logo

logo

logo

logo

logo

البخار (جهاز فصل-)

بخار (جهاز فصل)

Steam Separator -

جهاز فصل البخار steam separator

زهير مسالخي- يمن الأتاسي

مكونات جهاز فصل البخار

طريقة عمل جهاز الفصل

استخدامات جهاز الفصل

تطبيقات استخدام بخار الماء

 

هو جهاز يفصل البخار المتولِّد في المراجل البخارية عن رذاذ (قطيرات) الماء الذي قد يكون عالقاً فيه؛ إذ يمكن أن يسبِّب هذا الرذاذ والقطرات الصغيرة أضراراً كبيرة للأجهزة التي يدخل إليها في أثناء عملها، أو يسبِّب انخفاضاً في نوعية المنتجات التي يكون للبخار دور في إنتاجها.

يسعى المصممون إلى تصنيع مراجل تولِّد بخاراً نقياً بدرجة 99.5 %؛ أي لا تزيد نسبة رذاذ الماء فيه على 0.5 %، ومع ذلك يجب التخلُّص من هذا الرذاذ من أجل حماية التجهيزات الحساسة للماء. لذلك يمرر البخار في جهاز فصل يخلصه من الرذاذ قبل مروره في صمامات التحكم ومخفضات الضغط والمبادلات الحرارية وبقية التجهيزات التي تستخدم البخار المشبع؛ بما فيها أنابيب نقل البخار.

-1 مكونات جهاز فصل البخار

يتكوَّن الجهاز من غلاف معدني له مدخل ومخرج مع فتحة (مثعب) لتفريغ الماء المتجمِّع في أسفله. يحوي الغلاف عدداً من العوائق المختلفة ذات أشكال هندسية مناسبة لمبدأ الفصل المعتمد لهذه الغاية. يمكن أن يتوفر جهاز الفصل بأحجام مختلفة، كما يمكن تركيبه أفقياً أو شاقولياً بحسب تصميمه (الشكلان 1-أ و1-ب). تصنَّع هذه الأجهزة عادةً من الفولاذ غير القابل للصدأ أو من الحديد الصب، ولا تحتاج إلى صيانة لعدم وجود أجزاء متحرِّكة فيها.

الشكل (1)

2- طريقة عمل جهاز الفصل

يعتمد جهاز الفصل على إعاقة جريان البخار بعوائق متعددة في داخله تحرف جريانه عند كل عائق يصطدم به رذاذ الماء المصاحب للبخار بفعل عطالة كتلته، فيتحوَّل إلى قطرات تسيل على جدرانه. يمكن أن يكون العائق حلزونياً يشكِّل إعصاراً في تيار البخار العابر للجهاز فتلتصق قطرات الماء على جدرانه المحيطية من الداخل، أو يتألف من ممرات تجبر البخار على تغيير مساره عدة مرّات، مما يجبر رذاذ الماء على الالتصاق على جدرانها ويتحوَّل إلى قطرات سائلة، كما يمكن أن يضم جهاز الفصل مصفاة معدنية أو وسادة ديمستر Demister (الشكل 10-أ) يمر البخار خلال ثقوبها فتتكاثف قطرات الماء وتتراكم في قعر الجهاز حيث تفرغ من حين إلى آخر (الشكل 2- ب).

الشكل (2) جهاز فصل البخار باستخدام وسادة ديمستر

3- استخدامات جهاز الفصل

يستخدم جهاز فصل البخار في محطات توليد الطاقة التي تعتمد على العنفات البخارية، وفي المصانع التي تستخدم البخار على نطاقٍ واسع، وكذلك في التجهيزات التي تعمل بالبخار المشبع.

ولكل جهاز فصل بخار خصائص تميّزه من غيره من حيث غزارة مرور البخار وسرعته وفاقد الضغط الذي يسببه، لذلك ترفق الشركات المصنِّعة بكل جهاز جداول ورسوم بيانية تبيِّن فاقد الضغط الذي يسببه جهاز فصل البخار ومردوده وسرعة جريان البخار الداخل إليه ومواصفاته.

تطبيقات استخدام بخار الماء

استخدم البخار في الصناعة للمرة الأولى في ما يسمى بالمضخة البخارية والمحرِّك البخاري، أما في هذه الأيام فيستخدم في معظم الصناعات الهندسية والمعدنية لأغراضٍ مختلفة؛ ولا سيما أعمال التنظيف، كما يستخدم في معالجة النسيج وصبغ المنسوجات، وفي أعمال الطهو والمعالجة والتعقيم في الصناعات الغذائية، وفي الصناعات الكيميائية والصيدلانية لمختلف التفاعلات الكيميائية ووسائط التفاعل والتعقيم، وفي محطات توليد الطاقة الكهربائية، وفي إقلاع الطائرات من على سطوح الحاملات وفي الأعمال المنزلية، وفي التجميل.

1- المضخَّة البخارية steam pump:

حصل المخترع توماس سيفري Thomas Savery في القرن الثامن عشر على براءة اختراع لمضخة تستخدم لسحب المياه من المناجم إلى سطح الأرض، وتتألف من مرجل لتسخين الماء وتبخيره ثم تكثيف البخار لإيجاد خلخلة يستفاد منها في شفط المياه ورفعها، ولكن تلك الطريقة لم تكن تصلح إلا للأعماق الضحلة بما يتفق مع شروط الضغط الجوي في مكان المنجم ومقدار التخلخل المتولَّد. وفي عام 1712 اخترع الإنكليزي توماس نيوكومين Thomas Newcomen (1664-1729) آلة بخارية تعمل تحت الضغط الجوي لسحب المياه من المناجم، غير أنها كانت ضعيفة الأداء، ويتطلب تشغيلها تسخين البخار في أسطوانة ثم تبريدها؛ الأمر الذي كان يتسبب في توليد إجهادات حرارية فيها؛ إضافة إلى ضياع كبير في المردود الذي يعود إلى التسخين والتبريد المتكررين. وفي عام 1765 توصَّل جيمس واط James Watt إلى ابتكار جديد في هذا المضمار، فطوَّر المضخة باستخدام مكثِّفٍ منفصل، ونجح بعد ذلك مع شريك له يدعى بولتن Boulton في استخدامها كمحرك لضخ المياه من المناجم، واغتنم هذا الأخير الفرصة لاستخدام هذا المحرِّك في صناعات أخرى وداخل الأبنية والمصانع والمطاحن ومعامل النسيج.

2- المحرِّك البخاري steam engine:

هو محرِّك حراري ذو احتراقٍ خارجي، يحرق الوقود في مرجل يغلي فيه الماء ويتبخَّر، ثم يساق البخار المتولِّد تحت ضغط عالٍ إلى مكبس متحرِّك داخل أسطوانة محكمة، فيدفع البخار المكبس إلى نهاية الشوط، ثم يعود المكبس إلى نقطة البدء متأثراً بضغط البخار من خلفه بعد أن يقوم صمام خاص بعكس جهة ورود البخار إلى الأسطوانة، وهكذا دواليك.

تراوح استطاعة المحركات البخارية بين عددٍ قليلٍ من الواطات وحتى 18600 ميغا واط. وقد وصلت إلى ذروة مجدها خلال القرن التاسع عشر عندما استخدمت في تشغيل محطات الضخ، ووحدات الضواغط والتبريد، وإدارة آلات المصانع والمولدات الكهربائية. واستخدمت أيضاً في تسيير السفن الضخمة والقطارات. إن إمكانية تغيير سرعة هذا المحرِّك وعكس اتجاه دورانه ومرونته جعلت منه محركاً مرغوباً في معظم التطبيقات. ويتألف المحرك البخاري من أسطوانةٍ ومكبس مع أساور إحكام وذراع توصيل وذراع مرفقي لتحويل حركة المكبس الترددية إلى دائرية. وتقوم آلية خاصة بتوجيه البخار إلى الجانب المناسب من المكبس وتبديل ذلك بحسب اتجاه حركته (الشكل 3). يوجِّه الصمام (الشكل 4) البخار إلى الوجه الأيسر للمكبس عندما يكون في النهاية اليسرى للشوط، ويعكس ذلك عندما يكون المكبس في النهاية اليمنى للشوط ليكمل الذراع المرفقي دورةً كاملة.

الشكل (3) محرك بخاري

 

الشكل (4) مخطط الضغط في المحرك البخاري

3- الاستخدامات الحديثة للبخار في الصناعة:

يستخدم بخار الماء عالي النقاوة حالياً في عدة صناعات حديثة، مثل عمليات الأكسدة والتخمير وتنظيف السطوح المعدنية من الشحوم والزيوت والشوائب قبل عمليات المعالجة السطحية والطلاء، وفي تبريد الكثير من أجزاء الآلات الصناعية التي تعمل بالتماس مع المعادن أو المنتجات المرتفعة درجة الحرارة، وفي أكسدة طبقات رقائق السليكون المستخدمة في صناعة أنصاف النواقل، وتحسين قابلية البلّورات لالتقاط الضوء في الخلايا الضوئية، وفي عملية استخلاص الهدروجين من الإتانول والمركّبات البترولية؛ إضافة إلى استخدامه في كثير من الصناعات الهندسية والمعدنية.

4- توليد الكهرباء:

يستخدم بخار الماء في المحطات الحرارية ومحطات الطاقة الذرية (النووية) في توليد الكهرباء، حيث يسخَّن الصوديوم المصهور أو الماء المضغوط في مراجل ضخمة أو مفاعلات نووية، تنقل الطاقة الحرارية إلى ماء آخر عبر مبادلات حرارية فيتحول الأخير إلى بخار، يساق هذا البخار إلى عنفات بخارية تقوم بتدوير مولدات الطاقة الكهربائية. يبيِّن الشكل(5) صورة لمقطع عنفة بخارية.

 

الشكل (5) مقطع في عنفة بخارية

إن العنفة البخارية هي آلة لتحويل قدرة البخار الحرارية إلى قدرة ميكانيكية لإدارة منوبات توليد التيار المتناوب لتغذية المدن. وتتألف هذه الآلات من محور دوّار يثبَّت عليه شفرات مقطعها يشبه مقطع الجناح الحامل في الطائرات (الشكل 6) ويحمل الغلاف الذي تدور ضمنه أيضاً شفرات ثابتة تعيد توجيه البخار بعد مروره على الشفرات الدائرة.

 

الشكل (6) شفرة عنفة بخارية

أي أن البخار يمر على شفرات متحركة وأخرى ثابتة بالتبادل. وتتغذى هذه الآلات ببخار تبلغ درجة حرارته نحو 540°س، وضغط يبلغ 14 ميغاباسكال. ويسخن هذا البخار في أكثر من مرحلة، إذ يمرَّر على تجهيزات تحميص مركبة في أعلى المرجل أو المبادل الحراري لرفع درجة حرارته لتصبح مناسبةً لإدارة العنفة التي يمكن أن تصل استطاعتها إلى 1300 ميغا واط. وتراوح سرعة دورانها بين 4000 و10000 د/د بحسب حجمها. ويوجَّه البخار بعد خروجه من العنفة إلى مكثفات (أبراج تبريد لتحويله مجدداً إلى ماء) ليعاد إلى المرجل أو المبادل الحراري لإكمال دورة أخرى وهكذا. ويلحق بالعنفات البخارية الكثير من الأجهزة والمعدات التي تنظم ضغط البخار ودرجة حرارته وتدفقه، وتضيف إليه مواد مانعة للتكلس والصدأ وغيرها. وتتعرَّض أجزاء العنفات هذه إلى درجات حرارة وضغوط عالية بالإضافة إلى قوى كبيرة ناتجة عن سرعات الدوران العالية، لذلك فإنها تصنَّع من خلائط فولاذية عالية المقاومة، وتراعى في تصميمها أيضاً الاهتزازات التي تتعرَّض لها وظاهرة الرنين. وتزوَّد أيضاً بمدارج ومواد تزييت تتحمل درجات الحرارة العالية.

5- إقلاع الطائرات من على أسطح الحاملات:

تُجهز حاملات الطائرات بمكابس بخارية ضخمة (منجنيقات) مهمتها مساعدة الطائرات على الوصول إلى سرعتها الابتدائية اللازمة للإقلاع، وعلى كبح سرعتها عند الهبوط على المدرج. يظهر الشكل (7) رسماً تخطيطياً لمكبس البخار لمساعدة الطائرات على الإقلاع والهبوط.

 

الشكل (7) شكل تخطيطي لمكبس إقلاع الطائرات من على ظهر الحاملة

6- أعمال التنظيف المنزلي المختلفة وكي الملابس:

انتشرت حديثاً العديد من معدات التنظيف التي تعتمد على البخار في عملها في المنازل والفنادق والمطاعم والمستشفيات؛ إضافة إلى اعتماد جميع أعمال كي الملابس على البخار سواءً في المنزل أو لدى مؤسسات التنظيف والكي في المدن.

7- التجميل:

اهتم البشر منذ الأزل بموضوع التجميل، وزاد اهتمامهم به مؤخراً على نحو كبير؛ الأمر الذي ساعد على ظهور العديد من التجهيزات التي تعنى بالبشرة، ويعتمد عددٌ لا بأس به من هذه التجهيزات على البخار؛ ولاسيما تلك الأجهزة التي تقوم بتنظيف البشرة، أو المخصصة للتنحيف وتخفيف الوزن وزيادة النشاط، مثل حمامات البخار والساونا.

8- استخدام البخار في الصناعات الغذائية والدوائية

تعدّ الصناعات الغذائية والدوائية من أكثر الصناعات استخداماً لبخار الماء النظيف؛ نظراً لعلاقتها المباشرة بجسم الإنسان الأمر الذي يتطلَّب التعقيم والنظافة والخلو من الجراثيم، لذلك يستخدم بخار الماء المعالج والنقي ضمن منظومات نظيفة معقمة خاضعة للمراقبة والصيانة الدورية. يشكِّل بخار الماء أحد أهم مكونات الإنتاج في مصانع المعلبات والمحفوظات والعصائر وشرائح البطاطا ومصانع المنكهات وغيرها، وفي عمليات الخلط والفصل والتكرير.

تستخدم الصناعات الدوائية بخار الماء في تعقيم التجهيزات والمنتجات المعدّة لتعبئة الأدوية المختلفة باستثناء العبوات اللدائنية (البلاستيكية) التي تعقَّم بأكسيد الإتلين لعدم تحملها درجة حرارة بخار الماء.

ويتمتَّع بخار الماء بفاعلية كبيرة في التعقيم؛ إضافة إلى سهولة استخدامه وقلة تكلفته ومقدرته العالية على قتل البكتريا. ويستخدم طبياً في تعقيم أجهزة القثطرة والمحاقن، ودعامات الشرايين، ويعدُّ قاتلاً للجراثيم الأكثر فعاليةً لدرجة حرارته العالية؛ ولقدرته على تثبيط الجراثيم المسببة للأمراض، والبريونات شديدة المقاومة التي لا تستطيع طرائق التعقيم الأخرى تدميرها. وإن ما يزيد في رغبة الشركات في استخدام البخار هو انخفاض كلفة التعقيم به عن ثلث كلفة أي منظومة تعقيم أخرى بما فيها أكسيد الإتلين.

 

التصنيف : التقانات الصناعية
النوع : التقانات الصناعية
المجلد: المجلد الرابع
رقم الصفحة ضمن المجلد : 0
مشاركة :

اترك تعليقك



آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

هل تعلم ؟؟

عدد الزوار حاليا : 1027
الكل : 43823277
اليوم : 106672