تله بخار

تله بخار چیست؟

به تجهیزی که توسط مکانیزمی مشخص کندانس را از سیستم خارج می­‌کند و اجازه­ خروج بخارزنده را نمی­‌دهد، تله بخار می‌گویند. تمام تله بخارها دارای یک اریفیس هستند که مابین سیستم بالادست و پایین دست آن قرار دارد و به دلیل این اختلاف فشار کندانس از این اریفیس خارج می‌شود.

تله بخارها شیرهای اتوماتیکی هستند، که به منظور به دام انداختن بخار و استفاده از انرژی حداکثری آن و خروج هوا، آب مقطر و گازهای غیر قابل تراکم به کار می‌روند و می‌توان گفت مبنای کار این شیر بر جدا نمودن عوامل کاهش ضریب انتقال حرارت که در اثر مخلوط شدن آنها با بخار صورت می‌گیرد، می‌باشد‌. 

تله بخار برای ما چه کاری انجام می‌دهد؟ 

1-خروج آب مقطر از خط بخار

2-به دام انداختن و تله کردن بخار 

3-خروج هوا و گازهای غیر قابل تراکم مثل اکسیژن و کربن دی اکسید

اما  لزوم انجام این کار توسط تله بخار در چیست و چرا باید عملکرد تله بخار اینگونه باشد؟  بیایید باهم مورد به مورد بررسی کنیم که ضرورت این وظایف تله بخار در چیست؟ 

1-تله بخار آب مقطر را خارج می کند زیرا:  

آب مقطر محصول انتقال حرارت از سیستم بخار می‌باشد و به صورت خاص در وسایل مصرف کننده بخار و یا به طور ناخواسته در اثر تشعشع یا جا‌بجایی با محیط اطراف به وجود می‌آید، اما آب مقطری که در اثراز دست دادن گرمای نهان تبخیر ایجاد گردیده است باید سریعا از سیستم خارج شود  حتما این سوال ایجاد می شود که چرا ؟ پاسخ به این سوال را در دلایل ذیل می یا‌بیم:

-ایجاد ضربه قوج در اثر وجود آب مقطر : 

سرعت بخار در گاهی اوقات به 160 کیلومتر در ساعت می‌رسد، هنگام شکل گیری آب مقطر، این سرعت موجب حرکت رو به جلوی بسیار سریع آب مقطر و زیادتر شدن حجم آن گشته تا جایی که ممکن است تمام سطح مقطع لوله را آب اشغال کند. فشار زیاد پشت این حجم آب مقطر موجب ایجاد سروصدا و ضربات شدیدی به سیستم گشته و موجب صدمه دیدن فلانچ ها، وسایل موجود در خط و خود خط بخار می‌گردد. شدت ضربات با حجم آب مقطر و سرعت بخار رابطه مستقیم دارد بنابراین آب مقطر قبل از صدمه زدن به سیستم بخار باید خارج گردد. 

-کاهش راندمان حرارتی سیستم 

وقتی آب مقطر ایجاد شده در خط بخار با بخار تماس پیدا می‌کند، تعادل حرارتی بین آب مقطر و بخار ایجاد شده در نتیجه دمای بخار خروجی کاهش می‌یابد و نوع دیپری از شوک حرارتی وارد می‌شود که زیر موجموعه ضربات قوچ می‌باشد‌. چون حجم بخار از حجم آب مقطر بیشتر است، هنگام تبدیل ناگهانی به مایع  یک حالت کاویتاسیون ایجاد کرده و موجب شوک می‌شود. 

همچنین آب مقطر موجود در سیستم سطح و ظرفیت گرمایی را در وسایل مصرف کننده کاهش می‌دهد و مانند یک سد و یک عایق حرارتی عمل می‌نماید. پس خروج سریع آب مقطر با استفاده از تله بخار، منجر به بازدهی بالای خط بخار می‌شود. 

2-تله کردن بخار چیست؟ و چرا باید بخار را تله کنیم ؟ 

منظور از تله نمودن بخار استفاده از حداکثر انرژی آن و جلوگیری از به هدر رفتن انرژی می باشد ، برای مثال یک کیلو گرم آب در حالت اشباع (117.80Kp درجه سانتیگراد) حدودا 491 کیلو ژول بر کیلوگرم انرژی دارد و یک کیلو گرم بخار در همان فشار 2702 کیلو ژول بر کیلوگرم انرژی دارد ، در واقع این اختلاف انرژی که برابر با 2211 کیلوژول بر کیلوگرم است ، در انرژِی داخلی پنهان است که وقتی بخار تبدیل به مایع می گردد این انرژی آزاد می‌شود. پس انرژی بیشتری از یک کیلو‌گرم بخار هدر می‌رود تا یک کیلو گرم آب‌، بنابراین ما نمی‌خواهیم بخار بدون آن‌که  انرژی خود را آزاد کنداز فرایند بخار خارج شود‌. 

3-چرا باید هوا را از خط بخار خارج کنیم ؟ 

به طور طبیعی در شروع و راه اندازی سیستم، هوا در خطوط بخار، وسایل مصرف‌کننده و تغذیه کننده آب بویلر وجود دارد. این هوای موجود نیز باید از سیستم خارج شود اما هوا چگونه می تواند به خطوط بخار صدمه بزند ؟ عملکرد تله بخار برای خارج کردن هوای موجود چگونه است ؟

هوای موجود در سیستم قبلی بخشی از حجم بخار را در برگرفته و موجب کاهش دمای مخلوط هوا و بخار به زیر درجه حررات بخار می‌گردد. همانطور که مشخص است با افزایش درصد حجمی هوا ما شاهد کاهش دمای سیستم هستیم مثلا در حالتی که هوا در سیستم وجود ندارد و فشار کاری برابر با 100psig می‌باشد‌، ما شاهد دمای حدودا 340 درجه فارنهایت خواهیم بود در صورتیکه  با وجود تنها 10 درصد هوا خواهیم دید که دما به حدود 320 درجه فارنهایت تقلیل پیدا می‌کند. بنابراین می‌توان گفت تله بخار با خارج نمودن هوا از خط بخار باعث افزایش درجه حرارت بخار می‌شود در نتیجه بازدهی خط بخار افزایش می‌یابد. 

تقسیم بندی تله بخارها:

تله بخارهایی که امروزه در صنایع استفاده می‌­شوند بر اساس روشی که برای بسته و باز کردن ا‌ریفیس به کار می­‌گیرند معمولا در سه دسته قرار دارند:

• تله بخار مکانیکی
• تله بخارترمودینامیکی
• تله بخار ترموستاتیک 

پرکاربردترین سایز­های تله بخار، ½ “ و ¾ “ و 1 “ هستند. اما تا سایز 2 اینچ نیز گهگاه درخواست می‌­شود. علاوه بر این‌ها تا سایز 4 اینچ نیز توسط شرکت‌­های معروف جهان برای کاربردهای بسیار خاص تولید می‌­شود.

در مواردی که مشتری تله بخار در سایز خیلی بالا درخواست کرده، می‌­توانیم در صورت موافقت او مثلا به جای یک تجهیز 3 اینچ دو عدد 2 اینچ بدهیم. به صورتی که شرایط درخواستی آن‌ها را از لحاظ فشار و دبی تامین کند.

تله بخارها از نظر اختلاف فشار عملکردی بین بالا و پایین دست آن‌­ها، تا فشار 250 بار ساخته می­‌شوند. همچنین ماکزیمم فشار طراحی تا کلاس 2500 وجود دارد.

 متریال تله بخارها بسیار متنوع هستند و به سه شکل ریخته­‌گری، فورج، و ماشینکاری ساخته می­‌شوند. تله بخارهای مکانیکی به شکل ریخته‌­گری و مدل‌­های ترمودینامیک و ترموستاتیک به صورت فورج هستند.

استفاده از صافی با سوراخ‌­های کوچک‌تر و سایز ا‌ریفیس در بالادست و داخل خود تله بخاراجباری است. 

توصیه می‌کنیم با مطالعه ی کاتالوگ تله بخار (استیم ترپ) شرکت کاراجت، این تجهیز فرآیندی را به طور کامل بشناسید: 

کاتالوگ تله بخار (steam trap) شرکت کاراجت

انواع تله بخار

1) تله بخار مکانیکی :

در این نوع از تله بخار، اریفیس با استفاده از یک شیر کوچک مخروطی یا ساچمه‌ای بسته می‌شود. این مخروط یا ساچمه بر روی یک اهرم یا دستک قرار دارد و این دستک با کمک اختلاف دانسیته‌ی بین بخار و آب بالا و پایین می‌­شود. زمانی که در مخزن تله بخار آب داریم، دستک بالا رفته و شیر باز می‌­شود و در نتیجه کندانس بیرون می‌رود. و زمانی که کندانس نداریم دستک پایین آمده و شیر بسته می‌­شود.

دو نوع این تله بخار مدل شناوری (Ball float type) و سطل معکوس (Inverted bucket) هستند.

الف) تله بخار مکانیکی با توپ شناور: 

عملکرد تله بخار مکانیکی به این صورت است که  بایین  تله بخار دارای یک توپ شناور بوده و همراه با اهرم  و پین متصل به آن از جمع شدن آب مقطر در سیستم بخار جلوگیری می‌شود.  یعنی با افزایش ارتفاع آب مقطر توپی و در نتیجه پین بلند شده، راه خروجی باز می‌گردد. در ضمن برای خروج هوا و دیگر گازهای غیر قابل تراکم در این نوع شیرها یک دریچه خروج هوای ترمو استاتیکی تعبیه می‌گردد. اما تله بخار مکانیکی چگونه عمل  می‌کند؟ 

در ابتدای کار شناور پایین و پین در داخل seat قرار دارد و راه خروجی بسته می‌باشد. در این حالت دریچه خروج هوای ترموستاتیکی با وجود محیط سرد، باز بوده و تخلیه هوا به راحتی صورت می‌گیرد. بعد از گرم‌تر شدن سیستم و رسیدن دمای محیط به نزدیک دمای بخار اشباع دریچه ترموستاتیکی عمل نموده و راه خروج هوا را می‌بندد و با گذشت زمان وایجاد آب مقطر در سیستم، سطح آب مقطر بالا آمده و باعث خارج شدن پین از داخل seat  می‌شود. و در نتیجه آب مقطر خارج می‌شود. و سیکل دوباره تکرار می گردد.

مزایای تله بخار مکانیکی با توپ شناور:

اما چرا باید از تله بخار مکانیکی با توپ شناور استفاده کرد؟ در واقع در مورد تله بخار مکانیکی می‌توان گفت: 

- هنگام استفاده از این تله بخار، دما تاثیری در بالا آمدن یا پایین آمدن شناور ندارد. بنابراین می‌توان آب مقطر در دمای اشباع خارج نمود . 

-از آنجا که این نوع تله بخاردارای مزیت تخلیه دائم می‌باشد، به تغییر حجم آب مقطر به خوبی عکس‌العمل نشان می‌دهد و  ظرفیت تخلیه زیادی می‌تواند داشته باشد. 

 معایب تله بخار مکانیکی با توپ شناور: 

اما همیشه استفاده از تله بخار مکانیکی با توپ شناور به صرفه نیست و گاهی اوقات به ضرر سیستم بخار است. برای مثال: 

-هنگامی که تله بخار خالی باشد ضربه قوچ می‌تواند به سیستم آسیب برساند.

-چون کارکرد شناور براساس خط آب مقطر می‌باشد، بایستی تله بخار به صورت شاقول نصب گردد. 

-به دلیل عدم وجود صافی باعث ورود ذرات ریز به سیستم بخار شده و منجر به آسیب به تله بخار و سیستم می‌شود.

-از آنجا که همیشه مقداری آب مقطر در تله بخار وجود دارد، در مکان‌های محیط باز و سرد حالت یخ‌زدگی به وجود می‌آید و در نتیجه تله بخار آسیب می‌بیند. 

ب) تله بخار مکانیکی سطلی:

  در تله بخار مکانیکی سطلی به جای استفاده از یک توپ به عنوان جسم شناور از یک سطل فلزی استفاده می‌شود‌. این تله بخار در هنگام پایین بودن سطل، راه خروج تله بخار باز است. در تله بخار مکانیکی نوع سطلی راه ورود در زیر سطل می‌باشد و به دلیل اینکه چگالی بخارآب مقطر کمتر است، در نتیجه حضور بخار سطل را بالا برده و  وقتی بخار تبدیل به مایع شد سطل پایین آمده و اجازه خروج آب مقطر را می‌دهد. در این نوع تله بخار برای خروج هوا در بالای سطل یک حفره کوچک ایجاد می‌شود. 

2) تله بخار ترمودینامیکی:

در این نوع از تله بخارها تنها یک قطعه‌ی متحرک وجود دارد. این قطعه یک دیسک کوچک است که بر روی اریفیس‌های ورودی(درمرکز) و خروجی(در راست) قرار می‌گیرد. زمانی که مایع به ترپ می‌رسد به آسانی دیسک را بلند کرده و وارد محفظه‌ی بالا می‌شود و سپس از اریفیس خروجی تخلیه می‌گردد. زمانی که بخار به این تله بخار برسد، با توجه به اینکه سرعت بخار بسیار بیشتر از مایع است در زیر دیسک یک فشار استاتیکی کمتر از فشار بالای آن ایجاد شده و دیسک به نشیمنگاه می‌چسبد و در نتیجه اریفیس های ورودی و خروجی را می‌بندد. پس از مدتی که بخار بالای دیسک در اثر انتقال حرارت کندانس شد و فشار بالا و پایین آن یکی شد دوباره لحظه‌ای بالا آمده و در اثر عبور مجدد بخار از زیر آن بار دیگر پایین می‌آید. بدین ترتیب این نوع از تله بخار دارای یک عملکرد نوسانی می‌باشد و مشخصه‌ی آن صدای "تپ تپ" نوسانی خروج بخار و کندانس است.

عملکرد تله بخار ترمو دینامیکی چگونه است؟ 

برای اینکه بدانیم عملکرد تله بخار ترمودینامیکی چگونه است باید این نکته را به خاطر داشته باشیم که تله بخار ترمودینامیکی از یک بدنه اصلی، درپوش و دیسک تشکیل شده است. همچنین برای جلوگیری از ورود ذرات ریز می‌توان از یک صافی در تله بخار استفاده کرد. در تله بخار ترمودینامیکی یک دهانه ورودی وجود دارد که جریان پس از ورود به سمت صافی حرکت کرده و به وسیله یک راه عبوری به سطح seat‌ متصل می‌گردد. حفره‌های خروجی نیز در اطراف ورودی‌ها و در یک دایره با قطر بیشتر قرار داشته و به راه خروجی متصل می‌باشد. عمل کنترل جریان توسط یک در پوش در بالای سطح seat صورت می‌گیرد. 

به طور کلی عملکرد تله بخار ترمودینامیکی یا همان تله بخار دیسکی براساس اختلاف فشار دهانه ورودی و دهانه خروجی است. در تله بخار‌های ترمودینامیکی حداقل 20 درصد کاهش فشار در خط خروجی نسبت به خط ورودی وجود دارد. و عملکرد تله بخار ترمودینامکی نیز بر همین اساس طراحی می‌شود. اما استفاده از تله بخار‌های ترمودینامیکی چه فایده‌ای دارد؟ چرا از تله بخار ترمودینامیکی استفاده کنیم؟ 

مزایای تله بخار ترمودینامیکی : 

تله بخار ترمودینامیکی به دلیل طراحی متفاوت در گستره وسیع‌تری از سیستم‌های بخار و عملکرد تله‌های بخار کاربرد دارد. در واقع: 

-تله بخار ترمودینامیکی در خطوط بخار با دما و فشار بالا قابل استفاده است. این تنها نوع تله بخار با چنین کاربردی می‌باشد.

-به علت اینکه آب مقطر باقی مانده ناچیز است، لذا در برابر یخ‌زدگی مقاوم بوده و در مکان‌های باز و بسته کاربرد دارد. 

-ساختار کوچک تله بخار ترمودینامکی باعث می‌شود در مناطق عملیاتی کوچک به خوبی و به راحتی مورد استفاده قرار گیرد. 

-در برابر ضربه قوچ یا همان شوک هیدرولیکی مقاومت بسیار خوبی دارد. 

-تله بخار ترمودینامیکی فقط یک عضو محرک دارد که آن هم دیسک بوده و در صورت فرسایش به راحتی قابل تعویض است.  

اما در چه مواقعی استفاده از تله بخار ترمودینامکی به صرفه نیست؟ 

معایب تله بخار ترمودینامیکی : 

-تله بخار ترمودینامیکی در شروع کار نمی‌تواند میزان هوای زیادی را خارج کند. 

-به علت سیکل سریع آن صدای زیادی دارد و نمی‌توان از آن در مکان‌های آرام استفاده کرد. 

3) تله بخار ترموستاتیک:

در­تله بخارهای ترموستاتیک باز و بسته شدن اریفیس توسط یک شیر ترموستاتیک کنترل می‌شود. شیر­های ترموستاتیک زمانی که سیال با دمای پایین(هوای اولیه ­ی سیستم، کندانس) به آن‌ها می‌­رسد منقبض می‌شوند و اوریفیس باز می‌شود و وقتی سیال دما بالا (بخار، آب اشباع) آ‌ن‌ها را غرق کند منبسط شده و اریفیس را می‌بندند. بدین ترتیب اجازه عبور هوا و کندانس داده شده و از خروج بخار جلوگیری می‌شود.