مدیریت مناسب در سیستمهای بخار:

دستیابی به عملکرد بهینه سیستم به عنوان هدفی دائم جهت کلیه تولید کنندگان و مجتمع های صنعتی مطرح می باشد تا با کاهش هزینه ها بتوانند مجموعه سود آورتری را اداره نمایند.
خوشبختانه بدین منظور روش های متعددی در سایت های صنعتی قابل استفاده است بدون آنکه صدمه و خطری برای مجموعه و یا محیط زیست ایجاد شود. مهمتر اینکه در یک واحد نمونه امکان بهینه سازی راندمان به میزان 20 الی 30 درصد وجود دارد که منزله کاهش سوخت مصرفی به همین مقدار است. به طور مثال با برآورد هزینه تقریبی سالیانه سوخت مصرفی 33000 بویلر صنعتی در آمریکا به میزان 18بیلیون دلار کاهش مصرف سوخت می تواند حرکتی ملی باشد. در این رابطه صنایعی نظیر صنایع شیمیایی که مصرف زیادی از بخار دارند و تقریبا نیمی از سوخت مصرفی آنها جهت تولید بخار استفاده می شود و نیز صنایع دیگری مانند کاغذ سازی، فولادسازی، صنایع غذایی، پتروشیمی و نساجی و.... که افزایش راندمان آنها به کاهش مصرف بخار وابسته است حائز اهمیت می باشد.
چندین قسمت جهت بهینه سازی سیستم بخار در بخشهای مختلف تولید، توزیع، مصرف کننده ها و سیستم برگشت وجود دارند که در ادامه به تشریح آنها می پردازیم. تشخیص مهمترین نواحی در هر واحد بخار، می تواند شروع مناسبی جهت افزایش کیفیت وکمیت تولید وقابلیت اطمینان عملکرد سیستم باشد ودر عین حال از هزینه های راهبری به میزان قابل توجهی خواهد کاست.
»» واحد تولید بخار
1-کاهش مصرف:
دیده می شود که بویلرها بخار را به میزان قابل توجهی بیشتر از نیاز واقعی مصرف کننده ها تولید می کنند. برآورد میزان مصرف خصوصا در زمانی که بهینه سازی سیستم برگشت (مانند عایق کاری ویا برگشت حداکثر کندانس) اعمال می گردد، حائز اهمیت می باشد. تلفات کمتر به منزله کاهش نیاز به تولید است. در شرکتهای شیمیایی nalco واقع در Bedford یکی از مهندسین فرآیند به این نتیجه رسید که با توجه به تغییر در برخی از فرآیند دیگر نیازی به استفاده از بخار بافشار psig125 نیست. تیمی متشکل از واحدهای نگهداری، یوتیلیتی وتولید امکان کاهش فشارکلکتور اصلی بخار را بررسی کرده وتصمیم گرفتند ضمن کاهش پله ای فشار بخارتاثیر آن را در نحوه عملکرد سیستم بررسی کنند. فشار در دو مرحله ابتدا به psig115 وسپس به psig100 تقلیل داده شد و بعداز اطمینان از عدم ایجاد خطر و یا صدمه به سیستم و فرآیند، این مجموعه هم اکنون با فشار psig 100 کار کرده که منجر به بازیافت انرژی به میزان 8 درصد شده است که بسیار بیشتر از برآوردهای اولیه بود.
همچنین صرفه جویی سالیانه به مقدار 142000 دلار و نیز کاهش انتشار دی اکسید کربن از دیگر فواید این عملیات بود. علاوه برکاهش مستقیم فشار بویلر، شاید بتوان برخی از مصرف کننده را بافشار کاری کمتری مورد بهره برداری قرار داده و از این راه باکاهش مصرف بخار ( و دمای کندانس ) به صرفه جویی در مصرف انرژی نائل شد.
2-تنظیم بویلر:
مهمترین نقاط در بویلرها جهت کاهش تلفات بهبود سیستمهای هوای بهینه ضمن اطمینان از مصرف کامل سوخت در مشعل موجب کاهش تلفات انرژی از دود کش خواهد شد. دمایی دودکش ونیز مقدار جریان گاز اکسیژن (یا دی اکسید کربن) در مشعل به عنوان نشانگرهای اولیه مقدار هوای اضافی هستند. در یک سیستم با طراحی مناسب مقدار هوای اضافی باید در حدود ده درصد حفظ شود. در اجزای هوای خروجی باید به صورت پیوسته و با وسایلی نظیر کیت های آزمایشی جذب گاز و یا آنالیز کننده های کامپیوتری مورد بررسی قرار گیرند. بهتر تا بویلرهایی با دبی بسیار متغیر توسط آنالیزورهای دائم اکسیژن نصب شده بر روی خط به صورت مرتب تحت نظر باشند.
بهینه سازی بلودانیفیت حداکثر بخار تولیدی باعث کاهش هزینه های سوخت وآماده سازی آب ورودی به بویلر می شود. مقدار بلودان به صورت تقریبی بین 4 الی 8 درصد می باشد . طبعا آب ورودی با با سختی کمتر نیاز به بلودان کمتر وآب دارای ذرات جامد زیاد نیاز به بلودان بیشتری خواهد داشت. همچنین میزان بلودان به فشار کاری سیستم و درصد خلوص موردنیاز بخار وابسته است. با بهره گیری از راهنمای ASME و همچنین با استفاده از سیستم پیوسته (تدریجی) بلودان می توان به بهترین مقدار دست یافت.
3-تمیز نمودن سطوح انتقال حرارت :
تشکیل رسوب علاوه بر ایجاد خطر در نتیجه شکستگی وسوراخ شدن سطوح انتقال حرارت وداغ شدن بیش از حد قسمت های داخلی بویلر موجب افزایش مصرف سوخت تا میزان 5 درصد می گردد. سطوح انتقال حرارت باید همواره با استفاده از آب کاملا سختی گیری شده ورودی به بویلر (توسط دستگاه های سختی گیر و یا مشابه) و بلودان مناسب پاک وتمیز نگه داشته شوند. برداشت رسوبات باروشهای مکانیکی و یا اسیدشویی انجام می شود ودر عین حال مشورت با متخصصین با آب نیز می تواند مفید باشد.
4-تجهیزات جانبی:
علاوه بر سیستم اتومکانیک بلودان بویلر و سیستم حذف اکسیژن (دی اریتور)، تجهزات دیگری نظیر اکونومایزر، سیستم های بازیافت حرارت و کنترل ها نیز مورد استفاده قرار می گیرند. اکونومایزرها با انتقال حرارت داخلی بویلر به اندازه کافی جهت برداشت حرارت احتراق موجود نباشد مناسب می باشند. بویلرهای با قدرت بیش از 100 اسب بخار نمونه های خوبی برای استفاده از اکونومایزر هستند. بعد از تنظیم بویلرطبق توصیه های سازنده بویلر دمای کاری طبیعی دودکش را بر آورد کنید وسعی نمایید آن را در حداقل ممکن نگه دارید تا از خوردگی جلوگیری به عمل آید.
(250 درجه سانتیگراد جهت گاز طبیعی و 300 درجه سانتیگراد جهت زغال سنگ و سوخت های با سولفور کمتر 350 درجه سانتیگراد جهت زغال سنگ و سوختهای با سولفوربالاتر)
این کار به منظور گرفتن تصمیم گیری جهت مقرون به صرفه بودن استفاده از اکونومایزر نیز مناسب است. سیستم بازیافت حرارت بلودان با استفاده از انرژی بلودان بویلرها، آب تغذیه ورودی را پیش گرم می کند و در سیستمهای بلودان اتو مکانیک (تدریجی) قابل استفاده است. حرارت مازاد بلودان با استفاده ازیک مبدل حرارتی کوچک ویا مخزن فلاش قابل برداشت است. همجنین با نصب یک سیستم کنترل اکسیژن در دودکش می توان فیدبک مناسبی را به مشعل ارسال نمود تا ضمن به حداقل رساندن هوای اضافی احتراق، نسبت هوا به سوخت را به میزان بهینه تنظیم نماید. این تمهید منجر به بهبود راندمان بویلر بین 3 الی 5 در صد شده و خصوصا در بویلرهایی که مصرف سوخت بسیار متغییر دارند مفید می باشد.
»» سیستم توزیع بخار:
1- نشتی های بخار:
نشتی های بخار علاوه بر اتلاف مستقیم انرژی، خطرناک بوده (خصوصا" در فشار های بالاتر) و می توانند موجب ایجاد صدمه به افراد تجهیزات و محیط پیرامون گردند. این نشتی ها غالبا در ساقه شیر ها، مغزی ها، شیرهای تنظیم فشار، فلنج اتصالات دستگاهها و اتصالات لوله کشی به چشم می خورند. اولین قدم ایجاد سیستم بازرسی مناسب است. نشتی های بزرگ با چشم غیر مسلح قابل رویت بوده و نشتی های بسیا کم نیز هم با استفاده از دستگاههای اولتراسونیک قابل تشخیص است. محل نشتی ها را کاملا علامت گذاری کرده و تعیین نمایید کدام یک توسط تیم تکنسین های سرویس قابل رفع است.
2- تله های بخار:
درسیستم های بخاری که به مدت 3 الی 5 سال به درستی نگهداری نشده اند ممکن است به میزان 15 الی 30 در صد از تله های بخار معیوب باشند و با تدوین یک برنامه سرویس و نگهداری منظم می توان این مقدار را به زیر 5 درصد کاهش داد. اتلاف بخار از یک تله با قطر و فشارکاری متوسط به اتلاف هزینه 3000 دلار در سال یا بیشتر منجر شود. تله های بخارتوسط مجموعه عملیاتی شامل روش های دیداری، شنیداری، پیرومترها، تجهیزات اولتراسونیک و دماسنجهای مادون قرمز قابل تست هستند. به منظور عملکرد بهینه، سیستم ادواری منظمی جهت بازرسی، تست و تعمیر تله های بخار پیاده نمایند که شامل مکانیزم گزارش دهی بوده و مقادیر صرفه جویی در انرژی و هزینه را مشخص کند. برنامه نگهداری پیش گیرانه (Preventive (Maintenance یا اصطلاحا P.M شامل بازرسی دائم و آموزش اپراتورها جهت تشخیص تله های بخار معیوب، و بهبود ارتباط بین تیم نگهداری و بهره بردار بوده به طوری که تله های بخار معیوب به سرعت تشخیص داده شده ورفع عیب گردند. همجنین این برنامه باید قادر به مشخص نمودن تله های بخار با قطر نا درست ویا مدل اشتباه بوده و یا برنامه جهت جایگزینی آنها ارائه دهد.
ایجاد چنین سیستمی در کارخانه شیمیایی Velsicol در مریلند موجب کاهش هزینه های سالیانه به میزان 80000 دلار در سال با هزینه سرمایه گذاری اولیه 20000 دلار شده است. میزان صرفه جویی در انرژی 28درصد و زمان برگشت سرمایه 5/2 ماه می باشد. میزان سالیانه انتشار گاز دی اکسید کربن به اندازه 2400 تن کاهش یافت وهمچنین نیاز به مصرف مواد شیمیایی و افزودنی ها به آب بویلر و نیروی انسانی مورد نیاز جهت این امر کاهش یافته است.
3- عایق کاری:
عایق کاری به اطمینان از حفظ فشار بخارکمک کرده و می تواند تلفات حرارتی تشعشعی سطح را تا 90 درصد کاهش دهد. بهبود سیستم عایق کاری می تواند به کاهش مصرف سوخت بین 3 الی 13 در صد منجر شود. ضخامت بهینه عایق کاری که به عواملی مانند قطر ودمای لوله وابسته است باید با دقت محاسبه شده (ترجیحا توسط نرم افزارهایی مانند 3E+ DOE) و می تواند بین 1 الی 8 اینچ متغییر باشد. در سیستم های بخار مواد تشکیل دهنده عایق معمولا فایبر گلاس، فیبرهای معدنی، سیلیکات کلسییم و شیشه سلولی است. انتخاب مواد به عواملی نظیر رطوبت، دما، تنش مکانیکی و شرایط متغییر محیطی وابسته است. در این رابطه، ابتدا کلید لوله کشی بخار و کندانس و خود بویلر و نیز اتصالات با دمای بیش از 120 درجه فارنهایت را به درستی عایق کاری نمایند. در درجه دوم حداقل هر 5 سال کلیه سیستم بخاررا جهت عایقهای فرسوده ویا مرطوب به دقت مورد بازرسی قرار داده و در نهایت عایقهای صدمه دیده را تعویض کنید.
»» سیستم باز یافت:
1- باز یافت کندانس:
بازگشت کندانس با خلوص بالا موجب کاهش تلفات بلودان بویلر و نیاز به آب تغذیه می گردد. این امر باعث 15 الی 18 درصد کاهش در سوخت مصرفی جهت گرمایش آب شده و علاوه بر آن هزینه تهیه آب و عملیات شیمیایی مربوطه را می کاهد. همچنین کاهش بلودان باعث کاهش هزینه های سیستم دفع فاضلاب می گردد. سیستم کندانس نیز باید به دقت جهت رفع نشتی ها مورد بررسی قرار گیرد. در صورت نبود یا ضعف سیستم برگشت کندانس، پس از محاسبات اقتصادی نصب یک سیستم جدید و اطمینان از صرفه آن اقدام لازم را به عمل آورید.
2- بازیافت بخار فلاش:
در زمان کاهش فشارکندانس اشباع، مقداری از مایع تبدیل به بخار در فشار پایین تر می گردد (فلاش). این عمل در برخی از مواقع عمدا جهت تولید بخار انجام می شود و گاهی نیز نا خواسته صورت می پذیرد. بسته به اختلاف فشار، میزان انرژی بخار فلاش معمولا 10 الی 40 در صد انرژی کندانس اولیه است. در بسیاری از مواقع بخار به اتمسفر تخلیه و اتلاف می شود در حالی که با نصب یک مبدل حرارتی در محل تخلیه می توان آن را بازیافت نمود. لوله ونت خروجی مخزن کندانس و دی اریتور را به میزان بخار مازاد بررسی نمایید و در صورت لزوم از مبدل حرارتی استفاده کنید.
»» نتیجه گیری:
بسیاری از سایتهای صنعتی بخاربه علت ضعف در بهره برداری و نگهداری به حداکثر پتانسیل بهره وری دست نیافته اند. حفظ راندمان سیستم بخار در جهت افزایش صرفه اقتصادی، راندمان وحفظ انرژی بیشتر و حفظ محیط زیست است. استفاده از کلیه منابع و مراجع خصوصی و یا عمومی مدیریت انرژیمی تواند بسیار مفید واقع شود. بهبود و مونیتورینگ دائم راندمان سیستم بخارمنجر به قابلیت اطمینان بیشتر، صرفه اقتصادی تولیدو رقابتی تر شدن قیمت تولید می گردد.
رعایت موارد زیر گامی مثبت در جهت نیل به این هدف است:
1. کلیه سیستم بخار را ورد بازرسی کامل قرار دهید.
2. نتایج بازرسی مستند سازی کرده و با روشهای مشروح سعی بر بهبود وضعیت موجود نمایید.
3. برنامه نگهداری دائم و منظمی تهیه نموده و در سیستم به کار گیرید. افزایش راندمان سیستم در بلند مدت به بهره برداری و نگهداری صحیح سیستم وابسته بوده واز افت ونزول سیستم به عملکرد ضعیف جلوگیری می کند.

»» جهت دریافت اطلاعات کامل در مورد این مقاله و همچنین مشاوره جهت بهینه سازی سوخت با آنالیز گازهای خروجی از اگزوز  با شماره تلفن 09126271381 تماس حاصل فرمایید.