کنترل سطح آب در دیگ بخار

وسایلی جهت کنترل سطح آب در دیگ بخار، مخازن تحت فشار و یا اتمسفریک بوده که دارای انواع گوناگونی میباشند که در ادامه مطلب توضیح بیشتر داده می شود.
بخار به دو طریق تولید می گردد

1.  توسط احتراق سوخت در یک کوره .
2. بوسیله یک مبدل انتقال حرارت که باعث تبخیر آب و تولید بخار تحت فشار می شود.

در هر دیگ بخار محدوده مشخصی از سطح آب و ارتفاع مناسب آن تعیین می گردد تا بخار با فشار مطلوب تولید شود.حفظ سطح مناسب آب در دیگ از موارد حائز اهمیت است زیرا پایین بودن بیش از حد و یا بالا بودن بیش از حد اثرات نامطلوب بر دیگ و سیستم وارد می کند.

نکات سازندگان دیگ بخار

سازندگان دیگ های بخار محدوده صحیح سطح دیگ را طوری انتخاب می کنند که بخار تولید شده دارای فضای قابل قبول در ارتفاع معینی در بالای سطح نرمال آب باشد. واضح است که در حین کار دیگ همچنان که بخار تولید می شود باید آب مورد نیاز دیگ تامین گردد تا تعادل درتبدیل آب به بخاربرقرار شده و سطح آب در حد مناسبی نگه داشته شود. ضمنا ایمنی دیگ بسیار مهمتر است؛ در صورتی که دیگ با میزان نامناسبی آب کار کند، خسارات شدیدی به بار خواهد آورد و احتمال انفجار نیز وجود خواهد داشت و به همین دلیل کنترل موارد زیر نیاز می باشد

• بررسی کنترل سطح آب در محدوده مجاز
• در صورتی که سطح آب به کمترین مقدار تعیین شده برسد باید از اتخاذ تدابیر ویژه مثلا خاموش کردن دیگ از خطر جلوگیری نمود
•  داشتن یک نمایشگر خارجی سطح آب به منظور تست دیداری سیستم های کنترلی
  

نمایش سطح آب در دیگ بخار

نمایش سطح آب در اکثر دیگ ها قابل انجام می باشد بجز دیگ هایOnce through یا کوئلی که دارای drum نمی باشند و در آنها میزان سطح آب توسط مقایسه دمای بخار خروجی انجام می گیردو زمانی که دمای بخار خروجی بیشتر از مقداراز پیش تعیین شده گردید به منزله پایین رفتن سطح آب و کم بودن میزان آب ورودی به دیگ می باشد.البته در بیشتر موارد یک درجه یا پیمانه شیشه ای را قید می کنند.

ترتیب قرار گرفتن این پیمانه ها باید طوری باشد که در صورت نشتی خطری برای اپراتور ها نداشته باشد.بیشترین حالت مورد استفاده در حفاظت و جلوگیری از خطرات احتمالی نصب حفاظ شیشه ای در جلو و اطراف پیمانه شیشه ای می باشد. در دیگ های بخار فشار بالا ای گیج از مواد ششه ای کریستالی یا کاملا تخت ساخته می شود.

تعیین مقدار سطح آب در دیگ بخار

نعیین سطح در دیگ بخار به طور دقیق امکان پذیر نیست، زیرا با توجه به شکل 1 سطح آب در دیگ از توده حباب های بخار در حال چرخش افقی در آب دیگ تاثیر پذیر می باشد، بنابراین باید میزان اختلاف سطح را پیدا کرد. بدین معنی که گیج شیشه ای سطح پایین تری از سطح متوسط آب موجود در دیگ را نمایش می دهد زیرا اتصالات گیج شیشه ای باعث ایجاد آب با تراکم بیشتری می شوند.اختلاف بین سطح آب در گیج شیشه ای و سطح واقعی آب در دیگ با میزان بخار بالا به عوامل زیر بستگی دارد:

• میزان تولید بخار در دیگ
• ارتفاع یا اندازه اتصال گیج شیشه ای در قسمت حاوی آب در دیگ
• وضعیت شیمیایی آب داخل دیگ
• سایز پوسته دیگ
• کنترل سطح در دیگ های بخار
  

  در یک دیگ بخار سه دلیل برای کنترل سطح وجود دارد:

• کنترل سطح جهت اطمینان از مقدار صحیح آب اضافه شده به دیگ در زمان لازم؛
• اخطار کاهش سطح آب به منظور اطمینان از عملکرد صحیح دیگ؛
• هشدار کاهش آب از میزان مجاز باعث قطع احتراق سوخت در دیگ می شود. برخی استاندارد ها برای اطمینان بیشتر دارای دو ناحیه جهت تعیین کاهش سطح آب می باشند.
• اخطار افزایش سطح آب ؛ این اخطار باعث جلوگیری از طغیان سیستم بخار می شود. زمانی که آب داخل دیگ به سطح بالای از پیش تعیین شده افزایش پیدا کند شیر ورودی آب و یا پمپ ورودی دیگ مسدود می شود.

روش های آشکار سازی اتوماتیک سطح آب

در اینجا به دو روش آشکاسازی اتوماتیک سطح آب اشاره می کنیم:

• میله کنترل
• جسم شناور در آب

“میله کنترل”

روش میله کنترل

الکتریسیته تا حد زیادی مانند مایعات رفتار می کند. عبور یک مایع از یک لوله مانند عبور جریان الکتریسیته از یک هادی می باشد.منظور از هادی یا رسانا ماده ای است که به راحتی الکتریسیته را عبور می دهد مانند یک سیم فلزی و منظور از یک نارسانا ماده ای است که عایق بوده و در مقابل جریان الکتریکی مقاومت نشان می دهد، مانند شیشه و پلاستیک.

جریان الکتریکی همان عبور شارژ الکتریکی است که در واقع حرکت ذرات بسیار کوچکی به نام الکترون یا یون آن را بوجود می آورد.شارژ الکتریکی با واحدی به نام کولمب سنجیده می شودو یک کولمب برابر با 6e+18 الکترون می باشد.

زمانی که این الکترون ها یا یونها به حرکت در می آیند جریان الکتریکی را بوجود می آورند که با واحد کولمب بر ثانیه سنجیده می شود در واقع یک آمپر باربر با یک کولمب بر ثانیه است.نیرویی که باعث به حرکت در آوردن این جریان می شود نیروی محرکه الکتریکی است (Electromotive force= EMF) که می تواند توسط یک باتری ، دینام دوچرخه، ژنراتور یا امثال اینها تولید گردد.یک باتری دارای دو ترمینال مثبت و منفی است و زمانی که یک سیم بین آنها متصل گردد جریان الکتریکی برقرار خواهد شد و یک باتری در سیستم الکتریکی همانند منبع تولید فشار مثلا پمپ در سیستم آب عمل می کند.

“پراب های هدایتی

فرض کنید یک مخزن یا تانک در باز حاوی مقداری آب باشد و یک میله فلزی به صورت معلق در تانک قرار دارد.اگر یک منبع الکتریکی به همراه یک جریان سنج به آن متصل گردد، در صورتی که میه در آب فرو رفته باشد جریان از آن عبور خواهد کرد و در صورتی که آب از میله پایین تر باشد هیچ جریانی از جریان سنج عبور نخواهد کرد و این اساس کار پراب های هدایتی است
.

عملکرد پراب

ما از این مطلب جهت تعیین نقاط اندازه گیری استفاده می کنیم. یعنی زمانی که سطح آب نوک پراب را لمس کند می تواند باعث تحریک یکی از عملیات زیر توسط یک کنترلر شود :

• روشن یا خاموش نمودن یک پمپ
• بازکردن یا بستن شیر
• تحریک آلارم صوتی
• باز و بسته کردن یک رله

در ضمن یک پراب می تواند یک نقطه عملکرد را تعیین کند، بنابراین به منظور روشن و خاموش کردن یک پمپ، دو پراب هدایتی لازم است تا دو سطح از پیش تعیین شده را کنترل کنند.مطابق شکل زیر یک نقطه پایین جهت روشن نمودن پمپ و یک نقطه بالایی جهت خاموش نمودن پمپدر پراب لازم است.

 

 

پراب در دیگ بخار

زمانی که از پراب ها در مخازن در بسته (مانند دیگ بخار ) استفاده می شود،باید توسط یک عایق از بدنه تانک مجزا شوند و همچنین باید از یک ولتاژ متناوب در پراب ها استفاده کرد تا باعث پلاریزه و یا الکترولیز آب نگردد. همچنین یک پراب ساده نیز ممکن است دچار اشکالاتی گردد. اگر املاح و کثیفی قسمت عایق آن را فرا گیرد ممکن است علی رغم کاهش آب از نوک پراب باز هم جریان ضعیفی از اجرام دور عیق پراب عبور کند و عمل تشخیص سطح بدرستی انجام نگیرد. بنابراین عایق پراب ها از جنس تفلون و PTFE ساخته می شود و دارای طول بلندی می باشد که ریسک جرم گرفتن عایق را به حداقل میرساند.با این حال تست روزانه توصیه می گردد.شکل زیر مدار یک پراب کامل را نشان می دهد.

پراب های هدایتی برای دیگ بخار

پراب های هدایتی مخصوصی بنام Self monitoringوجود دارند که جهت نمایش سطح پایین آب به کار میروند و دارای امکانات زیر می باشند:
یک مقایسه گر که جهت اندازه گیری و مقایسه مقاومت می باشد.
یک تستر نشتی بین پراب و عایق کننده جداره؛
دیگر پروسه های مربوط به self test
با وجود یک چنین پراب و سیستمی ، تست هفتگی به جای تست روزانه مناسب خواهد بود. کاملا واضح است که جهت استفاده از پراب های هدایتی طول میله پراب باید به اندازه دقیق و مناسب انتخاب شود تادر نقاط تعیین شده به درستی عمل نماید.
بر اساس هادی بودن آب و عایق بودن بخار و اتصال پراب به یک کنترلر الکترونیکی می توان هدایت جریان یا عدم هدایت جریان را ملاک سنجش ارتفاع آب قرار داد. این پراب ها باید عمودی نصب شوند. معمولا این پراب ها دارای سه یا چهار مله هستند و به اشکال ویژه موجود می باشند. در هنگام نصب نیز باید به طول مناسب تغییر اندازه داده شوند

“پراب های خازنی

یک خازن ساده از قرار گرفتن یک ماده دی الکتریک (عایق یا نیمه رسانا) بین دو صفحه هادی الکتریسیته تشکیل می شود .

محاسبه ظرفیت یک خازن به صورت زیر می باشد::

C=K(A/D)
C: ظرفیت خازنی
K:ضریب خاص دی الکتریک
A: مساحت صفحات هادی
D: فاصله بین صفحات
براساس این معادله صفحاتی با مساحت بیشتر دارای ظرفیت خازنی بیشتری خواهند بود و همین طور فاصله کمتر آنها یا دی الکتریک با ضریب هدایت بالاتر باعث افزایش ظرفیت خواهد شد.اگر ظرفیت این خازن را اندازه بگیریم، خواهید دید که با فرو بردن صفحات در مایع ظرفیت خازنی تغییر پیدا می کند و هر قدر صفحات در مایع بیشتر فرو روند ظرفیت بیشتری را تولید خواهند کرد.

کاربرد آب در پراب

آب دارای خاصیت هدایت الکتریکی بوده و می توان به عنوان یکی از صفحات خازن (یک الکترود)از آن بهره برد و یک پراب پوشیده شده از عایق  می تواند نقش الکترود دوم و دی الکتریک ما بین را ایفا کنند. این پراب عایق شده در داخل یک لوله حفاظ دار(External chamber) قرار میگیرد و یک ولتاژ متناوب با فرکانس بالا به آن اعمال می شود و جریان الکتریکی بسته به مقدار ظرفیت خازنی موجود بین پراب و دیوار لوله محافظ برقرار می گردد.این ظرفیت خازنی دارای دو مولفه می باشد:

یک قسمت بین پراب و جداره لوله در بالای سطح مایع (A)
یک قسمت بین پراب و جداره لوله در پایین سطح مایع (B)

همچنان که سطح مایع بالا می آید ظرفیت قسمت A کاهش و قسمت B افزایش پیدا می کند. با در نظر گرفتن این مطلب که آب به عنوان یک هادی جریان الکتریکی می باشد، بنابراین تنها جدا کننده دو الکترود فقط عایق  روی پراب است که دارای قطر بسیار نازک بوده و می تواند از جنس هوا ا بخار باشد.بالا آمدن سطح آب در واقع مسحت الکترود های دو طرف عایق پراب را افزایش می دهد و باعث افزایش ظرفیت خازنی تولید شده خواهد گردید

پرابهای ظرفیتی

بدلیل کوچک بودن میزان تغییرات ظرفیت خازنی که معمولا بر حسب پیکو فاراد سنجیده می شود، باید از یک مقدار تقویت کننده استفاده کرده و سپس سیگنال تقویت شده را به یک کنترلر اعمال نمود. همچنین پرابهای ظرفیتی قابلیت کنترل مناسب سطح مایع در یک دیگ بخار یا یک تانک را دارند و توسط اتصال به یک کنترلر می توان به صورت تدریجی شیر کنترلی ورودی تانک را باز و بسته نمود و یا اینکه آلارم هایی در نقاط از پیش تعیین شده فعال یا غیر فعال نمود.

زمانی که از این پرابها برای مقاصد کنترلی ON/OFF استفاده می شود نیازی به انتخاب دقیق طول پراب نمی باشد و یکی از نکات مهم در رابطه با این نوع ا پراب ها این است که هیچ گاه نباید طول آنها را توسط برش کاهش داد.