روقتی اسم گرمایش صنایع فولاد و فلزات می آید بیشتر افراد یاد کوره و مشعل و دمای بسیار بالا می افتند. اما در یک کارخانه واقعی همه نیازهای حرارتی به کوره مربوط نیست.
در اطراف خط تولید مصرف کننده های زیادی وجود دارند که بدون شعله مستقیم به گرما نیاز دارند. حمام اسیدشویی و چربی گیری یکی از همین موارد است. روغن کوئنچ و روغن هیدرولیک تجهیزات نورد و پرس هم شرایط حرارتی مشخصی دارند. حتی آب شست و شو یا گرمایش بعضی سالن های صنعتی نیز به یک منبع حرارتی پایدار نیاز دارد.
اینجا انتخاب سیستم گرمایش صنعتی اهمیت پیدا می کند.
در گرمایش صنعتی می توان انواع راهکارهای مرتبط با دیگ و مبدل را دید. اما در پروژه واقعی انتخاب تجهیز باید از فرآیند شروع شود. یعنی ابتدا باید بدانیم چه چیزی قرار است گرم شود و چه دمایی لازم دارد و بعد تصمیم بگیریم بخار بهتر است یا روغن داغ یا آب گرم.
در یک کارخانه فلزی کجا به گرما نیاز داریم؟
یکی از کاربردهای رایج مربوط به اسیدشویی است. ورق یا قطعه فلزی قبل از بعضی مراحل پوشش دهی باید از زنگ و اکسید و آلودگی پاک شود. دمای حمام در این فرآیند اهمیت دارد و بسته به نوع فرآیند و ماده شیمیایی مورد استفاده تغییر می کند.
چربی گیری و بعضی فرآیندهای شست و شو نیز شرایط مشابهی دارند.
در این بخش معمولا گرما به صورت غیر مستقیم وارد فرآیند می شود. یعنی یک حامل حرارتی مانند بخار یا آب گرم در مدار حرکت می کند و از طریق کویل یا مبدل حرارتی انرژی خود را به سیال فرآیندی می دهد.
روغن ها نیز بخش مهم دیگری از این ماجرا هستند.
روغن کوئنچ باید در محدوده کاری مشخصی باقی بماند. روغن هیدرولیک تجهیزات پرس و نورد نیز در اثر کار مداوم گرم می شود و اگر دمای آن کنترل نشود روی عملکرد سیستم اثر می گذارد.
بنابراین وقتی درباره گرمایش صنایع فلزی صحبت می کنیم بهتر است فقط به تولید گرما فکر نکنیم. موضوع اصلی تولید و انتقال و کنترل گرما در نقطه مصرف است.
بخار چه زمانی انتخاب منطقی است؟
بخار یکی از قدیمی ترین و در عین حال کاربردی ترین حامل های حرارتی صنعت است.
دلیلش هم مشخص است. وقتی بخار در سطح سردتر چگال می شود مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می کند و می تواند حرارت را با سرعت مناسبی منتقل کند.
این ویژگی برای بعضی حمام های فرآیندی ارزش زیادی دارد. به همین دلیل در پروژه هایی که مصرف کننده به بخار نیاز دارد استفاده از دیگ بخار صنعتی قابل بررسی است.
اما یک اشتباه را زیاد می بینم.
بعضی وقت ها ظرفیت دیگ قبل از مشخص شدن مصرف واقعی انتخاب می شود. مثلا می گویند کارخانه چنین ظرفیتی دارد پس یک دیگ با فلان ظرفیت می خواهیم.
این روش طراحی نیست.
ابتدا باید مصرف کننده ها مشخص شوند. فشار مورد نیاز و الگوی مصرف و ساعات کار نیز باید مشخص باشد. بعد ظرفیت دیگ تعیین می شود.
موضوع مهم دیگر برگشت میعانات است. بخار بعد از انتقال حرارت تبدیل به آب داغ می شود و اگر این آب بدون برنامه از سیستم خارج شود هم انرژی از دست می رود و هم آب تصفیه شده هدر می رود.
در یک سیستم بخار خوب فقط خود دیگ مهم نیست. مسیر بخار و مصرف کننده و تله بخار و برگشت میعانات هم باید در کنار هم دیده شوند.
چه زمانی روغن داغ انتخاب بهتری است؟
هرچه دمای مورد نیاز بالا برود استفاده از بخار پیچیده تر می شود . برای رسیدن به دماهای بالا فشار بخار نیز افزایش پیدا می کند و این موضوع طراحی تجهیزات را سخت تر می کند.
اینجا مدار روغن حرارتی می تواند گزینه مناسبی باشد.
در فرآیندهایی که به دمای بالا و انتقال حرارت یکنواخت نیاز دارند استفاده از دیگ روغن داغ قابل بررسی است.
مزیت اصلی این سیستم این است که می توان در دمای بالا با فشار مدار نسبتا پایین کار کرد.
اما روغن داغ هم نیاز به طراحی دقیق دارد. دمای روغن باید در محدوده مجاز باقی بماند و گردش آن به درستی انجام شود. اگر روغن بیش از حد گرم شود یا مدت زیادی در شرایط نامناسب کار کند کیفیت آن تغییر می کند و می تواند باعث ایجاد رسوب و مشکل در مدار شود.
در بعضی کارخانه ها یک مدار روغن داغ به چند مصرف کننده متصل می شود. در این حالت مبدل حرارتی بین مدار اصلی و مصرف کننده ها نقش مهمی پیدا می کند.
آب گرم هنوز هم برای بسیاری از کارها کافی است
گاهی برای یک فرآیند ساده راهکار بیش از حد پیچیده انتخاب می شود.
اگر دمای مورد نیاز پایین باشد استفاده از آب گرم می تواند انتخاب منطقی تری باشد. گرمایش سالن و بعضی حمام های شست و شو و پیش گرم کردن سیالات از جمله مواردی هستند که می توان با آب گرم بررسی کرد.
در این شرایط دیگ آب گرم می تواند منبع حرارتی مدار باشد.
مزیت آب گرم فقط سادگی نیست. سیستم کنترل و نگهداری آن نیز در بسیاری از کاربردهای دمای پایین ساده تر از مدارهای بخار یا روغن حرارتی است.
اما این انتخاب یک محدودیت مشخص دارد. وقتی فرآیند به دمای بالاتر یا گرمای نهان بخار نیاز دارد دیگر آب گرم انتخاب مناسبی نیست و باید سراغ حامل دیگری رفت.
مبدل حرارتی در این میان چه نقشی دارد؟
در بسیاری از کارخانه ها قرار نیست حامل حرارتی مستقیما با سیال فرآیندی مخلوط شود.
فرض کنید یک مدار آب گرم دارید و در طرف دیگر یک حمام فرآیندی قرار دارد. مبدل حرارتی می تواند انرژی را از مدار آب گرم به سیال فرآیندی منتقل کند بدون اینکه این دو سیال با هم تماس داشته باشند.
این موضوع در صنایع فلزی اهمیت زیادی دارد چون سیالات مختلفی در کنار هم کار می کنند.
آب فرآیندی و روغن و سیالات شیمیایی و بخار هر کدام شرایط خاص خودشان را دارند. بنابراین مبدل باید بر اساس دما و فشار و دبی و جنس سیال انتخاب شود.
برای همین در طراحی مبدل حرارتی صنایع فلزی فقط سطح انتقال حرارت مطرح نیست. جنس قطعات و افت فشار و امکان سرویس و شرایط خوردگی هم باید بررسی شود.
بازیافت حرارت دود کجا به کار می آید؟
در هر سیستم احتراقی بخشی از انرژی همراه گازهای خروجی از دودکش خارج می شود.
در صورتی که دمای دود بالا باشد می توان بررسی کرد آیا بخشی از این انرژی قابل بازیافت است یا خیر.
یکی از روش ها استفاده از مبدل برای پیش گرم کردن آب تغذیه یا یک سیال دیگر است. این کار می تواند انرژی موجود در گاز خروجی را دوباره وارد فرآیند کند.
اما اینجا هم یک نکته مهم وجود دارد.
نباید فقط به این فکر کرد که دمای دود را هرچه بیشتر پایین بیاوریم. ترکیب گاز و نوع سوخت و نقطه شبنم و جنس تجهیزات باید بررسی شود. کاهش بیش از حد دما می تواند باعث ایجاد خوردگی در بخش های سرد مسیر دود شود.
برای بررسی این موضوع مبدل حرارتی برای دود و گازهای خروجی اطلاعات تخصصی تری در اختیار می گذارد.
آب تغذیه را در سیستم گرمایش دست کم نگیرید
یکی از مشکلاتی که در سیستم های حرارتی زیاد دیده می شود از خود دیگ شروع نمی شود. از آب شروع می شود.
اگر آب مناسب نباشد رسوب روی سطوح انتقال حرارت ایجاد می شود. با افزایش رسوب انتقال حرارت کاهش پیدا می کند و تجهیز برای رسیدن به همان شرایط باید انرژی بیشتری مصرف کند.
در کارخانه های فلزی این موضوع اهمیت بیشتری دارد چون معمولا چند مدار آب فرآیندی و خنک کاری همزمان وجود دارد.
بنابراین تصفیه آب نباید یک کار جانبی بعد از نصب دیگ باشد. کیفیت آب باید از مرحله طراحی بررسی شود.
در این زمینه مطلب تصفیه آب در صنایع فلزی و معدنی می تواند برای بررسی ارتباط کیفیت آب با تجهیزات حرارتی مفید باشد.
در صنایع فولاد و فلزات یک جواب واحد برای گرمایش وجود ندارد.
اگر فرآیند به بخار نیاز دارد دیگ بخار مطرح می شود. اگر دمای بالا با فشار پایین لازم باشد روغن حرارتی می تواند گزینه مناسبی باشد. برای دماهای پایین تر نیز آب گرم در بسیاری از پروژه ها راهکار ساده تری است.
مبدل حرارتی نیز جایی وارد می شود که باید انرژی بین دو مدار منتقل شود بدون اینکه خود سیالات با هم مخلوط شوند.
بنابراین انتخاب تجهیز باید بعد از شناخت فرآیند انجام شود. نه قبل از آن.
در یک پروژه صنعتی خوب ابتدا نیاز حرارتی مشخص می شود و بعد تجهیز مناسب برای پاسخ به آن نیاز طراحی یا انتخاب می شود.
روغن هیدرولیک چه زمانی نیاز به خنک کاری دارد؟
در تجهیزات هیدرولیک بخشی از انرژی به صورت گرما در روغن باقی می ماند.
وقتی دمای روغن بیش از محدوده کاری طراحی بالا برود ویسکوزیته تغییر می کند و عملکرد بعضی اجزای مدار نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. آب بندی ها و پمپ ها و شیرها نیز نسبت به شرایط دمایی حساس هستند.
برای همین در سیستم های پرس و نورد باید میزان گرمای تولید شده و ظرفیت خنک کن به صورت واقعی محاسبه شود.
در سیستم خنک کاری روغن هیدرولیک روش بررسی این مدار و نکات مهم طراحی آن توضیح داده شده است.
اگر محیط کارخانه گرد و غبار زیاد داشته باشد استفاده از خنک کن هوایی نیز می تواند قابل بررسی باشد. در این حالت آب خنک کننده حذف می شود و دفع حرارت توسط جریان هوا انجام می گیرد.
برای کاربردهای صنعتی بزرگ تر مبدل حرارتی هوا خنک یکی از گزینه هایی است که باید بر اساس بار حرارتی و شرایط محیط بررسی شود.
چه زمانی چیلر وارد سیستم حرارتی کارخانه می شود؟
بعضی تجهیزات صنعتی به مدار آب خنک با دمای کنترل شده نیاز دارند.
در این شرایط ممکن است استفاده از آب خنک کننده معمولی کافی نباشد و لازم باشد دمای آب در یک محدوده مشخص کنترل شود.
چیلر در چنین سیستم هایی وارد می شود.
در صنایع فولاد و فلزات می توان از چیلر برای بعضی مدارهای فرآیندی و تجهیزات خاص استفاده کرد. اما انتخاب آن باید با بار واقعی و دمای آب رفت و برگشت و شرایط محیط انجام شود.
جزئیات کاربرد چیلر در صنایع فولاد و فلزات را می توان جداگانه بررسی کرد.
یک نکته مهم این است که چیلر نباید فقط براساس ظرفیت نامی انتخاب شود. اگر بار واقعی خط متغیر است سیستم کنترل نیز باید متناسب با همین شرایط طراحی شود.
گرمایش سالن های بزرگ چرا همیشه ساده نیست؟
گرمایش یک سالن صنعتی با گرمایش یک ساختمان اداری تفاوت زیادی دارد.
سالن نورد یا ریخته گری ممکن است ارتفاع زیادی داشته باشد. هوای گرم نیز تمایل دارد به سمت بالا حرکت کند. اگر سیستم توزیع حرارت درست انتخاب نشده باشد ممکن است قسمت بالای سالن گرم شود اما محدوده کاری افراد همچنان سرد بماند.
در چنین شرایطی قبل از انتخاب تجهیز باید ارتفاع سالن و حجم فضا و بازشوها و نفوذ هوای سرد و محل فعالیت افراد بررسی شود.
گاهی مدار آب گرم و تجهیزات توزیع حرارت در نقاط مناسب راهکار بهتری است. گاهی نیز گرمایش موضعی برای بخش هایی که نیروی انسانی حضور ثابت دارد منطقی تر است.
بنابراین برای گرمایش سالن نمی توان فقط یک ظرفیت ثابت را از روی متراژ تعیین کرد.
مبدل پوسته و لوله یا مبدل صفحه ای برای گرمایش فولاد؟
این یکی از سوال هایی است که در پروژه های صنعتی زیاد مطرح می شود.
جواب آن به شرایط فرآیند بستگی دارد.
مبدل پوسته و لوله در بسیاری از کاربردهای صنعتی که فشار و دما بالاتر است یا سیال شرایط سخت تری دارد قابل بررسی است. در مقابل مبدل صفحه ای برای بسیاری از مدارهای تمیز و فشرده گزینه مناسبی است.
در صنایع فلزی باید آلودگی سیال را هم جدی گرفت.
اگر سیال حاوی ذرات باشد استفاده از صافی قبل از مبدل اهمیت پیدا می کند. این موضوع به خصوص در مبدل هایی که مسیر جریان باریک تری دارند مهم است.
برای بررسی ساختار و کاربرد مبدل حرارتی پوسته و لوله می توان شرایط دما و فشار و نوع سیال را در نظر گرفت.
در مدارهای تمیز نیز مبدل لوله ای می تواند از نظر ابعاد و انتقال حرارت گزینه قابل بررسی باشد.جهت ررسی دقیق تر میتواند صفحه مبدل حرارتی صفحه ای رو ببینید.
جنس مبدل را براساس ظاهر انتخاب نکنید
در صنایع فلزی موضوع خوردگی جدی است.
حمام های اسیدی و سیالات دارای کلراید و بعضی گازهای خروجی می توانند شرایط سختی برای متریال ایجاد کنند.
به همین دلیل انتخاب جنس مبدل فقط با توجه به قیمت اولیه کار درستی نیست.
قبل از سفارش باید نوع سیال و غلظت و دما و فشار و شرایط خوردگی مشخص باشد. ممکن است متریالی که در یک مدار آب معمولی عملکرد خوبی دارد برای یک مدار اسیدی مناسب نباشد.
در مورد انتخاب جنس مبدل حرارتی بهتر است قبل از سفارش تجهیز تصمیم گیری شود.
در پروژه صنعتی متریال بخشی از طراحی است. نباید آن را به مرحله خرید موکول کرد.
از روی افت فشار می توان به مشکل مبدل پی برد
مبدل حرارتی معمولا قبل از خرابی کامل علائم خودش را نشان می دهد.
یکی از این علائم تغییر افت فشار است.
اگر افت فشار دو طرف مبدل نسبت به شرایط اولیه افزایش پیدا کند احتمال گرفتگی یا تغییر شرایط جریان باید بررسی شود.
دمای خروجی نیز شاخص دیگری است. اگر دبی و شرایط ورودی ثابت باشد اما عملکرد حرارتی کاهش پیدا کند احتمال رسوب یا افت سطح موثر انتقال حرارت وجود دارد.
به همین دلیل ثبت اطلاعات روز اول راه اندازی ارزش زیادی دارد.
دمای ورودی و خروجی و فشار و دبی را ثبت کنید. بعدا همین اعداد می توانند مرجع عیب یابی باشند.
برای موضوع رسوب نیز پیشگیری از رسوب در مبدل بخار نکات کاربردی تری دارد.
یک محاسبه ساده قبل از انتخاب دیگ
فرض کنیم در یک فرآیند باید 500 کیلوگرم آب از 30 درجه به 80 درجه برسد.
رابطه اصلی به شکل زیر است:
Q = m × Cp × ΔT
اگر گرمای ویژه آب را حدود 4.18 کیلوژول بر کیلوگرم کلوین در نظر بگیریم انرژی مورد نیاز برابر است با:
500 × 4.18 × 50
یعنی حدود 104500 کیلوژول انرژی حرارتی.
این محاسبه فقط بار مفید فرآیند را نشان می دهد. برای انتخاب واقعی دیگ باید تلفات و راندمان و شرایط کار نیز در نظر گرفته شود.
این تفاوت بین «محاسبه بار» و «انتخاب تجهیز» است.
در پروژه صنعتی نمی توان فقط یک عدد ظرفیت از روی فرمول گرفت و همان عدد را به عنوان ظرفیت نهایی دیگ سفارش داد.
اشتباهاتی که در پروژه های حرارتی زیاد دیده می شود
یکی از اشتباهات انتخاب دیگ براساس بیشترین مصرف فرضی است.
اگر تجهیز بیش از نیاز واقعی انتخاب شود ممکن است بخش زیادی از زمان با بار پایین کار کند.
اشتباه دوم بی توجهی به برگشت میعانات است. بخار مصرف می شود اما آب داغی که حاصل چگالش است بدون استفاده از سیستم خارج می شود.
اشتباه بعدی انتخاب جنس مبدل بدون بررسی دقیق سیال است.
موضوع دیگر فضای سرویس است. مبدل یا دیگ باید طوری نصب شود که تعمیرکار بتواند در زمان سرویس به اجزای اصلی دسترسی داشته باشد.
در پروژه های صنعتی این نکته بسیار مهم است. تجهیزی که برای تعمیر کردن مجبور شوید بخشی از خط تولید را باز کنید از همان ابتدا طراحی مناسبی نداشته است.
راه اندازی مهم تر از چیزی است که روی نقشه دیده می شود
بسیاری از مشکلات سیستم حرارتی در همان روزهای اول راه اندازی مشخص می شوند.
دما نباید ناگهان بالا برده شود. هوا باید از مسیرهای لازم خارج شود و شرایط جریان باید کنترل شود.
در مدار روغن داغ نیز وجود رطوبت اهمیت زیادی دارد. قبل از رسیدن روغن به دمای بالا باید شرایط مدار بررسی شود.
مهم تر از همه ثبت اطلاعات اولیه است.
دمای ورودی و خروجی و فشار و جریان را ثبت کنید. اگر چند ماه بعد عملکرد سیستم تغییر کرد همین اطلاعات می توانند به شما بگویند مشکل از کجا شروع شده است.
وقتی گاز قطع می شود چه اتفاقی برای خط تولید می افتد؟
در کارخانه ای که فرآیند حرارتی دارد تامین سوخت موضوع مهمی است.
اگر توقف خط تولید به دلیل قطع گاز هزینه بالایی ایجاد می کند باید امکان استفاده از سوخت جایگزین از مرحله طراحی بررسی شود.
در چنین شرایطی دیگ دوگانه سوز می تواند یکی از گزینه های قابل ارزیابی باشد.
البته صرفا دوگانه سوز بودن دیگ کافی نیست. ظرفیت واقعی و نوع سوخت جایگزین و سیستم مشعل و ذخیره سازی سوخت و شرایط بهره برداری باید در کنار هم بررسی شوند.
قبل از خرید تجهیزات گرمایش صنعتی چه اطلاعاتی آماده کنیم؟
قبل از اینکه از چند سازنده قیمت بگیرید اطلاعات فرآیند را آماده کنید.
حداقل باید مشخص باشد چه سیالی گرم می شود و دمای ورود و خروج آن چقدر است و دبی آن چه مقدار است.
برای مبدل فشار کاری و افت فشار مجاز و جنس سیال نیز اهمیت دارد.
برای دیگ باید نوع حامل حرارتی و ظرفیت مورد نیاز و فشار یا دمای کاری و نوع سوخت مشخص باشد.
بعد از آن می توان برای خرید و قیمت تجهیزات گرمایش صنعتی درخواست فنی ارسال کرد.
درخواست قیمت بدون اطلاعات فرآیند معمولا باعث می شود پیشنهادهای دریافتی قابل مقایسه نباشند.
مصرف بخار را قبل از خرید دیگ بزرگ تر بررسی کنید
گاهی مشکل کمبود بخار نیست. مشکل هدر رفتن بخار است.
در یک بازدید فنی بهتر است ابتدا ترپ های بخار بررسی شوند. بعد عایق لوله ها و شیرها بررسی شود. مسیر برگشت میعانات نیز باید مشخص باشد.
اگر فشار مصرف کننده بیشتر از نیاز واقعی باشد این موضوع هم ارزش بررسی دارد.
این کارها ممکن است هزینه بسیار کمتری از خرید دیگ جدید داشته باشند.
در واقع قبل از اینکه ظرفیت تولید حرارت را بالا ببریم باید مطمئن شویم حرارت فعلی در مسیر هدر نمی رود.
برای بررسی دقیق تر این موضوع طراحی بهینه مبدل بخار صنعتی می تواند مفید باشد.
قبل از سفارش دیگ و مبدل چه مدارکی بخواهیم؟
برای یک تجهیز صنعتی فقط قیمت نهایی را مقایسه نکنید.
از سازنده بخواهید محاسبات اصلی و نقشه ساخت و مشخصات متریال و مدارک تست متناسب با تجهیز را ارائه کند.
برای دیگ موضوع تست فشار و تجهیزات ایمنی و کنترل سطح و سیستم مشعل اهمیت دارد.
برای مبدل نیز محاسبات حرارتی و افت فشار و متریال و شرایط طراحی باید مشخص باشد.
هر چه اطلاعات فنی قبل از سفارش کامل تر باشد احتمال اختلاف بین تجهیز خریداری شده و نیاز واقعی خط کمتر می شود.
