمانند تا شیر مصرف کننده باز شده و هر دو بویلر و اکومولاتور بطور موازی سیستم را تغدیه کنند توجه شود که وجود شیر فشار شکن نیز باید در خط قرار گیرد مگر اینکه مصرف کننده در فشار اتمسفریک کار کند .

انتخاب دستگاه :

اگر ظرفیت اکومولاتور به درستی انتخاب نشود موجب اختلال در سیستم میشود .اگر مقدار آب داخل زیاد باشد حرارتی که جذب میکند برابر ظرفیت بویلرشده مصرف کننده باید صبر کند تا اکومولاتور به حد اشباع برسد .
مفهوم این حرف یعنی معطلی کار بنابراین در چنین زمانهایی بهتر است مقداری از آب داخل اکومولاتور را خالی کنیم و اگر ظرفیت اکومولاتور را درست انتخاب نکنیم خود اکومولاتور بعنوان یک مصرف کننده در خط مصرف بخار را افزایش میدهد .

پاسخی بگذارید

بستن منو