روش کار دیگ بخار

روش کار دیگ بخار یا بویلر بر اساس یک اصل ساده فیزیکی است: تبدیل آب به بخار تحت فشار از طریق حرارت. به زبان ساده، دیگ بخار یک مخزن تحت فشار است که در آن، انرژی حرارتی حاصل از سوختن سوخت (مثل گاز یا گازوئیل) به آب منتقل می شود. این فرآیند دمای آب را تا نقطه جوش بالا برده و آن را به بخار پرفشار تبدیل می کند. این بخار سپس از طریق لوله ها برای استفاده در فرآیند های صنعتی، تولید برق یا سیستم های گرمایشی هدایت می شود.

من در ادامه این مقاله، تمام مراحل تولید بخار، اجزای اصلی و سیستم های ایمنی دیگ بخار را به صورت گام به گام و با جزئیات کامل برای شما توضیح می دهم. 👇

دیگ بخار به زبان ساده چیست؟

تصور کنید یک زودپز خیلی خیلی بزرگ و قدرتمند دارید. دیگ بخار دقیقا بر همان اساس کار می کند. یک مخزن بسته و مهر و موم شده که آب داخل آن با یک منبع حرارتی قدرتمند گرم می شود. همانطور که می دانید، آب در فشار اتمسفر در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد به جوش می آید. اما وقتی آب را در یک فضای بسته حرارت می دهیم، فشار داخل مخزن بالا می رود و نقطه جوش آب هم افزایش پیدا می کند. این کار به ما اجازه می دهد بخاری با دما و فشار بسیار بالاتر از بخار معمولی تولید کنیم که انرژی فوق العاده زیادی در خود ذخیره کرده است.

این بخار پرانرژی، یک حامل فوق العاده برای انتقال گرما و نیرو است و به همین دلیل در تقریبا تمام صنایع، از نیروگاه های تولید برق گرفته تا کارخانه های مواد غذایی و بیمارستان ها، کاربرد دارد.

فرآیند تولید بخار چگونه اتفاق می افتد؟ (راهنمای گام به گام)

حالا بیایید قدم به قدم ببینیم که یک قطره آب چه سفری را طی می کند تا به بخار پرفشار تبدیل شود. این فرآیند را می توان به چهار مرحله اصلی تقسیم کرد:

گام اول: ورود آب تغذیه (Feedwater)

همه چیز با ورود آب به داخل دیگ شروع می شود. آبی که وارد دیگ می شود، آب تغذیه نام دارد. این آب معمولا قبل از ورود به دیگ، فرآیند هایی را طی می کند. برای مثال، توسط دستگاهی به نام سختی گیر، املاح مضر آن مثل کلسیم و منیزیم گرفته می شود تا از ایجاد رسوب در داخل لوله ها جلوگیری کند. سپس یک پمپ آب تغذیه قدرتمند، این آب را با فشار به داخل دیگ پمپاژ می کند.

گام دوم: تولید حرارت (Heat Generation)

برای تبدیل آب به بخار به گرما نیاز داریم. این گرما توسط مشعل (Burner) تولید می شود. مشعل سوخت (که می تواند گاز، گازوئیل یا مازوت باشد) را با هوا ترکیب کرده و در محفظه ای به نام کوره یا محفظه احتراق می سوزاند. این احتراق، گاز های داغی با دمای بسیار بالا تولید می کند که منبع اصلی انرژی ما هستند.

گام سوم: انتقال حرارت و تولید بخار (Heat Transfer & Steam Generation)

اینجا اصلی ترین بخش ماجرا اتفاق می افتد. گاز های داغ تولید شده در کوره، باید گرمای خود را به آب منتقل کنند. این انتقال حرارت از طریق دیواره لوله هایی که آب و گاز داغ را از هم جدا می کنند، انجام می شود. با جذب این گرمای شدید، دمای آب به سرعت بالا رفته و شروع به جوشیدن و تولید بخار می کند.

گام چهارم: جمع آوری و خروج بخار (Steam Collection & Outlet)

بخار تولید شده به دلیل چگالی کمتر، در قسمت بالایی دیگ (که به آن درام بخار می گویند) جمع می شود. این بخار سپس از طریق یک شیر اصلی و لوله های خروجی، از دیگ خارج شده و به سمت مصرف کننده ها هدایت می شود. آبی که هنوز به بخار تبدیل نشده، سنگین تر است و در قسمت پایینی باقی می ماند تا دوباره در چرخه گرمایش قرار بگیرد.

کالبدشکافی دیگ بخار: با اجزای اصلی آشنا شوید

یک دیگ بخار از ده ها قطعه مختلف تشکیل شده است، اما چند جزء اصلی وجود دارد که اسکلت اصلی دستگاه را تشکیل می دهند. شناخت این اجزا به ما کمک می کند تا درک بهتری از نحوه کارکرد آن داشته باشیم.

• بدنه اصلی (Shell): یک مخزن استوانه ای فولادی و بسیار مستحکم که تمام اجزای داخلی را در خود جای داده و باید فشار بالای بخار را تحمل کند.
• کوره (Furnace): محفظه احتراق که در آن سوخت می سوزد و گاز های داغ تولید می شوند.
• مشعل (Burner): وظیفه پاشش سوخت و ترکیب آن با هوا برای ایجاد شعله را بر عهده دارد.
• پمپ آب تغذیه (Feedwater Pump): آب را با فشار لازم به داخل دیگ تزریق می کند.
• تابلو برق (Control Panel): بخش کنترل کننده دیگ که تمام فرآیند ها از جمله کارکرد مشعل، پمپ و سیستم های ایمنی را مدیریت می کند.
• دودکش (Stack): گاز های حاصل از احتراق را پس از انتقال حرارت، به بیرون از محیط هدایت می کند.

سیستم های کنترلی و ایمنی: نگهبانان هوشمند دیگ بخار

دیگ بخار یک دستگاه پرفشار و پرحرارت است و ایمنی در آن حرف اول را می زند. به همین دلیل، مجموعه ای از تجهیزات کنترلی و ایمنی روی آن نصب می شوند تا از بروز هرگونه حادثه جلوگیری کنند. این تجهیزات به طور مداوم شرایط دیگ را زیر نظر دارند.

کنترل کننده های سطح آب (آب نما و لول کنترل)

سطح آب داخل دیگ باید همیشه در یک محدوده مشخص باشد. اگر سطح آب بیش از حد پایین بیاید، خطر داغ شدن بیش از حد فلز و آسیب به دیگ وجود دارد. اگر هم بیش از حد بالا برود، ممکن است قطرات آب وارد لوله های بخار شده و به تجهیزات آسیب بزنند. آب نما یک لوله شیشه ای مدرج در کنار دیگ است که سطح آب را به صورت چشمی به اپراتور نشان می دهد. لول کنترل هم یک سنسور الکترونیکی است که به طور خودکار سطح آب را کنترل کرده و در صورت نیاز به پمپ فرمان می دهد تا آب جدید وارد دیگ کند.

کنترل کننده های فشار (پرشر سوئیچ و مانومتر)

فشار، مهم ترین پارامتر در یک دیگ بخار است. مانومتر یا فشارسنج، فشار لحظه ای داخل دیگ را نشان می دهد. پرشر سوئیچ یک کلید کنترلی است که بر اساس فشار تنظیم می شود. وقتی فشار به حد تنظیم شده رسید، پرشر سوئیچ به طور خودکار مشعل را خاموش می کند و پس از افت فشار، دوباره آن را روشن می کند.

شیر اطمینان (Safety Valve): مهم ترین قطعه ایمنی

این قطعه یک شیر مکانیکی فنردار است که به عنوان آخرین خط دفاعی عمل می کند. اگر به هر دلیلی (مثلا خرابی پرشر سوئیچ) فشار داخل دیگ از یک حد خطرناک بالاتر برود، شیر اطمینان به طور خودکار باز شده و بخار اضافی را تخلیه می کند تا از انفجار دیگ جلوگیری کند. این قطعه به قدری حیاتی است که عملکرد آن باید به طور منظم تست شود.

دو خانواده بزرگ: تفاوت دیگ بخار لوله آتشی (Fire-Tube) و لوله آبی (Water-Tube)

دیگ های بخار بر اساس نحوه انتقال حرارت به دو خانواده بزرگ تقسیم می شوند که درک تفاوت آن ها بسیار مهم است.

دیگ بخار لوله آتشی (Fire-Tube)

در این نوع دیگ که برای ظرفیت ها و فشار های پایین تر رایج تر است، گاز های داغ حاصل از احتراق از داخل مجموعه ای از لوله ها عبور می کنند. این لوله ها در یک مخزن بزرگ پر از آب غوطه ور هستند. در واقع، آتش در لوله است و آب اطراف آن را احاطه کرده است. این دیگ ها ساختار ساده تری دارند اما برای تولید بخار با فشار بسیار بالا مناسب نیستند.

دیگ بخار لوله آبی (Water-Tube)

در این نوع دیگ که در نیروگاه ها و صنایع بزرگ با نیاز به فشار و ظرفیت بالا استفاده می شود، شرایط برعکس است. در اینجا، آب در داخل لوله ها جریان دارد و گاز های داغ حاصل از احتراق، اطراف این لوله ها را احاطه کرده و آن ها را گرم می کنند. این طراحی امکان دستیابی به فشار و دمای بسیار بالاتر را فراهم می کند و به طور کلی ایمن تر است.

جدول مقایسه سریع

کاربرد های گسترده دیگ بخار در صنعت و زندگی ما

شاید تعجب کنید اگر بدانید بخار تولید شده در این دیگ ها در چه بخش های متنوعی از زندگی ما نقش دارد:

• تولید برق: اصلی ترین کاربرد دیگ های بخار بزرگ، به حرکت درآوردن توربین ها برای تولید الکتریسیته در نیروگاه ها است.
• صنایع غذایی: برای پاستوریزه کردن شیر، پختن مواد غذایی، کنسرو سازی و استریل کردن تجهیزات.
• صنایع شیمیایی و پتروشیمی: برای تامین حرارت مورد نیاز در راکتور ها و فرآیند های مختلف.
• بیمارستان ها: برای استریل کردن ابزار های جراحی و تجهیزات پزشکی در دستگاهی به نام اتوکلاو.
• صنعت نساجی: برای رنگرزی پارچه و خشک کردن آن.
• سیستم های گرمایشی: در ساختمان های بزرگ برای تامین گرمایش از طریق رادیاتور ها یا فن کویل ها.
• کارواش ها و خشکشویی ها: برای شستشو و اتوکشی با فشار بخار.

نتیجه گیری: چرا درک روش کار دیگ بخار مهم است؟

دیگ بخار یک ماشین قدرتمند و در عین حال بالقوه خطرناک است. درک صحیح روش کار آن، شناخت اجزای اصلی و آگاهی از عملکرد سیستم های ایمنی، برای هر کسی که با این تجهیزات سر و کار دارد، از یک اپراتور ساده تا یک مهندس طراح، کاملا حیاتی است. این دانش نه تنها به بهره برداری بهینه و افزایش راندمان دستگاه کمک می کند، بلکه مهم تر از آن، ایمنی افراد و محیط کار را تضمین می نماید. یک دیگ بخار که به درستی نگهداری شود، می تواند برای دهه ها با ایمنی و کارایی بالا به صنعت و زندگی ما خدمت کند.