دانلود گزارش کارآموزی سیستم های تبادل حرارت در نیروگاه

تجهیزات تبخیری :

در صنعت دو نوع اصلی تجهیزات تبخیری لوله ای وجود دارد : دیگهای بخار و مبدلهای تبخیری . در دیگهای بخار مستقیماً انرژی سوخت تبدیل به حرارت نهان تبخیر می شود . در مبدلهای تبخیری عمل احتراق صورت نمی گیرد و فقط حرارت محسوس یا نهان یک سیال به حرارت نهان تبخیر سیال دیگر تبدیل می شود . اگر یک مبدل تبخیری برای تغلیظ تبخیری آب با یک محلول آبی مورد استفاده قرار می گیرد ، اصطلاحاً آن را تغلیظ کننده تبخیری گویند . اگر از مبدل تبخیری برای تغذیه حرارت مورد نیاز به پایین ستونهای تقطیر استفاده شود ( بخار تشکیل شده چه بخار باشد چه بخار ماده دیگر ) آن را ریبویلر گویند . وقتی مبدل تبخیری برای تولید بخار آب و نیز به عنوان جزئی از فرایند تقطیر استفاده نشده باشد آن را تبخیر کننده می نامند .

زمانیکه به منظور تهیه آب خالص یا هر فرایند تغلیظ کردن دیگر ، یک تغلیظ کننده تبخیری به سیستم های تولید انرژی الکتریکی متصل شود آن را تبخیر کننده نیروگاهی می نامند و وقتی از آن برای تغلیظ یک محلول شیمیایی به روش تغلیظ تبخیری آب موجود در حلال استفاده می شود آن را تغلیظ کننده تبخیری شیمیایی می نامند . بر خلاف تغلیظ کننده های تبخیری در ریبویلر ها هدف تأمین بخشی از حرارت مورد نیاز نقطیر بدون انجام تغلیظ می باشد ، اگرچه معمولاً از وقوع چنین پدیده ای نمی توان جلوگیری کرد . در بسیاری از موارد برای ترکیبی از چند دستگاه گوناگون که هر یک از آنها را می توان تغلیظ کننده تبخیری نامید ، نیز از اصطلاح تغلیظ کننده تبخیری استفاده می شود .

فرآیندهای تبخیری در نیروگاه :

در نیروگاهها فرآیندهای تبخیری به چهار گروه تقسیم می شوند :

تبخیر کننده های آب جبرانی برای تغذیه به دیگ بخار

تبخیر کننده های فرآیندی برای تهیه آب خالص

تبخیر کننده برای انتقال حرارت

دستگاه تقطیر آب نمک

1- تبخیر کننده های آب جبرانی :

تبخیر کننده های آب جبرانی ، مقدار آب لازم برای جایگزینی نشت ها و کاستی های که به صورت بخار آب و یا مایع چگالی شده ، از سیستم خارج می شوند را تأمین می کند . این تبخیر کننده ها به مراتب بزرگتر از تبخیر کننده های فرآیندی هستند و معمولاً از نوع یک مرحله ای هستند ، با وجود این بعضی اوقات با توجه به مشخصه های سیکل مایع چگالیده و نیز مقدار آب جبرانی مورد نیاز ، از تبخیر کننده های دو مرحله ای نیز استفاده می شود . امروزه به ندرت می توان نیروگاهی فاقد این تجهیزات پیدا کرد . تبخیر کننده هایی که خودشان کوچک هستند دارای 100 تا  ft2 1000 سطح حرارتی می باشند .

2- تبخیر کننده ها در فرآیندها :

در بسیاری از منابع به صورت مداوم نیاز به مقادیر زیادی آب مقطر می باشد . در این گونه تأسیسات از تبخیر کننده های دو مرحله ای ، سه مرحله ای و یا چهار مرحله ای استفاده می شود . این تبخیر کننده ها حرارت مورد نیاز خود را از بخار آب برداشت شده و یا به طور مستقیم از دیگ بخار دریافت می کنند . انتخاب مراحل بستگی زیادی به ارتباط بین سرمایه گذاری ثابت و ارزش بهره برداری از بخار آب دارد .

در تبخیر کننده های چند مرحله ای که تغذیه آنها به صورت موازی صورت می گیرد ، نیازی نیست که تمام مرحله ها به صورت همزمان کار کند و بنابراین اگر مقدار آب مقطر مورد نیاز تغییر کرد ، می توان تعداد مراحل را تنظیم کرد . معمولاً تبخیر کننده های مورد استفاده برای اینگونه خدمات دارای اندازه متوسط هستند و سطح حرارتی هر یک از پوسته ها مقدار 500 تا  ft2 1000 است .

3- تبخیر کننده های مورد استفاده برای انتقال حرارت :

تبخیر کننده های مورد استفاده در انتقال حرارت ، سیستمهای یک مرحله ای هستند که در آنها یک یا چند پوسته به صورت موازی با یکدیگر قرار دارند و بخار آب را از خروجی یک توربین فشار قوی یا موتور فشار قوی دریافت می کنند . هدف از کاربرد این نوع تبخیر کننده ، چگالش بخار آب تولید شده در دیگ بخار فشار قوی که از درون توربین فشار قوی گذشته می باشد .

سپس مایع چگالیده شده با استفاده از یک چپ افزاینده فشار که مستقیماً به یک دیگ بخار فشار قوی برگردانده می شود و بدین ترتیب مواد فشار قوی به طور مداوم تغذیه می شود ، بدیهی است که محل نصب دیگ بخار و توربین فشار قوی بستگی زیادی به این مدار دارد . با چگالش بخار خروجی از توربین یا موتور فشار قوی ، از حرارت منتقل در تبخیر کننده برای تهیه مقادیر زیادی بخار جهت فرآیندهای گوناگون استفاده می شود . در اینصورت تمامی یا بخشی از مایع چگالیده شده هرگز به سیستم تبخیر کننده باز نخواهد گشت . اگر مایع چگالیده شده باز گردانده نمی شود ، بدین دلیل است که جمع آوری مایع چگالیده شده بسیار مشکل خواهد بود ، یا اینکه ممکن است بخار تولید شده در تبخیر کننده در یک فرآیند شیمیایی یا گرمایشی مصرف شده و یا اینکه به طور مداوم آلوده شود .

4- دستگاه تقطیر آب نمک :

معمولاً یک پوند سوخت می تواند حدود 10 پوند بخار آب تولید کند و این بخار در یک تبخیر کننده دو مرحله ای می تواند از آب دریا 5/12 پوند آب خالص تولید کند ، پس این مطلب کمی عجیب است که معمولاً کشتی ها آب مورد نیازشان را از آب دریا تأمین می کنند . آب دریا حدود سه درصد وزنی و یا  34000 ppm  مواد جامد دارد ، در حالیکه آب تازه حدود 340 ppm مواد جامد دارد . مرسوم است که به جای 90 درصد تبخیر ، فقط یک سوم آب تغذیه تبخیر می شود . باقیمانده آب تغذیه که حدوداً دارای 5 درصد یا 51000 ppm ماده جامد دارد به دریا باز گردانده می شود . چون مقدار زیرکش حیلی زیاد است ، مطلوب تر است که از سیستم هایی با درجه حرارت متغیر پایین استفاده شود . زیرا کم بودن درجه حرارت موجب کمتر شدن نرخ رسوب گیری نیز خواهد شد .

فرآیندهای تبخیری :

تبخیر کننده ها تجهیزاتی هستند که برای تبادل حرارت نهان مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان بخشی از یک فرآیند نغلیظ یا تقطیر مطرح نمی شوند . محاسبه بار حرارتی معمولاً بسیار ساده است . شاید رایج ترین نوع تبخیر کننده مبدل 2-1 افقی و یا شکلهای اصلاح شده آن باشد که تبخیر در پوسته و یا لوله ها صورت می گیرد ، اگر بخار آب ماده واسط گرمایش باشد ، خوردگی ناشی از وجود هوا در مایع چگالیده شده و این معمولاً سبب می گردد تا متغیر در پوسته مزایای بیشتری به همراه داشته باشد . چند اختلاف اساسی میان عملیات و محاسبات تبخیر وجود دارد و تبخیر کننده های عمودی و افقی وجود دارد .

در تبخیر کننده های نیروگاهی 50 تا 60 درصد از قسمت فوقانی پوسته برای آزاد سازی مایع که درون حبابهای واقع بر سطح به دام افتاده اند به کار برده می شود . آزاد سازی بیشتر مایع به کمک یک جداکننده بخار آب در پوسته انجام می شود . طرح مکانیکی و ضخامت پوسته ، فلانجها و صفحه نگهدارنده لوله بستگی به حاصل ضرب فشار درون پوسته و قطر پوسته دارد .

در بسیاری از موارد فشار یا خلاء ایجاد شده زیاد نیست و ضخامت پوسته فلانج و صفحه نگهدارنده لوله های غیر قابل قبول نمی باشد . در مورد تبخیر کننده های دیگر معمولاً فشار بالا است و بقیه فضای آزادسازی در پوسته گران خواهد بود ، زیرا تدارک چنین فضایی برای آزاد سازی در فشارهای بالا با افزایش ضخامت پوسته همراه است . به این دلیل معمولاً تبخیر کننده ها را برای آزادسازی داخلی طراحی نمی کنند و در عوض از نوعی وسیله خارجی نظیر ظروف استوانه ای شکل جوشی ارزان قیمت متصل به تبخیر کننده استفاده می شود که در آن مایع به دام افتاده در حبابهای بخار آب از بخار خارج می شود .

وقتی بخار آب از سطح یک حوضچه تبخیر می شود ( نظیر یک تبخیر کننده نیروگاهی ) ممکن است خوراک را 100 درصد تبخیر کرده بدون آنکه سطح مایع در حوضچه که در ابتدا تا حد مورد نظر پر شده است ، تغییر کند . دلیل اینکه کمتر از 100 درصد خوراک که به طور معمول تبخیر می گردد این است که ته مانده در آن جمع شده و لازم است احتمالی برای خارج کردن آن در نظر گرفت .

طبقه بندی مبدلهای تبخیر کننده :

طراحی این گروه از مبدلها از سایر انواع مبدلها پیچیده تر و با حساسیت بیشتر همراه است . به این دلیل طبقه بندی تبخیری بر مبنای روشهای محاسبه مورد استفاده برای هر نوع عمل خاص رایج است . هر یک از گروههای زیر از نظر محاسبه با سایر انواع دیگر اختلاف دارد .

مبدلهای تبخیری با سیرکولاسیون اجباری :

الف ) تبخیر در پوسته :

تبخیر کننده ریبویلر دارای پمپ با جوشش هم دما

تبخیر کننده ریبویلر دارای پمپ با محدوده درجه حرارت جوشش

تبخیر کننده  سیرکولاسیون اجباری یا ریبویلر محلولهای آبی

ب ( تبخیر در لوله :

تبخیر کننده یا ریبویلر دارای پمپ با یا بدون محدوده درجه حرارت جوشش

تبخیر کننده با سیرکولاسیون اجباری یا ریبویلر محلولهای آبی

مبدلهای تبخری با سیرکولاسیون طبیعی :

الف ) تبخیر در پوسته :

ریبویلر کتری مانند

سرد کن

ریبویلر به صورت دسته لوله ها در ستون

ریبویلر تریموسیفون افقی

ب ) تبخیر در لوله ها :

ریبویلر ترموسیفون عمودی

تبخیر کننده های عمودی با لوله های بلند

محدودیتهای شار حرارتی و اختلاف درجه حرارت :

می توان شرط کرد که شرایط فزاینده همواره تعیین کننده این نکته است که چه مقدار از خوراک مایع ورودی به تبخیر کننده باید تبخیر شود ، وقتی تبخیر مایع از حوضچه صورت می گیرد ، تقریباً حداکثر شار حرارتی به دست می اید . برای آب حداکثر شار حرارتی معادلtu / ( hr ) ( ft2 ) 400000 و برای مواد  آلی 70000 تا btu / ( hr ) ( ft2 ) 125000 گزارش شده است اگر چه این مقادیر فقط در تجهیزات آزمایشگاهی از سطوح کاملاً تمیز به دست آمده اند . مجدداً متذکر می شویم که حداکثر شار حرارتی در اغلب درجه حرارتهای بحرانی به دست می آید که محدودیتی برای حداکثر ضریب قابل حصول است . قبل از اختلاف درجه حرارت بحرانی ضریب انتقال حرارت و شار حرارتی کاهش می یابد ، این کاهش ناشی از تشکیل لایه ای از گاز روی لوله ها می باشد ، این پدیده انسداد ناشی از بخار است که که شکل اصلی در طراحی و عملیات مبدلهای تبخیری می باشد .

شار حرارتی با نسبت  یا  تعریف می شود اما به کمک  که در آن  hv ضریب تبخیر و  اختلاف درجه حرارت بین دیواره لوله و درجه حرارت جوشش است تعریف می گردد .  شار حرارتی بر مبنای سطح تمیز  Ac می باشد در حالیکه شار حرارتی بر مبنای سطح واقعی A‌می باشد . مقدار A در یک نبخیر کننده طراحی شده با توجه به ضریب جرم گیری بزرگتر از  Ac می باشد ، با این همه محدود کردن  و hv تا حداکثر مقدار قابل اطمینان مرسوم است . این دو کمیت از ایجاد اختلاف درجه حرارت بسیار زیاد  نیز جلوگیری می کند محدودیتهای زیر همواره در نظر گرفته می شوند :

1- شار حرارتی :

الف ) حداکثر شار مجاز برای تبخیر کننده ها دارای سیرکولاسیون اجباری و ریبویلرهایی که در آنها مواد آلی تبخیر می شود معادل  btu / (hr)(ft2) 20000 و به ازای سیرکولاسیون طبیعی btu / (hr)(ft2) 12000 می باشد .

ب ) حداکثر شار مجاز برای تبخیر آب یا محلولهای آبی با غلظت کم با استفاده از سیرکولاسیون اجباری و طبیعی معادل btu / (hr)(ft2) 30000 است .

2- ضریب فیلم :

الف ) حداکثر ضریب فیلم متغیر مجاز برای متغیر مواد آلی با سیرکولاسیون طبیعی یا آزاد معادل btu / (hr)(ft2) 300 می باشد .

ب ) حداکثر ضریب فیلم مجاز برای تبخیر آب و محلولهای آبی با سیرکولاسیون طبیعی یا آزاد معادل btu / (hr)(ft2) می باشد .

رابطه میان حداکثر شار و حداکثر ضریب فیلم :

محدودیتهای مطرح شده باعث حذف تمام احتمالات ایجاد کننده انسداد بخار می شوند . تصور کنید می خواهیم یک ترکیب آلی را که در 200 درجه فارنهایت می جوشد در یک تبخیر کننده دارای سیرکولاسیون اجباری با استفاده از بخار آب 400 درجه فارنهایت تبخیر کنیم به طوریکه  باشد و جریان به صورتی برقرار گردد که ضریب تبخیر معادل btu / (hr)(ft2) 3000 به دست می اید . اگر ضریب چگالش بخار آب  Ru = 0.003 , Uc = 250 , 1500 آنگاه UD = 142 خواهد بود . در اینصورت شار حرارتی برابر است با btu / (hr)(ft2) 28000 = 200*142 که از حد مطرح شده در بند (  I – ب )تجاوز می کند . چون  یا  ممکن است از 20000 تجاوز نکند .

هر تغییری که با (  I – الف ) همخوانی لازم را ایجاد کند با افزایش سطح کل تبخیر همراه است . اگر درجه حرارتهای اولیه و بخار حفظ شوند ، ضریب کل جدید  UD معادل  200/20000 که برابر btu / (hr)(ft2) 100 خواهد بود . اختلاف درجه حرارت  ممکن است بزرگتر از اختلاف درجه حرارت بحرانی باشد زیرا چنین وضعی در حداکثر شار قابل حصول رخ نمی دهد و تحت چنین شرایطی اختلاف درجه حرارت بحرانی می تواند در یک محدوده تغییر کند بدون آنکه خطر انسداد بخار پیش آید .

1- تبخیر در پوسته :

الف ) تبخیر کننده با ریبویلر دارای پمپ با جوشش همدما

محاسبات مورد استفاده در حل این نوع از مبدلها در بسیاری از مسائل ساده تبخیر مطرح در تأسیسات همراه یا بدون انتقال به ستون تقطیر رایج است . اگر یک مایع اساساً خالص و یا مخلوطی با نقطه جوش ثابت باشد به طور همدما خواهد جوشید ، این حالت معمولاً در مورد مایع تحتانی ستون تقطیر یک مخلوط دو تایی به اعضای نسبتاً ناخالص مشاهده می گردد . برای عملیات جوشش نظیر تبخیر مایع سرد خروجی از یک مخزن ذخیره ممکن است مایع در نقطه جوش خود نبوده و نیازمند پیش گرمایش تا رسیدن به نقطه جوش باشد . از آنجا که پوسته یک تبخیر کننده با سیرکولاسیون اجباری شبیه هر مبدل 2-1 دیگر است گرمایش را می توان در پوسته ای مشابه نظیر تبخیر انجام داد . اگر دوره عملکرد یک تبخیر کننده را با یک ضریب جرم گیری کلی تعیین کنیم ، لازم است سطح پوسته را به دو ناحیه متوالی تقسیم کنیم ، یک ناحیه برای پیش گرمایش و یک ناحیه برای تبخیر ، روش عملی همانند روشی که برای چگالنده – مادون سرد کننده به کار برده می شود .

اختلاف درجه حرارت حقیقی همان اختلاف درجه حرارت متوازن برای دو ناحیه است و  ضرایب مبدل تغییر متوازن می باشد که با معادلات زیر به دست می آید :

  Ad , Ac  سطوح مربوطه

 Uc , Ud  ضرتیب کلی مبدل

 = ( متوازن ) Ucv

  = ( متوازن )

اگر بخار آب برای گرمایش به کار برده شود ، تنها در مسیر گذر در لوله ها مئورد نیاز می باشدکه لزوماً مساوی نیستند ، زیرا در گذر برگشت مقدار جریان بخار کمتر از گذر اول است. هر گاه از جریانهای داغ نظیر گازوئیل به عنوان ماده گرم کننده استفاده شود ، تعیین درجه حرارت حقیقی در هر ناحیه به عنوان یک مسئله مطرح است . اگر حد نیزدیکی میان درجه حرارت خروجی سیال گرم کننده و درجه حرارت خروجی بخار بسیار کوچک باشد ، اختلاف درجه حرارت حقیقی را می توان با در نظر گرفتن افت درجه حرارت در هر ناحیه متناسب با حرارت گرفته شده از سیال گرم کننده تقریب زد .

ب ) تبخیر کننده یا ریبویلر دارای پمپ با محدوده جوشش :

اگر مایعی که تبخیر می گردد مخلوطی از چند جزء قابل اختلاط باشد ، به صورت همدما نخواهد جوشید ، در عوض چنین مخلوطی دارای یک درجه حرارت جوشش اولیه ( نقطه حباب ) و یک درجه حرارت جوشش نهایی ( نقطه شبنم ) است که در آن آخرین قطره مابع تبخیر می گردد . وقتی که مایع در نقطه حباب شروع به جوشش می کند ، اجزای فوارتر با دبی بیشتری از محلول خارج می شوند ، در حالیکه اجزای فرار وارد بخار می شوند ، درجه حرارت جوشش مایع باقیمانده افزایش می یابد ، این بدان معنی است که در تمام تبخیر کننده یک محدوده درجه حرارت وجود دارد که در آن جوشش صورت می گیرد و هر چه درصد مایع تبخیر شده بیشتر باشد ، این محدوده از نقطه حباب تا نقطه شبنم در ورودی مایع گسترده تر می گردد .

به دلیل وجود این محدوده جوشش ، حرارت محسوس نیز مانند حرارت نهان باید به طور همزمان توسط مایع در حین عبور از تبخیر کننده حذف گردد و به این ترتیب مایع دارای یک محدوده درجه حرارت جوشش خواهد بود . علاوه بر این حرارت محسوس در همان سطحی مبادله می گردد که حرارت جوشش خواهد بود ، علاوه بر این حرارت محسوس در همان سطحی مبادله می گردد که حرارت تبخیر تبادل می یابد . بر خلاف پیش گرم کن – تبخیر کننده همدما که در نواحی جدا از هم صورت می گیرد .

به دليل وجود اين محدوده جوشش ، حرارت محسوس نيز مانند حرارت نهان بايد به طور همزمان توسط مايع در حين عبور از تبخير كننده حذف گردد و به اين ترتيب مايع داراي يك محدوده درجه حرارت جوشش خواهد بود . علاوه بر اين حرارت محسوس در همان سطحي مبادله مي گردد كه حرارت جوشش خواهد بود ، علاوه بر اين حرارت محسوس در همان سطحي مبادله مي گردد كه حرارت تبخير تبادل مي يابد . بر خلاف پيش گرم كن – تبخير كننده همدما كه در نواحي جدا از هم صورت مي گيرد .

در اينجا حرارت ديواره لوله قبل از انتقال جهت تبخير توسط مايع به عنوان حرارت محسوس جذب مي شود ، چون نرخ انتقال حرارت از مايع داغ به يك حباب بخار بسيار زياد است مي توان فرض كرد كه يك ضريب انتقال حرارت محسوس محاسبه شده از شكل ( 1-1 ) براي تبخير مستقيم با انتقال حرارت محسوس همزمان ، مقاومت كنترل كننده است .

ضريب انتقال حرارت براي انتقال حرارت مركب و تبخير به صورتي محاسبه مي شود كه اگر كل بار حرارتي تبخير به عنوان حرارت محسوس در محدوده جوش آن به مايع انتقال مي يافت ، محاسبه مي گرديد . اختلاف درجه حرارت دقيق را در صورتيكه سيال گرم كننده همدما باشد مي توان معادل LMTD در نظر گرفت . در اين حالت فرض مي شود كه انتقال حرارت متناسب با تغيير درجه حرارت است . به عبارت ديگر براي تبخير اگر درجه حرارت تا نصف محدوده درجه حرارت كل افزايش يابد يعني از بار حرارتي كل مبادله مي گردد .

اگر يك مخلوط شامل اجزاي بسيار نزديك به هم باشد كه از نظر فراريت نسبي با هم تفاوت دارند ، فرض اينكه نسبت هاي حرارت و درجه حرارت مساوي هستند ممكن است باعث بروز خطا شود .

پ ) تبخير كننده هاي سيركولاسيون اجباري ريبويلر محلولهاي آبي :

در فرآيندهاي تقطير نظير تقطير محلول استن – الكل يا آب – آب محلول تحتاني تقريباً حاوي آب خالص است . در عمليات كوچك استفاده از ريبويلر داراي پمپ بر سيركولاسيون طبيعي ارجحيت زيادي دارد ، زيرا افتهاي اتصالات لوله كشي بي جهت زياد مي باشد و استفاده از لوله هاي رابط بزرگتر عمليات بهتر را تضمين نمي كند . ريبويلر محلول آبي مشابه ، ريبويلر داراي پمپ با يا بدون محدوده جوشش محاسبه مي شود . به استثناء اينكه شار مجاز يا ضرايب فيلم بزرگتر مي باشند .

اين نوع از تجهيزات معمولاً با ضرايب جرم گيري به عنوان مقاومت كنترل كننده طراحي مي شوند ، كارآيي روش محاسبه دبي تبخير آب فقط در هنگاميكه سرعتهاي جرم كم باشد ارزشمند است چون بخار آب داراي چگالي بخار بسيار كمي است . بايد هر جا افت فشار بخار كم باشد از سرعتهاي جرمي پايين استفاده كنيم .

2- تبخير در لوله ها :

الف ) تبخير كننده يا ريبويلر داراي پمپ با يا بدون محدوده جوشش :

ضريب تبخير با يا بدون محدوده جوشش از شكل ( 1-2 ) براي مايعات آلي به دست مي آيد .

تعداد گذر لوله ها ممكن است در صورتيكه افت فشار اجازه دهد تا حد مبدلهاي افقي زياد باشد ، اگر تعداد لوله ها در گذرهاي نهايي بزرگتر از تعداد گذرهاي اوليه باشد ممكن است افت فشار كاهش يابد . وقتي از بخار آب در پوسته استفاده شود مي توان گام مثلثي را به كار برد زيرا تميز كردن كمتر مورد نياز بوده و پوسته را مي توان با عمليات جوشش تميز كرد .

ب ) تبخير كننده يا ريبويلر محلول آبي با سيركولاسيون اجباري :

اطلاعات مربوط به لوله ها در تبخير كننده آب و محلولهاي آبي را مي توان از شكل ( 1-3 ) به دست آورد . ضرايب جوشش حدود 25 درصد بزرگتر از مقادير محاسبه شده اند و در سرعتهاي جرمي كم ، ضريب را مي توان در 25/1 ضرب و آن را تصحيح كرد .

مبدلهاي تبخيري سيركولاسيون طبيعي :

1- تبخير در پوسته

الف ) ريبويلر كتري مانند :

ريبويلر كتري مانند در شكل ( 1-4 ) نشان داده شده است كه كه شكل ديگري از تبخير كننده هاي نيروگاهي است . نوع ديگري از ريبويلرهاي كتري مانند در شكل ( 1-5 ) نشان داده شده است كه داراي صفحه نگهدارنده لوله هاست و كل پوسته را مي پوشاند و در اين نوع ريبويلر دسته لوله ها مدور نيست اما اگر از پهلو به آن نگاه كنيم با پوسته هماهنگي و همخواني دارد . روش اتصال اين ريبويلر به ستون تقطير نيزدر شكل(1-4 ) نشان داده شده است .

شكل ( 1-1)

شكل ( 2-1 )

شكل ( 1-3)

ريبويلرهاي كتري مانند جهت اطمينان از اينكه سطح مايع در ريبويلر ثابت مي ماند مجهز به يك سر ريز مي باشند و سطح لوله ها در معرض تماس با بخار قرار نمي گيرد ، چون فقط 80 % مايع تحتاني ستون وارد تبخير كننده مي شود ، بايستي تدابيري جهت خارج كردن محصولات موجود در سمت ديكر سرريز به عمل آورد . قوانين انتخابي متعددي در رابطه با حجم مورد نياز در بالاي سطح مايع براي آزاد سازي بخار و حداكثر پوند در ساعتي كه بايد از سطح مابع تبخير شود وجود دارد . اگر رديف بالاتر لوله ها بيشتر از 60 درصد قطر پوسته باشد ، در هنگامي كه سطح مايع روي بالاترين رديف لوله ، به واسطه وجود سرريز تثبيت گردد ، فضاي آزاد سازي كافي فراهم مي گردد .

ب ) سرد كن :

يك سرد كن در شكل ( 1-4 ) نشان داده شده است . ان سرد كن نوعي ريبويلر كتري مانند است كه داراي سرريز نمي باشد و دسته لوله ها مورد 60 % قطر پوسته ارتفاع دارند .

شكل ( 1-4)

پ ) دسته لوله ها درون ستون :

گاه اتفاق مي افتد در مواردي كه دسته لوله ها در مايع غوطه ور مي شود ، شكل ( 1-5 ) دسته لوله ها مستقيماً در انتهاي ستون قرار گيرد نظير شكل ( 1-5 ) . اين عمل از نقطه نظر انتقال حرارت مشكلي ايجاد نمي كند ، اگر دسته لوله ها در انتهاي ستون قرار گيرد ، تعداد زيادي لوله هاي گوتاه مورد نياز است و ارتفاع قسمت تحتاني ستون بايد افزايش يابد تا فضاي لازم براي آزادسازي بخار از مايع تأمين شود .

شكل ( 1-5)

ت ) ريبويلر ترموسيفون افقي :

اين نوع ريبويلر شايد شايع ترين نوع ريبويلر باشد . شكل ( 1-6 ) نشان دهنده ريبويلر ترموسيفوني افقي است كه شامل نازلهاي ورودي و خارجي نصب شده در مركز ، يك صفحه حامل مدور عمودي بين نازلها و يك مانع طولي افقي مي باشد .

شكل ( 1-6 )

2- تبخير در لوله ها :

ريبويلرهاي اين گروه واحد عمودي هستند كه با هد هيدروستاتيك نسبتاً زياد و افت فشار كم عمل مي كنند . براي اين منظور غالباً تبخير در لوله هاي يك مبدل با يك مسير گذر صورت مي گيرد و به اين ترتيب دبي سيركولاسيون مجدد حاصل بيشتر از واحدهاي افقي رايج با تبخير در پوسته است .

شكل ( 1-7 ) منحني انتقال حرارت پوسته براي دسته لوله هايي با موانع قطاعي برش 25 %

فصل دوم :

اواپراتور :

اواپراتور در حقيقت يك مبدل حرارتي است كه در اثر تبخير ماده سرد در داخل آن حرارت از محيط سرد و از محصولات موجود در محيطي گرفته مي شود . پس از آنكه مبرد از لوله روئي يا شير انبساط گذشت به اواپراتور مي ريزدو چون از يك محيط بسته يه يك محيط باز مي رسد افت فشار ايجاد مي شود و در نتجه مبرد آماده پذيرش گرما مي شود و از خود برودت پس مي دهد ، مقدار حرارت گرفته شده توسط اواپراتور برابر است با :

اختلاف درجه حرارت * عدد ثابت تبادل حرارتي * سطح اواپراتور = مقدار حرارت گرفته شده

بنابراين هر چقدر سطح اواپراتور بيشتر باشد تبادل حرارتي بهتري انجام مي گيرد و عدد ثابت تبادل حرارتي هر چقدر بزرگتر باشد بهتر است اما بايد در نظر داشت كه ماكزيمم عدد ثابت برابر با يك مي باشد و اختلاف درجه حرارت بستگي به محيطي دارد كه اواپراتور در آن كار مي كند . البته درجه سرماي مبرد بسيار مورد توجه است ، بدين سبب از مبردهاي مختلف براي توليد سرماي بيشتر يا بهتر با اختلاف درجه حرارت بيشتر استفاده مي شود .

در ضمن معمولاً از سه نوع اواپراتور استفاده مي شود .

1- اواپراتورهايي كه به وسيله هوا تبادل حرارتي انجام مي دهند :

در اين نوع هميشه يك پنكه كه به وسيله الكتريسيته يعني موتور الكتريكي به چرخش در مي آيد هوا را از روي فين و در نتيجه از روي لوله هاي اواپراتور عبور مي دهد ، پس از سرد شدن در تبادل حرارت به وسيله لوله هاي داكت ( Duct ) به محل مورد نظر وارد مي گردد .

در كولرهاي دريچه اي پنكه هواي اتاق را مي گيرد و از ميان فيلتري عبور مي دهد كه گرد و غبار آن گرفته شود و پس از عبور از روي كويلها هواي خنك توسط يك بلور ( پروانه گرد ) در اتاق پخش مي شود و اگر دستگاه بزرگ باشد هواي خنك توسط لوله هاي هوا به همه جاي ساختمان هدايت مي شود .

2- اواپراتورهايي كه با مبرد ثانويه تبادل حرارتي انجام مي دهند :

در اين نوع اواپراتور ، به جاي هوا از روي كويلها مايع مبرد ثانويه كه ممكن است آب نمك باشد به وسيله يك پمپ عبور مي كند . در اثر تماس مبرد ثانويه با اواپراتور سرماي موجود را از دستگاه گرفته و سپس به وسيله فشار پمپ عبور مي كند . در اثر تماس مبرد ثانويه با اواپراتور سرماي موجود را از دستگاه گرفته و سپس به وسيله فشار پمپ موجود به ساختمان هدايت مي شود ، بايد به اين نكته توجه كرد كه براي نتيجه گيري مطلوب ، بهتر است تمام لوله ها را عايق كنيم .

مبرد ثانويه پس از عبور از اواپراتور به وسيله لوله به اتاقها هدايت مي شود و در آنجا توسط قن كويلها سرماي آن به فضاي اتاقها منتقل مي شود ( اين سيستم به علت لوله كشيهاي زياد و امكان نشتي ترجيحاً كمتر مورد استفاده قرار مي گيرد ولي در مواردي مانند كارخانجات يخ سازي و بتن به علت انكه استفاده از آن ساده تر است بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد ، عدد ثابت تبادل حرارتي در اين سيستم حتي به دو برابر سيستم قبلي مي رسد ) .

3- اواپراتورهايي كه به صورت طبيعي با محيط خود تبادل حرارتي مي كنند :

اين نوع اواپراتورها معمولاً در تناژ پايين استفاده مي شوند و معمولاً در يخچالها و فريزرهاي خانگي ديده مي شوند ( اطاق يخ ) ، به علت آنكه مقدار تبادل حرارتي كم است مي توان از آن در صنعت و تهويه مطبوع استفاده كرد .

در انتهاي بعضي اواپراتورها لوله استوانه اي قطور ديده مي شود كه سر راه اواپراتور و كمپرسور قرار دارد . اين مخزن كوچك را اكيوموليتور ( Accumulator ) گويند . كه هميشه مقدار از مبرد در آن ذخيره شده و در بالاي آن فشاري معادل فشار بخار اواپراتور موجود است . كمپرسور از آن تغذيه مي شود .

نقش اواپراتور در سيكلهاي تبريد :

در شكل ( 2-1 ) دستگاه سرمازايي توسط تراكم بخار ملاحظه مي شود . ماده مورد استفاده در اين دستگاه به گونه اي است كه به سرعت قابل تبخير و تغليظ مي باشد . سيكل مذكور به صورت ترموديناميكي به گونه اي فرض شده است كه ماده سرمازا به صورت بخار خشك اشباع شده از اواپراتور خارج شده ، وارد كمپرسور مي شود . ( مرحله ورود ماده به كمپرسور ) ، با شماره 1 در دستگاه و نمودار p-h در شكل ( 2-2 ) براي يك كيلوگرم ماده سرمازا نشان داده شده است .

شكل ( 1–2 )

شكل ( 2-2 )

در شكل ( 1-2 ) شرايط به دست آمده بعد از انبساط يا آنتالپي ، ثابت در نقطه 4 نشان داده شده است بعد از انبساط مايع در سوپاپ كنترل ، قسمتي از مايع در دماي پايين T4 و فشار كم P1 ، تبديل به بخار مي گردد . بخار به دست آمده از ميان لوله هاي اواپراتوري كه در ميان آب شور ( Brine ) فرو رفته ، عبور كرده و محيط را سرد مي كند .

نقش اواپراتور :

در اواپراتور تحويل در جريان يكنواخت صورت مي گيرد و هيچگونه كاري در اواپراتور صورت نمي گيرد و جذب گرما در فشار ثابت رخ مي دهد . گرماي جذب شده در هر كيلوگرم به وسيله رابطه زير بيان مي شود :

q = ( h1 – h4 )

در رابطه بالا q گرماي جذب شده توسط اواپراتور ، ، h4 آنتالپي بخار در لحظه ورود به اواپراتور و h1 آنتالپي بخار در نقطه خروجي اواپراتور مي باشد . از روي نمودار ( p - h ) مقادي h4 , h1 مستقيماً خوانده مي شوند .

سيكل استاندارد تراكمي بخار :

اجزاي اصلي اين سيكل عبارتند از : كندانسور ، كمپرسور و اواپراتور و شير انبساط كه در شكل ( -1-6 ) نحوه برقراري اين سيكل و نمودار آنتالپي – فشار آن نشان داده شده است . نحولات اصلي سيكل تراكمي بخار عبارتند از :

1-2- تراكم آدياباتيك و برگشت پذير از بخار اشباع به فشار كندانسور ؛

2-3- دفع حرارت برگشت پذير در فشار ثابت كه باعث مافوق داغ زدايي و تقطير مبرد مي شود ؛

3-4- انبساط برگشت پذير در آنتالپي ثابت از مايع اشباع تا فشار اواپراتور ؛

4-1- افزايش حرارت در فشار ثابت و تبخير به بخار اشباع ؛

شكل ( 2-3 ) سيكل استاندارد تراكمي بخار

شكل ( 1-7 ) سيكل استاندارد تراكمي بخار روي نمودار فشار – آنتالپي و نمودار جريان اين سيكل را نشان مي دهد .

شكل ( 2-4 )

عملكرد اواپراتور :

در شكل ( 2-5 ) يكي از روشهاي نمايش كار اواپراتور به خصوص نشان داده شده است . نكات كلي واضح در شكل ( 2-5 ) عبارتند از :

ظرفيت با كاهش درجه حرارت تبخير و يا افزايش درجه حرارت آب ورودي افزايش نمي يابد .