گرمایش قیر در کارخانه های آسفالت با بخار؛ انتخاب مبدل و کنترل دما

 در کارخانه آسفالت، گرم نگه داشتن قیر فقط برای رسیدن به یک عدد مشخص روی دماسنج نیست. قیر باید در شرایطی قرار بگیرد که بتوان آن را به مخزن، پمپ و خط تولید منتقل کرد و در عین حال کیفیت ماده اولیه هم آسیب نبیند. اگر دما پایین بیاید، گرانروی قیر افزایش پیدا می کند و انتقال آن سخت تر می شود. اگر هم گرمایش بیش از اندازه باشد یا قیر برای مدت طولانی در دمای نامناسب بماند، احتمال افت کیفیت و افزایش هزینه بهره برداری وجود دارد.

به همین دلیل در طراحی سیستم گرمایش قیر باید نوع قیر، ظرفیت مخزن، دمای مورد نیاز، مدت زمان کارکرد و روش انتقال حرارت با هم بررسی شوند. بخار یکی از روش های قابل استفاده برای تامین گرمای مورد نیاز در واحدهای صنعتی است. با این حال، انتخاب تجهیز به این بستگی دارد که قرار است قیر داخل مخزن گرم شود یا گرما از طریق یک مدار واسط به آن برسد.

در این مقاله، موضوع را از دید بهره برداری کارخانه بررسی می کنیم؛ یعنی اینکه بخار کجا استفاده می شود، چه تفاوتی بین کویل مخزن و مبدل حرارتی وجود دارد و هنگام انتخاب تجهیز باید به چه نکاتی توجه کرد.

چرا کنترل دمای قیر در کارخانه آسفالت اهمیت دارد؟

قیر در دمای محیط معمولا گرانروی بالایی دارد. به همین خاطر برای ذخیره سازی، پمپاژ و انتقال آن به شرایط حرارتی مناسبی نیاز است. دمای مناسب برای هر نوع قیر یکسان نیست و باید بر اساس مشخصات ماده، الزامات تولید و دستورالعمل تامین کننده تعیین شود.

در عمل سه مسئله بیشتر از بقیه دردسر ایجاد می کند:

• پایین آمدن دما و سخت شدن انتقال قیر در لوله ها و پمپ

• گرم شدن غیریکنواخت مخزن و ایجاد اختلاف دما در بخش های مختلف

• مصرف بیش از نیاز انرژی به دلیل عایق کاری نامناسب یا کنترل ضعیف گرمایش

اگر سیستم گرمایش درست انتخاب نشده باشد، اپراتور ممکن است برای جبران افت دما مدت کارکرد بخار را افزایش دهد. این راهکار همیشه مشکل اصلی را حل نمی کند. گاهی مسئله از سطح انتقال حرارت کم است و گاهی هم عایق مخزن، مسیر لوله کشی یا کنترل تخلیه کندانس ایراد دارد.

بخار چگونه برای گرم کردن قیر استفاده می شود؟

بخار در تماس با سطح انتقال حرارت، هنگام چگالش انرژی آزاد می کند. این انرژی از دیواره فلزی عبور می کند و به سیال یا ماده ای که باید گرم شود می رسد. در یک سیستم مناسب، بخار و قیر نباید به شکل کنترل نشده با هم مخلوط شوند؛ انتقال گرما از طریق سطح فلزی انجام می شود.

برای گرمایش قیر دو آرایش کلی قابل بررسی است.

۱. کویل بخار داخل مخزن قیر

در این روش، بخار داخل لوله یا کویلی جریان پیدا می کند که درون مخزن نصب شده است. گرما از دیواره کویل به قیر منتقل می شود. این ساختار می تواند برای گرم نگه داشتن مخزن مناسب باشد، ولی سطح کویل، محل نصب، توزیع گرما و امکان تعمیر آن اهمیت زیادی دارد.

اگر بخشی از قیر اطراف کویل بیش از اندازه گرم شود یا گردش طبیعی ماده ضعیف باشد، دمای موضعی بالا می رود. بنابراین فقط بزرگ کردن کویل راه حل قطعی نیست. باید انتقال حرارت و شرایط واقعی مخزن با هم بررسی شوند.

۲. استفاده از مبدل حرارتی در مدار واسط

در بعضی سیستم ها، بخار ابتدا سیال واسطی مانند روغن حرارتی یا آب را گرم می کند و سپس این سیال در یک مدار جداگانه گرما را به تجهیز یا مخزن مورد نظر می رساند. انتخاب این روش به طراحی کل سیستم بستگی دارد و نباید آن را برای تمام کارخانه ها نسخه ثابت در نظر گرفت.

اگر در پروژه قرار است از مبدل پوسته و لوله استفاده شود، می توان مشخصات و ساختار آن را در دسته بندی مبدل حرارتی پوسته و لوله بررسی کرد. البته مناسب بودن این مدل برای پروژه قیر باید با توجه به سیال سمت سرد، دما، فشار، ظرفیت و نحوه سرویس مشخص شود.

کویل مخزن بهتر است یا مبدل حرارتی؟

پاسخ به این پرسش به وظیفه تجهیز بستگی دارد. کویل داخل مخزن گرما را در همان مخزن منتقل می کند. مبدل حرارتی معمولا برای انتقال انرژی بین دو جریان سیال یا بین بخار و یک سیال واسط استفاده می شود. این دو تجهیز همیشه جایگزین مستقیم یکدیگر نیستند.

این جدول یک مقایسه اولیه است، نه جایگزین طراحی. برای تصمیم نهایی باید مشخص شود قیر در مخزن فقط گرم نگه داشته می شود یا لازم است در مدت معینی از دمای اولیه به دمای هدف برسد.

برای انتخاب سیستم گرمایش قیر چه اطلاعاتی لازم است؟

پیش از سفارش تجهیز، چند داده باید روشن باشد. بدون این اطلاعات، اعلام ظرفیت و قیمت دقیق بیشتر به حدس شبیه است تا محاسبه مهندسی.

نوع قیر و شرایط کار: مشخصات قیر، دمای اولیه و دمای هدف باید معلوم باشد. دمای هدف را نباید صرفا از روی یک پروژه دیگر برداشت کرد.

مقدار قیر: جرم یا حجم قیر که باید گرم شود، زمان مجاز برای گرم شدن و میزان ورود و خروج ماده در طول کار روی ظرفیت مورد نیاز اثر می گذارند.

شرایط بخار: فشار بخار در محل مصرف، کیفیت بخار و وضعیت تخلیه کندانس باید بررسی شود. فشار اعلام شده روی دیگ بخار لزوما همان فشاری نیست که در ورودی تجهیز در دسترس است.

ساختار مخزن و عایق: ابعاد مخزن، جنس دیواره، سطح تماس با محیط، کیفیت عایق و دمای محیط روی اتلاف حرارت اثر دارند.

روش کنترل: نوع شیر کنترل، سنسور دما، محل اندازه گیری و روش جلوگیری از افزایش بیش از حد دما باید از ابتدا مشخص شوند.

اگر هدف، محاسبه دقیق سطح انتقال حرارت باشد، بهتر است بخش محاسبات در مقاله تخصصی طراحی و محاسبه مبدل حرارتی بخار به آب دنبال شود. توجه داشته باشید که محاسبه مدار قیر ممکن است به داده ها و خواص متفاوتی نیاز داشته باشد و نتایج یک مبدل آب به آب یا بخار به آب را نمی توان بدون بازبینی به قیر تعمیم داد.

محاسبه اولیه بار حرارتی گرمایش قیر

برای برآورد اولیه انرژی لازم جهت گرم کردن یک جرم مشخص از قیر، می توان از رابطه زیر استفاده کرد:

Q = m × Cp × (T2 - T1)

در این رابطه:

• Q انرژی مورد نیاز برای گرم کردن ماده است.

• m جرم قیر بر حسب کیلوگرم است.

• Cp گرمای ویژه قیر در شرایط مورد بررسی است.

• T1 دمای اولیه و T2 دمای نهایی مورد نظر است.

اگر قرار باشد این گرمایش در مدت مشخصی انجام شود، توان حرارتی متوسط از تقسیم انرژی بر زمان به دست می آید. در طراحی واقعی باید اتلاف حرارت مخزن و لوله ها، تغییرات خواص ماده با دما، شرایط راه اندازی و بازده انتقال حرارت نیز در نظر گرفته شود.

این رابطه به تنهایی ظرفیت نهایی مبدل را تعیین نمی کند. برای تعیین سطح انتقال حرارت، دمای بخار، وضعیت چگالش، ضریب انتقال حرارت کلی، رسوب احتمالی و اختلاف دمای موثر نیز باید محاسبه شوند.محاسبات طراحی مبدل حرارتی؛ از بار حرارتی تا سطح انتقال حرارت برای مطالعه تخصصی انتخاب نمایید.

چه عواملی باعث افت عملکرد گرمایش قیر می شوند؟

اگر سیستم در شروع کار مناسب باشد ولی بعد از مدتی زمان گرم شدن بیشتر شود، لازم است علت به شکل مرحله ای بررسی شود. بالا بردن فشار بخار بدون تشخیص علت ممکن است مشکل را حل نکند و حتی شرایط ایمنی را دشوارتر کند.

تخلیه نامناسب کندانس

وقتی بخار در کویل یا مبدل چگالیده می شود، کندانس باید به شکل درست تخلیه شود. عملکرد نامناسب تله بخار، برگشت فشار در خط کندانس یا طراحی نامناسب مسیر تخلیه می تواند بخشی از سطح انتقال حرارت را از عملکرد موثر خارج کند.

رسوب و آلودگی سطح انتقال حرارت

رسوب روی سطح فلزی مانند یک مقاومت اضافی عمل می کند. این موضوع انتقال گرما را کند می کند و ممکن است مصرف بخار را بالا ببرد. با این حال، نوع رسوب و روش تمیزکاری باید بر اساس شرایط واقعی تجهیز انتخاب شود؛ استفاده از مواد شیمیایی بدون بررسی جنس فلز و دستورالعمل سازنده توصیه نمی شود.

عایق کاری ضعیف مخزن و لوله ها

اگر عایق آسیب دیده باشد، بخشی از انرژی به محیط منتقل می شود و سیستم برای حفظ دمای قیر باید بیشتر کار کند. پیش از تغییر مبدل، وضعیت عایق، اتصالات و مسیر لوله کشی را بررسی کنید.

کنترل نامناسب دما

سنسوری که در محل نامناسب نصب شده باشد ممکن است دمای واقعی قیر را نشان ندهد. در نتیجه شیر بخار زودتر یا دیرتر از زمان لازم عمل می کند. بررسی محل سنسور، صحت کالیبراسیون و تنظیمات کنترل می تواند از نوسان دما جلوگیری کند.

اگر مشکل اصلی سیستم کاهش ظرفیت گرمایش است، مقاله افت ظرفیت مبدل حرارتی بخار؛ عیب یابی و روش رفع مشکل برای بررسی مرحله ای افت عملکرد موضوع مرتبط تری است.

جنس و ساخت تجهیز چه اهمیتی دارد؟

انتخاب جنس نباید فقط بر اساس این باشد که دما بالا است یا تجهیز با بخار کار می کند. جنس فلز باید با سیال تماس مستقیم، کیفیت آب، شرایط خوردگی، فشار طراحی و روش ساخت سازگار باشد. برای نمونه، انتخاب استیل یا فولاد کربنی باید با توجه به محیط کاری و الزامات فنی پروژه انجام شود.

در سیستم گرمایش قیر، موضوعاتی مانند تنش حرارتی، انبساط لوله، دسترسی برای تعمیرات، آب بندی اتصالات و امکان تخلیه ایمن نیز اهمیت دارند. برای تجهیز تحت فشار، طراحی و ساخت باید با استانداردها و الزامات قانونی قابل اعمال در محل پروژه مطابقت داشته باشد. اشاره به یک استاندارد به تنهایی به معنای تایید انطباق محصول نیست؛ مستندات طراحی و ساخت باید قابل بررسی باشند.برای مطالعه بیشتر وارد راهنمای انتخاب جنس مبدل حرارتی شوید.

قیمت سیستم گرمایش قیر با بخار به چه عواملی بستگی دارد؟

قیمت نهایی بدون مشخصات پروژه قابل اعلام دقیق نیست. مهم ترین عوامل عبارت اند از:

• ظرفیت گرمایشی مورد نیاز و زمان گرم شدن قیر

• نوع تجهیز؛ کویل مخزن یا مبدل مستقل

• فشار و دمای طراحی

• جنس قطعات در تماس با سیال و بخار

• ابعاد و سطح انتقال حرارت

• تجهیزات کنترلی، تله بخار و لوازم جانبی

• شرایط نصب، عایق کاری و دسترسی برای تعمیرات

هنگام استعلام قیمت، بهتر است مشخصات مخزن، مقدار قیر، دمای اولیه و هدف، فشار بخار موجود و زمان مورد نیاز برای گرم شدن را ارائه کنید. با این اطلاعات می توان راه حل ها را دقیق تر مقایسه کرد و از خرید تجهیزی که ظرفیت کافی ندارد یا بیش از نیاز طراحی شده است جلوگیری کرد.

برای بررسی گزینه های عمومی و شناخت ساختارهای قابل استفاده، مقاله کاربرد های صنعتی مبدل حرارتی بخار و نکات کلیدی طراحی و انتخاب را ببینید. آن مقاله برای شناخت دامنه کاربردها مناسب است؛ اما انتخاب سیستم قیر باید با داده های واقعی همین فرایند انجام شود.

آیا برای هر کارخانه آسفالت، مبدل بخار لازم است؟

خیر. انتخاب منبع گرما و روش انتقال آن به ظرفیت تولید، امکانات موجود، شرایط نگهداری، هزینه انرژی و الزامات ایمنی بستگی دارد. در برخی پروژه ها کویل مخزن کافی است؛ در برخی دیگر مدار واسط یا آرایش متفاوتی نیاز می شود. مهم این است که تجهیز بر اساس نیاز واقعی انتخاب شود، نه صرفا به دلیل رایج بودن یک مدل در کارخانه دیگر.

همچنین اگر کارخانه از قبل سیستم بخار دارد، باید ظرفیت آزاد دیگ، فشار در محل مصرف، امکان برگشت کندانس و همزمانی مصرف کننده ها بررسی شود. نصب یک مصرف کننده جدید بدون ارزیابی ظرفیت شبکه ممکن است باعث افت فشار یا اختلال در بخش های دیگر کارخانه شود.

برای سفارش یا طراحی سیستم گرمایش قیر چه کنیم؟

برای شروع بررسی فنی، این اطلاعات را آماده کنید:

1. حجم یا جرم قیر و مشخصات آن

2. دمای اولیه و دمای مورد نیاز

3. زمان مجاز برای رسیدن به دمای هدف

4. فشار بخار در محل نصب و ظرفیت تقریبی شبکه

5. مشخصات مخزن، عایق و وضعیت لوله کشی

6. اینکه هدف فقط نگهداری دما است یا گرم کردن قیر از دمای پایین

با دریافت این داده ها می توان بررسی کرد که کویل مخزن مناسب تر است یا مبدل حرارتی مستقل و چه ظرفیت و شرایط طراحی باید در نظر گرفته شود. اکسرلند می تواند در چارچوب توان طراحی و ساخت خود، اطلاعات پروژه را بررسی کند و راه حل متناسب با نیاز واقعی را پیشنهاد دهد.

سوالات متداول