دور ديناميكيات الموائع في موثوقية الأنبوب
يعتمد كل أنبوب غلاية على طبقة متواصلة من الماء أو البخار-خليط الماء لنقل الحرارة بعيدًا عن المعدن. إذا انكسر الفيلم، ترتفع درجة حرارة المعدن بشكل حاد ويفشل الأنبوب في غضون دقائق. لذلك تحدد ديناميكيات الموائع غلاف التشغيل الذي يمكن لأنبوب ASTM A192 أو A210 أو A213 أن يوفر عمر التصميم الخاص به، وهذا هو السبب في أن غلايتين مبنيتين من مادة أنبوبية متطابقة يمكن أن تظهرا تاريخ فشل مختلف تمامًا.
نظامان لتدفق الطور-وDNB
عندما يتم تسخين الماء على طول الأنبوب، يمر التدفق من خلال أنظمة الشامبانيا، والبزاق، والمخض، والحلقية. ينقل كل نظام الحرارة بشكل مختلف، ويحدد الانتقال بينهما المكان الذي يكون فيه الجدار أكثر سخونة. الحالة الحرجة هي الابتعاد عن غليان النواة، حيث لا يمكن الحفاظ على الغشاء السائل الموجود على الجدار وتتشكل رقعة جافة محلية. ولذلك يتطلب التصميم تدفقًا كافيًا للكتلة في كل نقطة من الدائرة، خاصة عند مدخل الأنبوب وعند بداية منطقة التدفق الحراري الأعلى، بحيث تظل الحالة المحلية جيدة داخل المنطقة الآمنة.
عدم استقرار التدفق هو مصدر القلق الثاني. تخلق سرعات الطور التفاضلي بين البخار والماء تذبذبات ضغط يمكن أن تتطور إلى مطرقة مائية أثناء تحولات نظام التدفق، ويمكن أن تتأرجح دوائر الأنابيب المتوازية ضد بعضها البعض. تعتبر الفتحات عند مداخل الأنبوب، والتصميم الدقيق للرأس، والتحكم المستقر في الضغط من الإجراءات المضادة المعتادة.
السرعة والتسوية وحدود التآكل
السرعة هي حل وسط بين مشكلتين متعارضتين:
تسمح السرعة المنخفضة للغاية بترسيب المواد الصلبة العالقة، مما يؤدي إلى تكوين رواسب تعمل على تعزيز التآكل تحت الرواسب وارتفاع درجة الحرارة المحلية. تحافظ ممارسات التصميم الشائعة على سرعة الماء في المنطقة من 1 إلى 3 م/ث، اعتمادًا على حجم الجسيمات وكثافتها للمادة المعلقة.
تؤدي السرعة العالية جدًا إلى إزالة طبقة الأكسيد الواقية وتسريع التدفق-وزيادة التآكل والتآكل، خاصة أسفل التركيبات وفي مداخل الأنابيب. عادةً ما يتم تجنب القيم التي تزيد عن 4 م/ث تقريبًا في المناطق المتأثرة في دوائر الفولاذ الكربوني.
التدفق الكتلي، وليس السرعة وحدها، هو متغير التصميم المستخدم للمنطقة الساخنة، لأن كثافة خليط الماء البخاري- تتغير بشكل مستمر على طول الأنبوب. يجب أن يضمن التصميم تدفقًا كافيًا للكتلة لتبريد الجدار عند ذروة تدفق الحرارة مع الحفاظ على انخفاض الضغط على مرحلتين داخل قدرة نظام التدوير.
نسبة التداول وتخطيط الدائرة
تعتمد غلايات الدوران الطبيعي على اختلاف الكثافة بين الماء الموجود في الأنابيب السفلية وخليط الماء البخاري- في الأنابيب الصاعدة. يجب أن تكون نسبة الدوران، وهي كتلة الخليط المتداولة لكل وحدة كتلة من البخار المتولد، عالية بما يكفي للحفاظ على رطوبة جدران الأنبوب والحد من جودة البخار عند مخرج الأنبوب. تستخدم أنظمة التدوير القسري المضخات لضمان التدفق أثناء بدء التشغيل، وتشغيل الحمل المنخفض- وتغييرات الحمل، عندما يكون الدوران الطبيعي أضعف.
التخطيط مهم بقدر الحساب. إن حجم الجزء السفلي والأعلى، وموضع بنك الأنبوب بالنسبة للفرن، وتوزيع تدفق الحرارة عبر ممر الغاز وتوجيه رؤوس التوصيل، كلها تؤثر على كيفية مشاركة التدفق بالتساوي بين الأنابيب المتوازية.
تعزيز انتقال الحرارة داخل الأنابيب
تعمل محفزات الاضطراب الداخلي مثل إدخالات الشريط الملتوي والأنابيب المضلعة أو المضلعة داخليًا على رفع معامل نقل الحرارة بشكل ملحوظ عند تدفق كتلة معين، مما يحسن تبريد الجدار في مناطق التدفق الحراري العالي ويقلل من خطر الابتعاد عن غليان النواة. إن المقايضة-تمثل انخفاضًا أعلى في الضغط وميلًا أكبر لتجميع الرواسب، لذلك يتم عادةً تطبيق الإدخالات بشكل انتقائي في القسم الأكثر تحميلًا وليس من خلال الدائرة بأكملها.
التعليمات
س: لماذا يعتبر التدفق الكتلي أكثر فائدة من السرعة لتصميم أنبوب الغلاية؟
لأن كثافة خليط الماء والبخار-تتغير على طول الأنبوب. يبقى تدفق الكتلة ثابتًا بينما ترتفع السرعة مع تشكل البخار، لذلك يتم تقييم قدرة التبريد على تدفق الكتلة في كل نقطة من الدائرة.
س: ماذا يحدث إذا كانت السرعة داخل أنبوب الغلاية منخفضة جدًا؟
تستقر الجسيمات وتشكل رواسب على تاج الأنبوب، مما يعزل الجدار ويرفع درجة حرارة المعدن المحلية ويخلق مواقع للتآكل تحت الرواسب.
س: ما الذي يسبب المطرقة المائية في دوائر الغلايات؟
التغيرات السريعة في نظام التدفق أو معدل التدفق التي تسمح لكتلة الماء بالانتقال بسرعة عالية إلى التركيبات والرؤوس. إن التحكم المستقر في معدل الإطلاق والمستوى، بالإضافة إلى تخطيط الأنابيب الصحيح، يمنع ذلك.
س: هل تعمل إدخالات الأنبوب دائمًا على تحسين موثوقية الغلاية؟
إنها تعمل على تحسين نقل الحرارة وتبريد الجدران حيث يكون تدفق الحرارة في أعلى مستوياته، ولكنها تزيد من انخفاض الضغط ويمكن أن تحبس الرواسب. ولذلك يتم تطبيقها بشكل انتقائي، وليس في جميع أنحاء بنك الأنبوب.
س: كيف تؤثر المتطلبات الديناميكية للسوائل على مواصفات الأنبوب؟
إنهم يحددون سمك الجدار من خلال حساب التصميم الخاص بـ ASME BPVC القسم الأول ويقررون الدرجة المطلوبة، نظرًا لأن تدفق الكتلة الأعلى والتبريد الأفضل للجدار يمكن أن يحافظ على أنبوب الفولاذ الكربوني ضمن درجة الحرارة المسموح بها بدلاً من طلب درجة سبيكة.
