تله بخار در حد فاصل بین سیستم بخار و کندانس بوده و با حفظ بخار، قسمت توزیع انرژی را حفظ نموده و در زمان مناسب کندانس و سایر گازها را تخلیه می کند. در واقع تله بخار نوعی شیر اتوماتیک است که میعانات (یعنی بخار متراکم شده) و گازهای غیر قابل تراکم مانند هوا را بدون خروج بخار فیلتر میکند.
کندانس زمانی بوجود میاید که بخار پرفشار داغ با جداره‌های سردتر لوله تماس یافته و کاهش دما به حدی باشد که موجب چگالش یا تغییر حالت از گاز به مایع شود. سیستم تله بخار بگونه ای است که تنها به آب کندانسه اجازه برگشت به سمت دیگ بخار را می دهند.
وجود کندانسه در خطوط بخار مشکلات زیادی مانند خورده شدن بیش از حد شیرها و اتصالات سوراخ شدن جداره‌های لوله‌ها، زانویی ها و ارتعاش خط لوله را بوجود می آورد. تله بخارها همچنین هوا و سایر گازهای چگالیده نشده را تخلیه میکنند. هوا یا سایر گازها انتقال حرارت در سیستم را کاهش داده و منجر به خوردگی داخل سیستم می شوند.
لزوم نصب تله بخار
تله بخار باید چگالیده ای را که حین تحویل گرمای بخار به فرایند حاصل می شود، گرد اوری کند زیرا در غیر اینصورت مبدل حرارتی با چگالیده پر شده و نرخ تبدیل حرارتی کاهش می یابد. چگالیده باعث اسیب به مبدل حرارتی می شود؛ گاهی اسیب ها سریعا و همراه با لرزش و صدا است، گاهی هم باعث پدیده چکش بخار می شود که به لوله‌های مبدل حرارتی صدمه می رساند.
در صورت نبود تله بخار و مانع نشدن از نشت بخار چنانچه نشتی زیاد باشد میتواند چگالیده را به نقطه ای برساند که باعث پدیده کاویتاسیون در پمپ شود. در صورت خارج نشدن هوا و سایر گازها بخار نمیتواند تمام سیستم را پر کند و علاوه بر این گازهای موجود می‌توانند به صورت عایق عمل کرده و نرخ انتقال گرما را کاهش دهند و یا در چگالیده باقی مانده حل شده باعث خوردگی شوند.
ملاحظات انتخاب تله بخار
- فشار سیستم
- فشار برگشتی
- اختلاف فشار
- حداکثر کندانس
- کنترل دما
- جنس اتصالات
- هواگیر
- بخار فلاش
- ضربه چکش
برخی از مهمترین موارد تاثیرگذار بر انتخاب بهترین مدل تله بخار در ادامه تشریح خواهد شد. با ما همراه باشید.
استفاده از تله بخار در هواگیری
در همان راه اندازی اولیه یعنی شروع فرآیند، فضای سیستم بخار پر از هوا بوده که موجب کاهش انتقال حرارت و افزایش زمان راه اندازی می شود و باید بتوان حتی المقدور قبل از مخلوط شدن هوا با بخار ورودی آن را تخلیه کرده و به محل امن هدایت نمود. در صورت مخلوط شدن بخار با هوا، تنها راه جدا کردن آن کندانس مجدد بخار است. نصب شیرهای هواگیر کمک مؤثری در این راه است ولی تله‌های بخار نیز باید قادر به تخلیه هوا باشند.
بدین منظور، تله‌های بخار ترموستاتیک بر انواع دیگر ارجح هستند، زیرا در این شرایط (زمان راه اندازی و سرد بودن سیستم کاملا باز هستند) تله‌های بخار فلوتری با شیر هواگیر داخلی نوع ترموستاتیک کاملا مناسب و مفید بوده و بسیاری از تله‌های نوع ترمودینامیکی نیز تا اندازه ای هوا را تخلیه می کنند.
میزان برداشت کندانس
بعد از تخلیه هوا، تله بخار باید کندانس را بدون اجازه عبور بخار خارج نماید زیرا نشتی بخار غیر اقتصادی و مضر خواهد بود، در صورت نیاز به حداکثر انتقال حرارت تله بخار باید کندانس را به محض تشکیل و در دمای بخار تخلیه کند. باقی ماندن آب در سیستم بخار یکی از عواقب اخلال در عملکرد تله‌های بخار است.
قبل از انتخاب تله بخار لازم است که احتیاجات فرآیند بررسی شود و سپس نوع مناسب تعیین و بعد از آن نوع تله بخار و اندازه آن مشخص شود که تابع فاکتورهایی از قبیل موارد ذیل است:
- حداکثر فشار بخار و کندانس
- فشار کاری بخار و کندانس
- دما و مقدار جریان
- نحوه کنترل دمای فرآیند
- قابلیت اطمینان
تجربه نشان می دهد که آب گیری (Trapping) مناسب از سیستم بخار به منزله قابلیت اطمینان و یا در واقع عملکرد بهینه سیستم با حداقل مراقبت میباشد. موارد ذیل به همراه عدم آبگیری نامناسب از سیستم بخار، نامطمئن بودن سیستم را تشدید می نماید.
- خوردگی بعلت شرایط نامناسب کندانس که با استفاده از مواد مناسب و نیز ایجاد شرایط مطلوب در آب تغذیه قابل تقلیل است.
- ضربه چکش که غالبا بعلت افزایش فشار و یا ارتفاع خط کندانس خروجی از تله بخار روی می دهد.
- آلودگی در اثر نفوذ مواد شیمیائی و کف از داخل دیگ به سیستم بخار و کندانس.
انواع تله بخار
بطور کلی طبق استاندارد (ISO 6704: 1982) تله‌های بخار به سه دسته عمده تقسیم بندی میشوند:
- تله‌های بخار ترموستاتیک (توسط تغییر دمای سیال کار می نماید)
دمای بخار اشباع با توجه به فشار آن تعیین میشود در فضای تبادل حرارت بخار انرژی خود را به فرآیند منتقل کرده و در دمای بخار به آب تبدیل میشود و در صورت تبادل حرارت بیشتر دمای کندانس پایین تر خواهد آمد. تله بخار ترموستاتیک در صورت تقلیل دما به اندازه کافی، کندانس را تخلیه میکند و با رسیدن بخار به تله دما افزایش پیدا کرده و تله بسته می شود. - تله‌های بخار مکانیکی (توسط قطعه تشخیص دانسیته سیال کار می کنند)
این نوع تله‌های بخار با احساس تفاوت چگالی بین بخار و کندانس عمل میکنند. تله‌های بخار نوع Inverted Bucket و Ball Float جزء این دسته میباشند و با بالا و پایین رفتن توپی یا سطل وارونه شیر خروجی تله بخار را باز و بسته می کنند. - تله‌های بخار ترمودینامیک (توسط تغییر دینامیک سیال. عمل می کنند)
تله‌های بخار ترمودینامیکی با استفاده از فلاش کندانس به بخار در یک لحظه و سرعت عبور جریان عمل مینمایند.
تله بخار ترموستاتیک
اساس كار این تله‌های بخار، تغییرات دمای سیال می باشد. دمای بخار اشباع به فشارش وابسته می باشد. در فضای بخار (قسمت بالای تله بخار كه مخصوص جمع شدن بخار است،) آنتالپی نهان تبخیر بخار به محیط داده شده و آب مقطر در دمای بخار (دمای اشباع) تولید می شود. به دلیل اتلافات حرارتی، ممكن است دمای آب مقطر كاهش یافته و به پایین تر از دمای اشباع برسد. هنگامی كه تله بخار ترموستاتیكی این كاهش دما را احساس كرد باز شده و آب مقطر را از خود عبور می دهد.
هنگامی كه بخار به تله بخار میرسد، دما افزایش یافته و تله بخار بسته می شود. تله‌های بخار ترموستاتیك از اختلاف دما به منظور تشخیص بخـار و آب مقطـر استفاده می نمایند. بنابراین از این اختلاف برای باز و بسته نمودن شیر استفاده می شود. در این نوع تله‌های بخار تحت شرایط عملیاتی نرمال، آب مقطر قبل از تخلیه شدن تا زیر دمای بخار (دمای اشباع) سرد می شود.
این مدل از تله‌های بخار به سه مدل توازن فشاری، مایع انبساطی و بی متال تقسیم بندی می شود که در ادامه به معرفی آنها و مزایا و معایب هر یک پرداخته ایم.
تله بخار توازن فشاری
در زمان راه اندازی سیستم، كندانس و هوای سرد وارد تله بخار می شوند. با توجه به سرد بودن كپسول و جمع شدن آن شیر، نشیمنگاه خود را دور میکند و به طور گسترده ای باز می شود. به طوری که هوا را بدون محدودیت خارج میکند. این ویژگی تمام استیم ترپ‌های بر مبنای توازن فشار است و توضیح می دهد که چرا این تله‌ها برای تهویه هوا مناسب می باشند.
با افزایش دمای كندانس تا نزدیكی دمای بخار، كپسول نیز گرم می شود، مایع كپسول بجوش آمده و بخار حاصل كپسول را متورم نموده و شیر و گوی اصلی را به سمت شیر خروجی فشار می دهد. در نتیجه قبل از خروج بخار، تله بخار كاملأ بسته می شود.
مزایای تله بخار توازن فشاری
- قابل استفاده در محدوده فشار وسیع
- كاهش بخار فلاش
- مقاومت در برابر سوپر هیت و ضربه چكش
- كوچك و سبك
- باز بودن کامل تله در زمان راه اندازی و تخلیه کامل هوا و کندانس
- نگهداری ساده داشته و کپسول و سیت در عرض چند دقیقه تعویض میشود.
معایب تله بخار توازن فشاری
- در صورت استفاده در خطوط اصلی و یا مبدل های حرارتی، زمان لازم جهت سرد شدن تا تخلیه کندانس ممکن است باعث ماندن کندانس در خط بخار شود.
- اختلاف دمای کاری تله بخار زیر دمای اشباع به غلظت محلول اب و الکل داخل کپسول بستگی دارد و ضخامت نازک دیواره کپسول موجب عکس العمل سریع تله به تغییرات دما می گردد.
تله بخار مایع انبساطی
این نوع “استیم ترپ” دارای اِلمان پر از روغنی است که پس از گرم شدن و انبساط شیر خروجی تله را می بندد. با تنظیم آن می توان دمای خروجی را بین 60 الی 100 درجه سانتیگراد تغییر داد. این نوع تله بعلت دمای ثابت تخلیه می تواند جهت تخلیه کندانس سیستم در حال خاموشی استفاده شود.
مزایای تله بخار مایع انبساطی
- با توجه به قابلیت استفاده جهت دماهای پایین، ویژگی کندانس سرد مناسبی را داراست.
- تخلیه هوای خوب به همراه تخلیه کندانس
- قابل استفاده در خطوط انتقال بخار سوپرهیت کم فشار
معایب تله بخار مایع انبساطی
- المان قابل انعطاف داخلی در اثر تماس با کندانس خورده و یا بخار سوپرهیت صدمه پذیر است.
- عدم تخلیه سریع کندانس از سیستم
- امکان انجماد تله بخار در زمان خاموشی سیستم
تله بخار بی متال
این نوع تله بخار با استفاده از دو فلز متفاوت که به یکدیگر متصل شده اند عمل می کند. اِلمان فوق در صورت گرم شدن تغییر شکل داده و انحناء پیدا میکند. عملکرد اِلمان و تله در دمای ثابتی انجام شده و بنابراین قابل استفاده در سیستم‌های دما و فشار متغیر نیست.
مزایای تله بخار بی متال
- عملكرد شیر اصلی به عنوان شیر یكطرفه
- کوچک و با ظرفیت تخلیه نسبتا بالا
- در برابر انجماد کاملا مقاوم
- از بخار فلاش خروجی کاسته و در نتیجه از ازدیاد فشار احتمالی در خط کندانس جلوگیری میکند
- تعمیر و نگهداری اسان
- تخلیه هوا و کندانس سریع خصوصا در زمان راه اندازی
معایب تله بخار بی متال
- در صورت نصب این مدل “استیم ترپ” در فاصله کمتر از 1 متری سیستم عمل نمی کند.
- بعلت سرعت داخلی کم، توسط مواد خارجی داخل کندانس مسدود و گرفته می شود.
- نصب لوله خنك سازی طولانی
تله بخار مکانیکی
عملکرد این مدل تله بخار به تفاوت دانسیته بین بخار و چگالیده متکی است. اصلی ترین دلیل انتخاب آن نیز این است که حجم زیادی از مایعات را می تواند از خود عبور دهد. مدلهای مختلف آن عبارتند از:
تله بخار فلوتری (توپی)
این نوع تله بخار بر اساس اختلاف چگالی بین بخار و کندانس عمل میکند. در زمان راه اندازی سیستم، شیر ترموستاتیك هوا گیر باز شده و هوا را تخلیه می نماید. با ورود كندانس به تله بخار،شناور به سمت بالا حركت كرده و اهرم متصل به آن شیر اصلی را باز می كند(كندانس داغ شیر هواگیر راخواهد بست). ورود بخار موجب پائین افتادن توپ شناور و بسته شدن شیر اصلی می شود.
مزایای تله بخار فلوتری
- قابل استفاده در شرایط فشار متغیر ورودی
- تخلیه هوای مطلوب
- تخلیه کندانس بصورت پیوسته و در دمای بخار انجام می شود و بنابراین اولین انتخاب در کاربردهایی است دارای نرخ انتقال حرارت بالا و حجم کندانس نسبتا زیاد می باشد.
- در برابر ضربه چکش تا اندازه زیادی مقاوم
- در کاربردهایی که امکان گیر افتادن بخار وجود دارد استفاده از تله بخار فلوتری دارای شیر ازاد کننده بخار تنها نوع مناسب در بین تمامی تله‌هاست.
معایب تله بخار فلوتری
- در زمان خاموشی امکان انجماد و صدمه به قسمت شناور وجود دارد باید از عایق مخصوص به موازات از تله بخار ترموستاتیک استفاده نمود.
- همانند تمام تله بخارهای مکانیکی نوع و اندازه قطعات داخلی با توجه به محدوده فشارکاری متفاوت می باشد.
تله بخار سطلی
این تله بخار بر اساس اختلاف چگالی بخار و آب کار میکند. تله بخار دارای سطل فلزی وارونه ای است که در قسمت فوقانی خود دارای اهرم و شیر می باشد. افزایش حجم آب منجربه غوطه ور شدن و پایین امدن سطل واژگون و باز شدن سوپاپ می شود هوا و گازهای غیر قابل تقطیر به خط برگشت راه می یابند.
سوپاپ در حالت بسته فشار سطل بالا را به سمت بالا حرکت داده و موجب انسداد سوپاپ شده است در عین حال هوا و گاز های غیر قال تقطیر از طریق منفذ هواگیر سطل به بخش فوقانی تله راه می یابد. سوپاپ در حالت بسته بخار جمع شده در تله را به تدریج سرد و حجم اب را بیشتر می کند.
مزایای تله بخار سطلی
- قابل استفاده در فشار های بالاتری نسبت به تله بخار فلوتری
- در صورت استفاده از شیر یکطرفه در ورودی تله بخار میتواند در سوپرهیت هم استفاده شود.
- خرابی این تله بخار بصورت نشتی بوده و بنابراین در کاربرد هایی مانند توربین بخار که این خاصیت را نیاز است ایمن تر است.
معایب تله بخار سطلی
- تخلیه هوا به صورت آرام صورت میگیرد.
- در صورت نبود آب اطراف سطل امکان نشتی بخار وجود دارد.
- در مواردی که تغییرات ناگهانی فشار وجود دارد باید از شیر یکطرفه در خروجی استفاده کرد تا از جریان معکوس و برگشت کندانس جلوگیری شود.
- امکان انجماد و صدمه به اجزای داخلی وجود دارد.
تله بخار ترمودینامیکی
این نوع تله بخار بسیار مستحکم بوده وعملکرد ساده ای دارد. میزان باز و بسته شدن تله بخار به دمای بخار و شرایط محیط بستگی دارد.
هنگام راه اندازی سیستم،فشار ورودی دیسك را به سمت بالا هدایت می نماید، کندانس سرد ورودی به همراه هوا تخلیه می شود و عبور کندانس داغ و در دمای بخار موجب تشکیل بخار فلاش می شود. سرعت زیاد جریان موجب کاهش فشار زیر دیسك شده و آنرا به سمت پائین می کشد. بخار فلاش جمع شده در محفظه بالائی، دیسك را به سمت پائین و در برابر جریان ورودی فشار داده و تله بخار را بسته نگاه می دارد.
دیسك روی رینگ مربوط به سیت داخلی نشسته و مسیر ورودی رامی بندد. دیسك همچنین روی رینگ خارجی نیز قرار گرفته و فشار داخل محفظه را حفظ می نماید در نتیجه خنك شدن تله بخار، فشار داخل محفظه فوقانی از بین رفته و بخار فلاش تبدیل به کندانس میگردد و در نتیجه دیسك آزاد می شود. سیکل فوق مجددأ تکرار شده و کندانس از داخل تله بخار عبور می نماید.
مزایای تله بخار ترمودینامیکی
- كار در محدوده فشار وسیع
- كوچك و سبك
- تحمل انجماد ضربه چكش و ساختمان صد در صد استیلن استیل آنها مقاومت زیادی در برابر خوردگی ایجاد میکند.
- تعمیرات و نگهداری راحت و بدون نیاز به جدا کردن تله بخار
- صدای کلیک در هنگام کار تله بخار نشان دهنده باز و بسته شدن آن است تست این نوع تله بخار ها آسان است.
معایب تله بخار ترمودینامیکی
- این تله بخارها در شرایط اختلاف فشار کم بدرستی کار نمی‌کند زیرا سرعت عبور جریان جهت ایجاد ناحیه کم فشار کافی نیست.
- در زمان راه اندازی در صورت افزایش فشار سریع، سرعت زیاد هوا باعث بسته شدن دیسک و محبوس شدن هوا می شود. باید شیر هوا گیر ترموستاتیک مجزا به صورت موازی با تله بخار نصب شود.
- تخلیه تله بخار با صدا همراه است در این صورت با نصب دیفیوز مخصوص صداگیر می‌توان صدا را تا اندازه ای کاهش داد.
محل های نصب تله بخار
- خروجی مبدل های حرارتی و تجهیزاتی که از بخار به عنوان عامل انتقال حرارت استفاده می شود مثل: منابع ابگرم مصرفی، کویل مسی و یا رادیاتور های بخار…
- ورودی شیر های تقلیل فشار و شیر های کنترل دما به منظور جلوگیری از ورورد چگالیده و سرعت بالا به داخل شیر
- انتهای خطوط توزیع بخار
- کلکتور های اصلی توزیع بخار
- خروجی خطوط tracer
- پایین ترین نقطه رایزر های بخار و حلقه‌های انبساط
- خروجی جداکننده‌های موجود در خطوط بخار
علل از کار افتادن تله‌های بخار
- فرسایش و خوردگی طبیعی دراثر کارکرد تله بخار
- وجود ذرات و مواد خارجی در سیستم بخار که منجر به گرفتگی تله بخار می شوند.
- تعمیرات و نگهداری نامناسب صافی ها
- کندانس اسیدی ممکن است به خوردگی تله بخار منجر شود.
- ضربه چکش
- انجماد
- مدل و یا اندازه نادرست
- نصب نادرست
- تعمیرات نادرست
روشهای تست تله بخار
تست بصری تله بخار
در این روش شخص با مشاهده تخلیه بخار، صحت کارکرد تله بخار را ارزیابی می نماید. برای این منظور اگر مشاهده کندانس خروجی به علت متصل بودن خروجی تله به خط کندانس میسر نباشد، ممکن است یک شیر بلافاصله بعد از تله بخار و قبل از شیر قطع خروجی نصب شود که شخص با باز کردن آن و مشاهده چگونگی تخلیه کندانس کار کرد تله بخار را بررسی نماید.
روش دیگر این است که در خروجی تله بخار، یک شیشه رؤیت نصب شود تا خروجی تله بخار قابل رؤیت باشد. این روش برای بررسی تله بخارهایی که کار کرد سیکلی باز و بسته دارند مانند تله‌های سطلی معکوس و تله‌های ترمودینامیک مناسب می باشد.
تست تله بخار به روش دمایی
این روش دارای دقت بالا بوده ولیکن دارای محدودیت هایی است که اگر بخار یا کندانس در یک دمای اشباع در کنار یکدیگر قرار داشته باشند که به تنهایی این روش را غیر عملی می سازد. سطح لوله ممکن است بسیار سردتر از داخل آن باشد درحالیکه نشتی بخار موجب افزایش زیاد دمای خط کندانس نمی گردد و تنها باعث تبخیر کندانس داخل خط برگشت می شود. روش های دمائی معمولأ فقط جهت مشخص نمودن تله‌های بخار بسته، مناسب هستند.
تست تله بخار به روش صوتی
باید دستگاه تست تله بخار مورد شنود قرار گیرد و عیب آن ارزیابی شود.
محدودیت های این روش عبارت است از:
- صدا موجود در لوله‌ها و یا شیر آلات مجاور موجب ایجاد خطا در نتیجه گیری می شود.
- مشکل دسترسی به تله بخار
یگی از روش های مدرن از تجهیزات صوتی استفاده از دستگاه‌های اولتراسونیک است که صدای اولتراسونیک خروجی از تله بخار را تشخیص می دهد ولی احتیاج به تجربه بالای اوپراتور خصوصا در فشار های بالا را دارد.