انواع دیگ موتورخانه

دیگ یک مخزن تحت فشار (Pressure Vessel) است که آب را گرم (یا تبدیل به بخار) می‌کند. طبقه‌بندی دیگ‌ها به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد. ولی معمولاً بر اساس جنس انواع دیگ صورت می‌گیرد و ما بر این اساس مباحث را دنبال خواهیم کرد. شناخت دیگ ها ما را در تعمیرات و نگهداری موتورخانه کمک می کند. علاوه بر این انواع بویلر ها را بر اساس فشار کاری (کم فشار، میان فشار، پر فشار)، دمای کاری (دما پایین، دما متوسط و دما بالا)، نوع سوخت (گازسوز، گازوئیل‌سوز، مازوت‌سوز، چندگانه‌سوز )، نوع سیال عامل (بخار، آب داغ، آب گرم، روغن) و تعداد مسیرهایی که دود طول دیگ را طی می‌کند (دو، سه و چهار پاس) نیز دسته بندی می‌کنند که به اختصار به شرح آنها می‌پردازیم:

استانداردهای ASME و NFPA در ارتباط با دیگ‌ها، مخازن تحت فشار و سوخت به صورت زیر می‌باشد:

ASME Boiler and Pressure Vessel Codes (BPVC)

Section I-Rules for Construction of Power Boilers

Section IV-Rules for Construction of heating Boilers

Section VII-Recommended Rules for Core and Operation of Power Boiler

Section VIII- Pressure Vessels

Normal Fire Production Association (NFPA) Codes

NFPA- 30- Flammable and Combustible Liquids Codes

NFPA- 54- National Fuel Gas Codes

NFPA- 85- Boiler and Combustion system Hazords Code

طبقه‌بندی دیگ‌ها

دیگ ها را می توان از نقطه نظرهای مختلف بررسی و تقسیم بندی کرد.

طبقه‌بندی بر اساس جنس دیگ

دیگ‌های چدنی

جنس بدنه این دیگ ها از چدن آتش خوار است و چون به صورت قطعه قطعه یا پره پره تولید می گردد امکان تغییر ظرفیت حرارتی در آن وجود دارد و همچنین مونتاژ و جمع کردن آن در هر مکانی میسر می باشد. دیگ های چدنی به دلیل جنس چدنی آن در مقابل پوسیدگی و خوردگی مقاوم بوده و دارای عمر بالایی می باشد.

از معایب آن می توان به تحمل فشار پایین ۴ تا ۷ بار و همچنین قیمت بالاتر آن نسبت به دیگ های فولادی اشاره کرد. ظرفیت دیگ چدنی بین ۳۳۰۰۰ کیلو کالری بر ساعت تا ۱۳۰۰۰۰۰ کیلو کالری بر ساعت است.

دیگ‌های فولادی

این نوع دیگ‌ها برای فشارها و ظرفیت‌های حرارتی متوسط تا زیاد کاربرد دارند.

طبقه‌بندی بر اساس نوع سیال در لوله

دیگ‌های فولادی خود به دو نوع عمده آب در لوله (Water Tube) و آتش در لوله (Fire Tube) تقسیم می‌شوند.

دیگ‌های آب در لوله (واترتیوب Watertube)

این دیگ‌ها برای ظرفیت حرارتی (13.000.000-82 ,800.000) Btu/h و فشارهای (150-900) psig و دبی بخار بیش از15000 Lb/hr  مورد استفاده قرار می‌گیرند. در مواردی که نیاز به تأمین فشارهای بالا می‌باشد. مثل نیروگاه‌های بخار از دیگ‌های آب درون لوله استفاده می‌شود. در این جا آب درون لوله‌ها جریان داشته و حرارت توسط شعله از خارج لوله‌ها به سیال داخل لوله‌ها که آب می‌باشد منتقل می‌شود و بخار تولید گردیده و به درام بالایی می‌رود و سپس در صرتی که نیاز باشد مجدداً توسط شعله فوق داغ (سوپر هیت) می‌شود و بیشتر در نیروگاه‌ها و صنایعی که نیاز به فشارهای زیاد بخار مورد نظر است کاربرد دارند.

مقایسه بویلر واترتیوب با بویلر فایرتیوب

دیگ‌های آتش در لوله (فایرتیوب Firetube)

دیگ‌های فولادی آتش در لوله معمولاً برای فشارهای (30-300) psig و ظرفیت‌های (400.000-26, 780.000) Btu/h و دبی‌هایی تا حدود 30 Ton/hr مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع دیگ‌ها محصولات احتراق در داخل لوله‌ها جریان دارد، و آب روی پوسته بیرونی لوله‌ها و کوره قرار دارد. این نوع دیگ‌ها در موتورخانه صنایع و کارخانجات مختلف، ساختمان‌ها و مجتمع‌های مسکونی کاربرد دارند. همانطوری که گفته شد دستیابی به حداکثر فشار محدود است زیرا ضخامت در یک قطر ثابت با افزایش فشار مطابق فرمول زیر افزایش می‌یابد.

که E,SD,P,t به ترتیب حداقل ضخامت جداره دیگ (اینچ)، فشار داخلی دیگ (psi)، قطر انواع دیگ (اینچ)، تنش مجاز فولاد (psi)، و حداقل بازده اتصال می‌باشد.

بنابراین با توجه به اینکه قطر دیگ‌های فولادی معمولاً بیش از یک متر است اگر بخواهیم به فشارهای بالایی دست یابیم باید ضخامت را زیاد گرفت که هم باعث افزایش هزینه می‌شود و هم مشکلات ساخت، حمل و نقل و نصب و.. را به دنبال دارد.

مثال 6: می‌خواهیم توسط یک دیگ‌ فایر تیوپ فولادی فشار 45 بار را تأمین نماییم. ضخامت تقریبی بدنه دیگ را محاسبه کنید. اگر قطر آن 5/1 متر باشد؟ تنش مجاز فولاد 19.400 psi و بازده اتصالات 85/0 می‌باشد.

اگر طول دیگ 2 متر باشد فقط وزن پوسته (بدون لوله‌ها و سایر قسمت‌ها) دیگ خالی به بیش از 2 تن می‌رسد.

طبقه‌بندی انواع بویلر بر اساس فشار کاری

• دیگ‌های بخار کم فشار (0-15 psig) یا (0-1 barg)
• دیگ‌های بخار میان فشار (16-58 psig) یا (1-4 barg)
• دیگ‌ها پر فشار (59-125 psig) یا (4-8.5 barg)

طبقه‌بندی انواع بویلر بر اساس دمای کاری

• دیگ‌های آب گرم دما پایین (حداکثر دما تا 120 درجه سانیتگراد)
• دیگ‌های آب گرم دما متوسط (دما از 121 تا 175 درجه سانتیگراد)
• دیگ‌های آب گرم دما بالا (دما از 176 تا 230 درجه سانتیگراد)

طبقه‌بندی انواع دیگ بر اساس نوع سیال عامل

• دیگ‌های آب گرم و داغ
• دیگ‌های بخار
• دیگ‌های روغن

طبقه‌بندی انواع دیگ بر اساس نوع سوخت مشعل

• دیگ‌های گازسوز
• دیگ‌های مازوت‌سوز
• دیگ‌های چندگانه‌سوز
• دیگ‌های گازوییل سوز

طبقه‌بندی بر اساس عقب دیگ

دیگ‌های فولادی فایر تیوب نیز خود به دو دسته عقب‌ تر و عقب خشک تقسیم می‌شوند.

دیگ‌های عقب تر (Wet Back) و عقب خشک (Dry Back)

در دیگ‌های عقب خشک، انتهای لوله‌های پاس اول و دوم و سوم به یک سطح (صفحه لوله یا تیوب شیت) متصل می‌شوند. به علت تفاوت زیاد در دمای بین پاس‌های دو (حدود 1000 درجه سانتیگراد) و پاس‌های سه (حدود 250 درجه سانتیگراد) سطح این شبکه دچار تنش و نهایتاً نشتی می‌گردد. همچنین این نوع دیگ‌ها نیاز به عایق‌کاری و انجام تعمیرات بر روی مواد نسوز طاقچه جداکننده و پاس‌های 2 و 3 در فواصل زمانی کوتاه را دارند که منجر به افزایش هزینه شده و ممکن است باعث وقفه در امر تولید بخار و یا آب گرم شود.

جهت رفع مشکلات فوق در تعمیر موتورخانه، دیگ‌های عقب تر طراحی و ساخته شدند، بدین صورت که کوره و لوله‌های پاس‌های 2 به یک صفحه و لوله‌های پاس 3 به صفحه‌ای دیگر و جداگانه متصل می‌شوند. این طرح سطوح عایق‌کاری شده در دیگ‌های عقب خشک را به سطوح حرارتی تبدیل و جاذب حرارت می‌کند.

محاسبه و انتخاب انواع بویلر ها

در انتخاب دیگ‌ پارامترهای زیادی دخالت دارند، مثل نوع سیال، فشار، دما، ظرفیت حرارتی، نوع مشعل، جنس دیگ‌، تعداد گذر دود (پاس‌ها)، عقب تر و خشک بودن دیگ‌ و غیره. برای کاربدهایی که فشار بالاست بهتر است از دیگ‌های فولادی استفاده کرد، ولی باید از قبل برای حمل و نصب دیگ‌ چاره‌ای اندیشیده شود. چون انواع دیگ‌ های فولادی یکپارچه هستند باید امکان انتقال آسان آنها به فضای مورد نظر حتماً‌ مد نظر قرار گیرد. همچنین برای تعویض دیگ‌ در آینده‌ای دور! فکری شود، مثلآً برای گرمایش یک ساختمان مسکونی 10 طبقه می‌توان هم از دیگ‌های چدنی هم از دیگ‌های فولادی استفاده کرد ولی باید به محدودیت فیزیکی هر کدام هم توجه داشت. بعد از مشخص شدن نوع دیگ باید ظرفیت حرارتی (دیگ آب گرم) یا دبی (دیگ بخار) را با توجه به فرمول‌های زیر محاسبه و مشخص کرد، مثلاً اگر دیگ برای تأمین گرمایش است باید بار حرارتی ساختمان را در یک ضریب اطمینان مناسب ضرب کرده (معمولاً 10٪ تا 15٪) ظرفیت دیگ‌ را به دست آورد. اگر دیگ برای تولید بخار به کار می‌رود باید با اعمال ضریب اطمینان مناسب، مقدار حرارتی که نیاز است تا آب تغذیه را به بخار تبدیل نماید بر گرمای نهان بخار در فشار کاری مورد نظر تقسیم کرده ظرفیت دیگ بخار را به دست آورد.

که  به ترتیب ظرفیت حرارتی دیگر آب گرم، بار حرارتی ساختمان، ظرفیت حرارتی، دیگ بخار، دبی جرمی، دیگ بخار، اختلاف‌ دمای آب گرم رفت و برگشت دیگ آب گرم و گرمای ویژه آب می‌باشد.

بر روی دستگاه باید یک پلاک مشخصات بصورت دائم و خوانا و به طور برجسته یا مهر پاک‌نشدنی مانند جدول 1-14 نقش شده باشد. روی پلاک دستگاه باید حداقل نام یا علامت تجاری سازنده و مواردی این چنین نقش شده باشد.

• سطح حرارتی انواع دیگ‌ های فایر تیوب را 3 تا 5 فوت مربع به ازای هر اسب بخار بویلر (34.500 Btu/h) در نظر می‌گیرند. CLEAVER BROOKS (یکی از بزرگترین سازندگان دیگ‌های آب داغ و بخار جهان) اکثر دیگ‌های آب داغ خود را چهار پاسه تولید می‌کند و 5 فوت مربع سطح حرارتی برای هر اسب بخار دیگ در نظر می‌گیرد.

پیشنهاد می‌شود برای ظرفیت‌های حرارتی دیگ بیش از 2.400.000 بی تی یو بر ساعت، دو تا دیگ 50٪ ظرفیت یا 67٪ یا 70٪ و یا 3 دستگاه دیگ 34٪ یا 40٪ انتخاب شود.

راندمان دیگ‌ها معمولاً 75 تا 85 درصد می‌باشد. برای به دست آوردن راندمان بویلر کافیست مقدار حرارت تولیدی را تقسیم بر سوخت مصرفی کنیم.

تخمین ظرفیت انواع بویلر

یکی از روش‌های تخمین ظرفیت انواع دیگ برای ساختمان‌های مسکونی در مناطق خشک و معتدل استفاده از رابطه زیر است:

A= مساحت ساختمان به متر مربع

 Q= ظرفیت تقریبی دیگ به بی تی یو بر ساعت

 H= ارتفاع ساختمان به متر

استانداردهای ساخت انواع دیگ ها

طراحی و ساخت دیگ‌های آب گرم و بخار بر اساس استانداردهای مختلفی صورت می‌گیرد. استانداردهای مورد پذیرش کشورمان مطابق مبحث 14 مقررات ملی ساختمان به قرار زیر است:

ISIRI 4231- BS 2790- ANSI- ASME I, IV

ولی استانداردهای ASME،  BS 2790و IRD از همه جامع‌ترند که به ترتیب مربوط به کشورهای آمریکا، انگلستان و آلمان می‌باشند.

تست‌های انواع بویلر

تست‌ها و کنترل‌های زیادی به صورت دوره‌ای بایستی بر روی انواع بویلر های بخار و آب داغ انجام شود که در اینجا به برخی از آنها اشاره شده است.

تست هیدرواستاتیک

این تست با فشار 5/1 برابر فشار طراحی انواع بویلر (1/1 برابر ماکزیمم فشار کار مجاز) انجام می‌شود. ممکن است برای این تست نیاز به باز کردن شیرهای اطمینان و استفاده از فلنج‌های کور به جای آنها باشد. در این حالت باید شیرهای ونت برای خروج هوا باز باشد. دمای آب باید دمای محیط باشد ولی این دما نباید کمتر از 70 درجه فارنهایت باشد. سپس کلیه شیرهای دیگ را محکم بست.

تست‌های سطح پایین آب

این تست برای حصول اطمینان از عملکرد سیستم قطع‌کن دیگ هنگام پایین آمدن غیر مجاز سطح اب انجام می‌شود. بدین منظور دیگ را با ظرفیت کم روشن کرده و آب ورودی را نیز می‌بندیم. اجازه داده می‌شود دیگ، بخار تولید کند تا سطح آب آن پایین بیاید، در این صورت باید سیستم کنترل سطح پایین آب (Low Water Cut Off) عمل کرده و دیگ را خاموش نماید، البته در این حالت باید آب همچنان در شیشه آب‌نما دیده شود، این تست ماهی یک بار انجام شود ولی توصیه شده هفتگی انجام شود.

تست عملکرد شیر اطمینان

یکی از مهمترین کنترل و تست‌هایی که باید به صورت دوره‌ای در مورد دیگ‌ها صورت گیرد حصول اطمینان از کارکرد شیرهای اطمینان آنهاست.

ASME، (The ASME book on “Recommended Rules for Care and Operation of Heating Boilers,” Section VI) اظهار می‌دارد که شیرهای اطمینان دیگ‌های بخار و آب داغ در حالی که زیر بار هستند هر یک ماه یک بار باید مورد تست قرار گیرند. در مورد دیگ‌های بخار اهرم شیر اطمینان را بالا کشیده تا کاملاً شیر اطمینان باز شود و 5 تا 10 ثانیه اجازه تخلیه داده شود (در مورد انواع دیگ های آب داغ این زمان 5 ثانیه یا تا موقعی که آب صاف از آن خارج شود ذکر شده است). سپس اهرم را رها کرده و اجازه بدهید فنر شیر اطمینان شیر را ببندد.

روش دیگری جهت تست شیرهای اطمینان که بر روش فوق ترجیح داده می‌شود این است که بویلر را روشن کرده اجازه می‌دهیم فشار تا مرز باز شدن شیر اطمینان بالا رود به محض باز شدن شیر اطمینان، مشعل را خاموش کرده و اجازه می‌دهیم فشار تا فشار کاری معمول افت کند. این روش تست سالی یک تا دو بار پیشنهاد شده است و باید مطابق استاندارد زیر باشد.

The ASME book on “Recommended Rules for Care Power Boilers” Section VII

ساختمان انواع دیگ های فولادی فایر تیوب و تجهیزات آنها

بدنه خارجی (Shell)

پوسته جانبی انواع دیگ بوده و معمولاً جنس آن 17Mn4 می‌باشد. بدنه دیگ‌ باید با حداقل 2 اینچ پشم سنگ پتویی که در این صورت لزوم به آسانی قابل تعوض و برداشتن باشد عایق‌کاری شود.

لوله‌ها (Tubes)

وظیفه لوله‌ها انتقال حرارت حاصل از احتراق سوخت به آب و نیز هدایت محصولات احتراق می‌باشد. بنابراین باید استحکام حرارتی بالایی داشته باشند. به علاوه حرارت داخل لوله‌ها را سریعاً به آب انتقال دهد. لوله‌ها باید بدون درز و معمولاً از جنس St35/29 و یا از جنس St35/8 باشد.

کوره‌ها (Furnace)

کوره نیز مانند پوسته از جنس فولاد آتش‌خوار و معمولاً 17Mn4 می‌باشد و به دلیل اینکه در معرض تنش‌های حرارتی بالا قرار می‌گیرد دچار انبساط زیادی می‌شود (معمولاً دمای محصولات احتراق داخل کوره 2500 تا 3000 درجه فارنهایت است) بنابراین کوره یا به صورت موجدار ساخته می‌شود (که علاوه بر پاسخگویی آسان به انبساط و انقباض در نتیجه افزایش درجه حرارت، دارای استحکام بیشتری بوده و می‌تواند نازک‌تر شود و وزن دیگ کاهش یابد، همچنین سطح حرارتی نیز افزایش می‌یابد) یا اگر موجدار ساخته نشود باید در فواصل مناسب آن قطعات انبساط‌ گیر مناسب نصب گردد. البته در مورد دیگ‌هایی که کوره آنها به صورت شعله معکوس است به دلیل آزاد بودن ته کوره، نیازی به این کار نیست.

صفحات لوله‌ها (Tubes Sheets)

بر روی این صفحات لوله‌ها پرچ می‌شوند لوله‌ها توسط لوله گشاد کردن غلطکی (اکسپند کردن) به صفحه لوله‌ها محکم می‌کنند به این عمل والس‌زنی گفته می‌شود جوشکاری لوله‌ها به صفحه لوله  نیز کاری متداول است این عمل نشتی سر لوله‌ها را کاهش می‌دهد دراین حالت دیگر گشاد کردن دهانه لوله‌ها ضرورت ندارد. در دیگ‌های با فشار کمتر از psig200 لوله‌ها را به صفحات توسط اکسپند کردن متصل می‌کنند ولی در دیگ‌های با فشار بیشتر علاوه بر اکسپند کردن لوله‌ها بایستی جوشکاری نیز شوند.

دریچه‌های بازدید (Handholes & Manholes)

برای دسترسی داخل دیگ، معمولاً در قسمت‌های بالا و یا کناری دیگ‌های فولادی بزرگ دریچه‌هایی در نظر گرفته می‌شود. به منظور آب‌بندی مناسب، بهتر است سطح آب‌بندی را از داخل دیگ انجام دهد تا فشار درون دیگ کمک به آب‌بندی آنها نماید. بین درچه و دیگ یک واشر مناسب (گرافیتی) قرار می‌دهند. شکل دریچه‌ها را در این حالت بایستی به صورت بیضی باشد تا امکان بیرون آمدن آنها از دیگ فراهم شود.

پیشنهاد شده که دیگ‌هایی با ظرفیت حرارتی بیش از 125BHP حتماً یک منهول داشته باشند.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می باشد