ری بویلر چیست؟

ری بویلر برای ستون تقطیر بسیار مؤثر است زیرا از ایجاد اختلال در ستون تقطیر در محیط گرمایش جلوگیری می کند. کنترل های ری بویلر شامل   کنترل سطح بویلر، کنترل وظیفه ری بویلر ، کنترل جریان بخار ری بویلر و غیره می باشد.

مناسب ترین متغیر برای تنظیم یک ستون، boil-up است. Boil-Up برای دستیابی به کیفیت مطلوب محصول به طور معمول در قسمت پایین کنترل می شود.

هنگامی که نرخ جوش ثابت نگه داشته می شود، شیر کنترل دیگ بخار معمولاً توسط یک کنترل کننده جریان گرمایش دستکاری می شود. هنگامی که جوش برای دستیابی به خلوص محصول مورد نظر تنظیم می شود، شیر کنترل دیگ به طور مستقیم یا غیرمستقیم توسط دمای سینی، یک آنالایزر محصول یا سطح پایه دستکاری می شود. دستکاری غیر مستقیم توسط یک کنترل کننده آبشاری انجام می شود که نقطه تنظیم کنترل کننده جریان محیط گرمایش را تغییر می دهد. کنترل کننده جریان نیز به نوبه خود، شیر کنترل دیگ بخار را دستکاری می کند.

جوشاندن مجدد با مایع متراکم کننده

نمونه ای از این نوع ری بویلر ها بویلرهای بخار و ری بویلر های تبرید می باشد. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، شیر کنترل ممکن است در خط ورودی یا در خط خروجی میعانات قرار گیرد.

شکل 1: موقعیت شیر کنترل در سیستم بویلر

هنگامی که شیر کنترل در ورودی دیگ بخار قرار دارد، سرعت انتقال حرارت با تغییر فشار تراکم دیگ و در نتیجه دمای کندانس کنترل می شود. هنگامی که نیاز به جوش بیشتر باشد، شیر باز می شود و فشار دیگ را افزایش می دهد که اختلاف دمای دیگ را افزایش می دهد، که به نوبه خود سرعت جوش را افزایش می دهد.

هنگامی که نرخ جریان میعانات دستکاری می شود، بخار همیشه اساساً در فشار هدر منبع متراکم می شود. سرعت انتقال حرارت با پرکردن جزئی جوشاننده با میعانات و در نتیجه تغییر سطح موجود در دیگ بخار برای چگالش تغییر می کند.

محل شیر کنترل (بالادست در مقابل پایین دست ری بویلر )

محل شیر کنترل تاثیر عمده ای بر کارایی و عملکرد کل ستون دارد. چندین مزایا و معایب برای هر مکان وجود دارد که به شرح زیر است:

1. کنترل شیر ورودی بلافاصله جریان بخار را تغییر می دهد که به نوبه خود فشار دیگ بخار و نرخ انتقال حرارت را تغییر می دهد. از طرف دیگر شیر خروجی میعانات تاثیر مستقیمی بر سرعت جریان بخار ندارد. جریان میعانات سطح میعانات را تعیین می کند و این سطح به آرامی تغییر می کند. به دلیل این پاسخ آهسته، دستکاری جریان بخار آبجوگر وسیله ای بسیار بهتر برای کنترل نسبت به کنترل جریان میعانات است.

2. طرح کنترل خروجی میعانات، گاهی اوقات شیر کنترل در خط میعانات نمی تواند مقدار میعانات تولید شده توسط دیگ بخار را تحمل کند، حداکثر جریان بخار ممکن است در حالی که میعانات هنوز بخشی از لوله ها را پوشش می دهد و اختلاف فشار بین لوله ها را پوشش می دهد. بویلر و سیستم میعانات گازی کوچک است یک دیگ میعانات گازی با پمپ ممکن است برای غلبه بر مشکل مورد نیاز باشد.

برعکس این مشکل همچنین زمانی می تواند دردسرساز باشد که دیگ بخار نتواند بخار را به همان سرعتی که شیر میعانات مایع را خارج می کند متراکم کند، آب بندی مایع موجود در بویلر ممکن است از بین برود و بخار به سیستم میعانات وارد شود که منجر به تلفات چشمگیر می شود. انتقال حرارت نیز باعث ایجاد چکش در سیستم میعانات می شود. این مشکل را می توان با طرح کنترل فوق (شکل 2-A) بدون پمپ برطرف کرد. بهترین آرایش دیگر مانند شکل 2-B است.

شکل 2: دیگ های میعانات گازی در ری بویلر

در اینجا کنترل کننده جریان (شکل 2B) به طور معمول شیر میعانات را کنترل می کند، و هر زمان که سطح خیلی پایین بیاید، سطح نادیده گرفته می شود.

3. طرح خروجی میعانات اجازه کار دیگ بخار را در فشار بالاتر می دهد زیرا افت فشار در شیر کنترل ورودی را حذف می کند. هنگامی که بخار مبرد وسیله گرمایشی باشد، یک مزیت عمده است. از آنجایی که فشارهای بین مرحله ای کمپرسور تبرید معمولاً روی فشار تراکم دیگ بخار تنظیم می شود. هر چه فشار بیشتر باشد، مصرف برق کمپرسور مبرد کمتر است.

4. در یک دیگ بخار گرم شده با بخار، طرح کنترل ورودی بخار دمای دیواره لوله دیگ بخار را به حداقل می رساند. این امر رسوب دیگ (سمت فرآیند) را کاهش می دهد و تنش های حرارتی را در سر بویلر کاهش می دهد.

اگر رسوب گیری به یک نگرانی جدی تبدیل شود، اغلب مطلوب است که دمای دیواره دیگ بخار تا حد امکان پایین نگه داشته شود. چیدمان در شکل 2C به طور کامل از ناحیه دیگ بخار برای به حداقل رساندن خودکار دمای تراکم استفاده می کند.

5. یک شیر کنترل کوچکتر با طرح خروجی میعانات مورد نیاز است.

6. طرح ورودی بخار ممکن است زمانی که سطح اضافی در دیگ بخار موجود باشد مشکل ساز باشد. در طول عملیات اولیه، شیر کنترل ورودی بسته می شود تا دمای چگالش کاهش یابد (Q=UA ΔTlm) UA بزرگ است، که در آن Q وظیفه گرما است، U ضریب انتقال حرارت کلی، A منطقه بویلر، ΔTlm اختلاف میانگین دما است) و متراکم شدن فشار. اگر فشار چگالش کمتر از فشار هدر میعانات شود (مثلاً در دستگاه جوش بخار با بخار 15 تا 35-PSIG)، حذف میعانات غیرممکن خواهد بود. میعاناتی که برداشته نمی شود در جوش انداز جمع می شود و برخی از سطوح لوله را غرق می کند. نقطه ای که در آن میعانات شروع به ایجاد می کند می توان محاسبه کرد. با غرقابی لوله های میعانات گازی تا حدی، هرگونه تغییر بیشتر در جریان بخار به دیگ بخار، هم بر دلتا T در دیگ بخار و هم بر کسری از سطح لوله تأثیر می گذارد تا زمانی که تعادل جدیدی حاصل شود. این دو اغلب با هم تعامل دارند و باعث پاسخ‌های آهسته و گاه نامنظم می‌شوند. تله بخار کمک کمی برای کنترل سطح میعانات ارائه می دهد. بعلاوه، اگر تغییرات بار دیگ بخار ناگهانی باشد، برقراری یا حفظ تعادل دستکاری شده در بالا و همچنین شکار شیر کنترل مشکل خواهد بود.

برای غلبه بر این مشکل، معمولاً به جای تله جریان، همانطور که قبلاً توضیح داده شد، یک گلدان میعانات گازی مستغرق نصب می شود. یک راه حل جایگزین جایگزینی تله بخار با دیگ تراکم سطحی است (به شکل 2D مراجعه کنید). با تغییر نقطه تنظیم کنترل سطح، سطح در بویلر را می توان به گونه ای تنظیم کرد که دیگ بخار در فشاری به اندازه کافی بالا کار کند تا اطمینان حاصل شود که میعانات را همیشه بدون پمپ حذف می کند.

توجه: کف این درام در زیر قسمت کندانسور دیگ بخار قرار دارد در غیر این صورت کارکرد دیگ بخار خشک با سرعت بالا امکان پذیر نخواهد بود و ظرفیت ری بویلر کاهش می یابد.

7. تله‌های بخار عموماً مشکل‌ساز در نظر گرفته می‌شوند زیرا مستعد باز شدن یا باز شدن هستند. استفاده از تله بخار یک عیب محسوب می شود. طرح ورودی بخار در شکل-6 می تواند بر این مشکل غلبه کند.

8. در طرح کنترل بخار، در حین کاهش مجدد بویلر، نرخ جریان در سراسر شیر از غیر بحرانی به بحرانی تغییر می کند. با کاهش جوش، فشار مطلق پایین دست شیر نیز کاهش می یابد. هنگامی که نسبت فشار u/s & d/s از یک مقدار بحرانی فراتر رود، جریان بحرانی از طریق شیر برقرار می‌شود.

برای جلوگیری از این مشکل، بهتر است سیستم را طوری طراحی کنید که در محدوده طبیعی خود در یک جریان یا جریان دیگر کار کند. دیگ آب بندی میعانات سطحی می تواند فشار d/s را در شرایط رو به پایین نگه دارد. یا نصب یک تنظیم کننده فشار u/s کنترل کننده جریان می تواند فشار u/s شیر ورودی را کاهش دهد.

شکل 3: کنترل های مختلف ری بویلر

9. با طرح خروجی میعانات گازی (شکل 3A)، تجمع میعانات در پوسته های افقی در شرایط رو به پایین می تواند بیشتر پنجره های بافل مبدل را سیل کرده و عبور بخار را از پنجره محدود کند. این ممکن است منجر به چکش مایع شود.

با توجه به نکات فوق مشاهده شد که طرح ورودی بخار نسبت به طرح خروجی میعانات در کاهش اختلالات در تامین بخار موثرتر است.

10. طرح خروجی میعانات گازی می تواند باعث بی ثباتی عملکرد دیگ ترموسیفون شود.

11. خوردگی ناشی از سطح میعانات حفظ شده در دیگ بخار اغلب با طرح خروجی میعانات رخ می دهد. لایه زنگ روی طرف بخار دیگ بخار به وضوح نشان دهنده سطحی است که میعانات در آن جریان دارد.
مهر و موم حلقه

در برخی از دیگ بخار کم فشار دیگ میعانات گازی با یک مهر و موم حلقه جایگزین می شود (شکل زیر را ببینید). افزایش سرعت جریان بخار به دیگ بخار باعث افزایش فشار در پوسته دیگ بخار می شود که به نوبه خود سطح مایع را در بویلر کاهش می دهد و سطح لوله بیشتری را در معرض دید قرار می دهد. رفتارهای این سیستم مشابه با طرح خروجی میعانات است. ارتفاع مایع در حلقه معمولاً 5 تا 10 فوت است. این ترتیب (شکل 3B) زمانی که بار حرارتی دیگ بخار یا فشار شبکه بخار تمایل به نوسان دارد، می تواند مشکل ساز باشد و معمولاً بهتر است از آن اجتناب شود.

جوشاندن مجدد با گرمای محسوس:

گاهی اوقات از روغن داغ، گاز داغ برای اهداف جوشاندن مجدد استفاده می شود. گرمای ورودی با تغییر جریان محیط گرمایش از طریق بویلر تنظیم می شود، که به نوبه خود هم ضریب انتقال حرارت و هم اختلاف دما را در سرتاسر بویلر تغییر می دهد. پاسخ های دیگ بخار به این بستگی دارد که آیا تغییر یا تغییر ضریب انتقال حرارت یک عامل غالب مؤثر بر گرمای ورودی است یا خیر. به طور کلی، در ΔT دیگ بخار بالا، اثر ضریب انتقال حرارت غالب است در حالی که اثر ΔT در جوش‌آور کم ΔT غالب‌تر می‌شود.

دیگ بخار مستقیم:

این نوع دیگ بخار (شکل 3C) اساساً در پالایشگاه ها استفاده می شود. معمولاً این آتش سوزی هایی با مخلوطی از گازهای خارج شده از واحدهای مختلف است که با گاز طبیعی تکمیل می شود. مشکلی که اغلب در دیگ های سوخت مستقیم اتفاق می افتد، تغییرات حرارتی ورودی با ترکیب گاز سوخت است. به همین دلیل، ممکن است کنترل نرخ جریان سوخت به کوره دشوار باشد و کنترل حرارت ورودی ممکن است ضروری باشد.

تصحیح ترکیب را می توان با استفاده از یک فاکتور (مقدار گرمایش √S.G)، معروف به شاخص Wobbe، که در آن SG وزن مخصوص گاز است، انجام داد. برای مخلوط هیدروکربنی، شاخص Wobbe به صورت خطی با SG متفاوت است و اندازه گیری SG برای اصلاح ترکیب کافی است. ترتیب زیر سیستم کنترل را با استفاده از Wobbe Index نشان می دهد.

دانسیته‌سنج باید مستقیماً در خط گاز سوخت، پایین دست درام خروجی، و هر نقطه‌ای که جریان گاز سوخت اضافه می‌شود و تحت تأثیر ارتعاشات قرار نمی‌گیرد، نصب شود.